Sexl Physik 7, Schulbuch

Du siehst nun nicht mehr einen Lichtpunkt, sondern eine Reihe von Punkten. Sie entsprechen den Beugungsmaxima des vorangegangenen Experiments. Ähnlich verhält sich der Laserstrahl, wenn wir ihn auf eine Kante richten. Beugungsmuster finden wir überall dort, wo Licht durch kleine Öffnungen hin- durch tritt ( 63.1 ) oder Licht an kleinen Hindernissen (wie in Experiment 62.2 ) gebeugt wird. Allerdings sind die Nebenmaxima nur bei Verwendung von Laser- licht deutlich zu sehen, bei Verwendung anderer Lichtquellen sind sie sehr schwach, weil der schmale Spalt nur sehr wenig Licht durchlässt. Experiment: Beugung am Doppelspalt 63.1 E 1 Du brauchst : Laser, Doppelspalt; Zerstreuungslinse mit Halterung. Richte den Laserstrahl auf eine Wand. Stelle den Doppelspalt in den Strahlengang. Wiederhole den Versuch, verwende zur besseren Ausleuchtung des Spalts eine Zerstreuungslinse. Am Schirm erscheint ein System von hellen und dunklen Punkten ( 63.3 ) bzw. bei Verwendung einer Zerstreuungslinse helle und dunkle Streifen bzw. Linien. Der analoge Versuch mit Wasserwellen zeigt: Hinter jeder Öffnung breitet sich eine Kreiswelle aus ( 63.4 ). Diese Kreiswellen laufen übereinander hinweg und bilden ein „Interferenzmuster“ (vgl. Physik 6, S. 47). Wo ein Wellenberg auf einen Wellen- berg trifft, entsteht ein doppelt so hoher Wellenberg. Wo ein Wellental auf ein Wel- lental trifft, ergibt sich ein doppelt so tiefes Wellental. Wo aber ein Wellenberg mit einem Wellental zusammenfällt, löschen die Wellen einander aus. Dies ist dann der Fall, wenn der Wegunterschied (Gangunterschied) der beiden Kreiswellen ein un- gerades Vielfaches einer halben Wellenlänge beträgt. Um die Lage der hellen Linien zu ermitteln, fassen wir zunächst die Symme- trieachse der Anordnung ins Auge. In dieser Richtung verstärken die Lichtwellen einander, weil sie den gleichen Weg zurückzulegen haben. Auf der Symmetrieach- se herrscht daher Helligkeit (Beugungsmaximum nullter Ordnung). Dieses Ergeb- nis ist überraschend, könnte man doch meinen, dass gerade dieses Gebiet von der Wand zwischen den beiden Spaltöffnungen abgedeckt wird und daher im Wellen- schatten liegt. Nun betrachten wir Lichtausbreitung in eine Richtung, die mit dem Beugungsma- ximum nullter Ordnung den Winkel φ einschließt ( 64.1 ). Wenn der Gangunter- schied zwischen den von den beiden Spalten ausgehenden Wellen genau eine Wel- lenlänge (oder ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge) beträgt, verstärken die Lichtwellen einander. Bezeichnet man mit d den Abstand der beiden Spaltöffnun- gen, dann bestimmt der Winkel φ die Richtung zum Beugungsmaximum k-ter Ord- nung: sin φ = k · λ / d (k = 0, 1, 2, 3, …). Dazwischen gibt es Richtungen, in welchen der Gangunterschied der Lichtwellen ungerade Vielfache einer halben Wellenlänge beträgt. Dort löschen die Wellen ein- ander aus und es herrscht Dunkelheit. Zusammenfassend kann man sagen: Bei der Beugung am Doppelspalt entstehen helle Streifen, die Beugungsmaxima k-ter Ordnung. Die Lage der Maxima wird durch den Winkel φ beschrieben: sin φ = k · λ / d (k = 0, 1, 2, 3, …). Zwischen den Beugungsmaxima liegen dunkle Streifen, die Beugungsminima. Untersuche, überlege, forsche: Beugung 63.1 W 1 Begründe an Hand der Formel, warum wir Beugungserscheinungen nur an sehr kleinen Objekten oder sehr kleinen Öffnungen beobachten können. 63.2 E 1 Nimm eine Punktlichtquelle (Leuchtdiode, Kerze). Stich mit einer Nähnadel ein kleines Loch in ein Stück Alufolie. Verdunkle den Raum. Betrachte durch das Loch die Lichtquelle aus einigen Metern Entfernung. Die Lichtquelle ist von Beu- gungsringen umgeben. Wie erklärst du deine Beobachtung? 63.1 Beugung an einer Rasierklinge 63.2 T HOMAS Y OUNG (1773–1829) studierte zu- nächst Medizin und promovierte in Göttingen. Als Professor für Physik in England begann er die Newton’sche Teilchentheorie in Zweifel zu ziehen. Er betrachtete das Licht als Wellen- bewegung. Mittels der von ihm erfundenen Wellenwanne studierte er Beugungserschei- nungen. Schließlich gelang es ihm, die Wellen- länge des Lichts zu messen. Young beherrsch- te neun Sprachen, spielte mehrere Musikinstrumente, verfasste Abhandlungen über Malerei und hatte Anteil an der Entziffe- rung der Hieroglyphen. 63.3 Beugung eines Laserstrahls am Doppelspalt mit großem (oben) und geringem (unten) Abstand der Spaltöffnungen. 63.4 Doppelspaltversuch mit Wasserwellen 63 | ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv