Sexl Physik 7, Schulbuch

| 28 2.1 Beugung und Interferenz des Lichts Die bisher durchgeführten Experimente ließen sich gut mit der Annahme erklären, dass Licht sich geradlinig ausbreitet und wenn es auf ein Hindernis stößt, reflek­ tiert oder gebrochen wird. Darauf beruht die geometrische Optik. Die spektrale Zerlegung des Lichts durch ein Prisma hat gezeigt, dass es verschiedene Lichtsor­ ten gibt, die wir als Farben wahrnehmen. In der Wechselwirkung mit Materie ver­ halten sich die einzelnen Farben verschieden. Alle bisher untersuchten Phänomene ließen sich sowohl mit der Teilchen als auch mit der Wellentheorie des Lichts gut vereinbaren. Im vorliegenden Kapitel, der sogenannten Wellenoptik , beschäftigen wir uns mit jenen Naturphänomenen, die sich scheinbar nicht mit der Teilchen­ theorie erklären lassen, nämlich der Beugung und der Interferenz. Beugung (vgl. Physik 6, S. 88) bedeutet, dass sich Wellen, wenn sie auf sehr kleine Öffnungen oder Hindernisse treffen, nicht mehr geradlinig ausbreiten, dass sie sich „ums Eck“ bewegen, also in den geometrischen Schattenraum treten. Interferenz bedeutet, dass sich Wellen gegenseitig verstärken oder auslöschen können. Die Frage ist nun, ob es auch bei Licht derartige Erscheinungen gibt und wenn ja, unter welchen Vo­ raussetzungen. Beugung an einem 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 Befunde in Einklang zu bringen? Die Experimente über die Beugung von Wasserwellen geben uns einen wichti­ gen Hinweis (vgl. Physik 6). Der Grund für die geradlinige Ausbreitung des Lichts könnte in der kleinen Wellenlänge liegen. Ist nämlich die Wellenlänge sehr viel kleiner als jene Größen, mit denen wir es üblicherweise im Alltag zu tun haben, dann sind die Beugungserscheinungen vernachlässigbar klein und die Wellen brei­ ten sich geradlinig aus. Wir wollen diese Vermutung überprüfen und den Schatten eines engen verstellbaren Spalts untersuchen. Experiment: Beugung an einem Spalt 28.1 Du brauchst: Experimentierleuchte, Farbfilter, Sammellinse, verstellbaren Spalt Was ist zu tun? Gib vor die Lampe einen Farbfilter. Erzeuge mit der Sammellinse 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 Längsstrei­ fen auf. Diese Streifen sind so schwach, dass sie nur aus der Nähe zu sehen sind. 28.1 Wie lassen sich die schillernden Farben einer Seifenblase erklären? 28.2 Beugung einer monochromatischen Lichtwelle beim Durchgang durch einen Spalt. Je enger der Spalt ist, desto mehr tritt die Welle in den Schattenraum ein. Man erkennt das Hauptmaximum in der Mitte und die Nebenmaxima. (Von oben nach unten wird der Spalt enger.) 28.3 Beugung verschiedenfarbiger Lichtwellen beim Durchgang durch einen engen Spalt. Rot wird stärker gebeugt als Grün, und Grün wird stärker gebeugt als Blau. Weißes Licht wird da- her beim Durchgang durch den Spalt in seine Spektralfarben aufgefächert. 2 Die Lichtwelle 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, − warum der Himmel blau ist. Nur z Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv