Sexl Physik 7, Schulbuch

2 Beugung und Interferenz des Lichts In diesem Kapitel erfährst du, − warum es korrekt ist, wenn wir von Lichtwellen sprechen, − warum Seifenblasen schillern, − wie du mit einem Laserpointer den Durchmesser eines Haares messen kannst Alle bisher untersuchten Phänomene lassen sich sowohl mit der Teilchen-, als auch mit der Wellentheorie erklären (s. S. 87/88). Im vorliegenden Kapitel beschäftigen wir uns mit Phänomenen, die sich offenbar nicht mit der Teilchentheorie erklären lassen, mit der Beugung und der Interferenz. Beugung bedeutet, dass sich Wellen beim Auftreffen auf sehr kleine Öffnungen oder Hindernisse nicht mehr geradlinig ausbreiten (s. Physik 6, S. 47), sondern auch in den geometrischen Schattenraum eintreten. Interferenz bedeutet, dass Wellen sich gegenseitig verstärken oder aus- löschen können. Gibt es auch bei Licht derartige Effekte und wenn ja, unter wel- chen Voraussetzungen? 2.1 Die Beugung am Spalt Tritt eine Wasserwelle durch eine enge Öffnung hindurch, so breitet sich hinter der Öffnung eine Kreiswelle aus. Tritt dagegen ein Lichtbündel durch ein Schlüs- selloch, so ist von einer allseitigen Ausbreitung des Lichts hinter dem Schlüssel- loch nichts zu bemerken. Wie sind diese Beobachtungen in Einklang zu bringen? Die Experimente über die Beugung von Wasserwellen geben uns einen wichtigen Hinweis (vgl. Physik 6, S. 47). Der Grund für die geradlinige Ausbreitung des Lichts könnte in der kleinen Wellenlänge liegen. Experiment: Beugung an einem Spalt 62.1 E 2 Du brauchst : Experimentierleuchte, Farbfilter, Sammellinse, verstellbarer Ein- fachspalt. (Den Aufbau des Experiments findest du unter physikplus.oebv.at. ) Verdunkle den Raum. Gib vor die Lampe einen Farbfilter. Erzeuge mit der Sammel- linse ein paralleles Strahlenbündel. Stelle in den Strahlengang einen Spalt. Die Schattenränder sollten auf einem weit entfernten Schirm deutlich zu sehen sein. Schiebe die Schneiden des Spalts langsam näher zusammen. Zunächst treten in den dunklen Schattenzonen der Schneiden helle Längsstreifen auf. Diese Streifen sind so schwach, dass sie nur aus der Nähe zu sehen sind. Verringert man die Spaltbreite auf einige Hundertstel Millimeter, so verbreitern sich die hellen Streifen im Schattenraum immer mehr und rücken weiter nach au- ßen. Zugleich rücken die Grenzen des eigentlichen Spaltbildes nach. Je enger der Spalt wird, desto mehr verbreitert sich sein Bild. Es tritt Beugung auf ( 62.2 ). Man erkennt das Hauptmaximum (Beugungsmaximum nullter Ordnung) und die Maxima höherer Ordnung ( Nebenmaxima ). Die Intensität der Nebenmaxima nimmt mit zunehmender Entfernung vom Hauptmaximum ab. Experiment: Beugung eines Laserstrahls an einem Haar 62.2 E 1 Du brauchst : Laser, ein Haar (Den Aufbau des Experiments findest du unter physikplus.oebv.at. ) Richte den Laserstrahl auf eine Wand. Halte ein Haar in den Lichtweg. Was beob- achtest du? 62.1 Seifenblasen bestehen aus einem dünnen Wasserfilm, an dem sich innen und außen Sei- fenmoleküle anlagern. Die Oberflächenspan- nung führt zur Kugelform. ? Wie lassen sich die schillernden Farben einer Seifenblase erklären? 62.2 Beugung von monochromatischem Licht beim Durchgang durch einen Spalt. Je en- ger der Spalt ist, desto mehr tritt Licht in den Schattenraum ein. Man erkennt das Hauptma- ximum in der Mitte und die Nebenmaxima. (Von oben nach unten wird der Spalt enger.) 62.3 Beugung von weißem Licht beim Durchgang durch einen Spalt Sicherheitshinweis: Beachte bei Experimenten mit Lasern die notwendigen Sicherheitsbestim- mungen. Keinesfalls darf Laserlicht direkt oder durch Spiegelungen ins Auge gelangen. 62 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv