Brechung von Wellen Experiment: Brechung von Wellen 52.1 E2 Du brauchst: eine Wellenwanne, eine Glasplatte. Untersuche, ob die Wassertiefe in der Wellenwanne Einfluss auf die Ausbreitung der Wellen hat. Unterteile die Wanne in einen Bereich mit seichtem und einen Bereich mit tiefem Wasser, indem du in einen Teil der Wanne eine Glasplatte legst. Erzeuge eine ebene Welle, deren Wellenfronten senkrecht zur Kante der Glasplatte verlaufen und beobachte, was geschieht. Lege nun die Glasplatte so, dass deren Kante schräg zu den Wellenfronten einer ebenen Welle verläuft (51.1). Beschreibe deine Beobachtungen. Ursache der Brechung sind unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Im seichten Wasser hat die Welle an der Oberfläche eine geringere Geschwindigkeit als im tiefen Wasser. Dasselbe gilt für das Licht: Licht breitet sich im Glas und im Wasser langsamer aus als in Luft. Wie stark die Welle gebrochen wird, hängt vom Verhältnis der Geschwindigkeiten ab: Einfalls- und Reflexionswinkel verhalten sich wie die entsprechenden Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Dieses Verhältnis heißt Brechzahl oder Brechungsindex n. Für den Einfallswinkel α und den Brechungswinkel β gilt daher: Das Brechungsgesetz sin α _ sin β = c 1_ c 2 = n α Einfallswinkel, β Brechungswinkel, c 1 und c 2 Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den beiden Medien Tritt das Licht von Vakuum in ein anderes Material über, dann ist n größer als 1. Dieser Wert ist für das betreffende Material charakteristisch. Zum Beispiel hat Acrylglas den Brechungsindex n = 1,492, Wasser n = 1,33. Huygens nahm an, dass sich Licht wie eine Welle ausbreitet. Mit Hilfe seiner Elementarwellen konnte er erklären, warum das Brechungs- und das Reflexionsgesetz auch für Licht gelten. Im digitalen Zusatzmaterial findest du weitere Informationen, wie er das gemacht hat. Untersuche, überlege, forsche: Brechung 52.1 W4 Analysiere 52.3 und argumentiere mit deinem Fachwissen, warum das Geländer im Wasser abgebrochen erscheint. Erkläre diesen komplizierten Sachverhalt einem Schüler oder einer Schülerin aus der Unterstufe. 52.2 W4 Abb. 52.4 zeigt die Brechung eines Lichtstrahls an einem Halbzylinder. Die Brechung an der ersten Grenzfläche erfolgt zum Lot. a) Überlege, wie du mittels dieser Abbildung den Brechungsindex des verwendeten Glaskörpers bestimmen kannst. b) Argumentiere, warum der Strahl beim Übertritt in Luft nicht ein zweites Mal gebrochen wird. 52.3 E4 Erstelle eine eigene Skizze von Abb. 52.2 und zeichne den Einfalls- und Brechungswinkel ein. Kannst du beantworten aus welcher Richtung das Licht einfällt? 52.1 Brechung einer ebenen Welle 52.2 Brechung einer ebenen Welle (computergeneriert) 52.3 Einstieg ins Wasser – nicht ganz gerade? 52.4 Brechung eines Lichtstrahls an einem Halbzylinder. Der Begriff Index wird in vielen, völlig unterschiedlichen Zusammenhängen verwendet. Du kennst den Begriff vielleicht aus der Mathematik oder der Chemie, aber es gibt z.B. auch einen Börsenindex oder einen Preisindex. In der Physik sind es zumeist kleine, tiefgestellte Zahlen, die man zum Ordnen bestimmter Begriffe verwendet (z. B. für Geschwindigkeiten v1, v 2). Bild folgt 52 Wellen 2 Mechanische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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