In diesem Kapitel beschäftigen wir uns mit Phänomenen, die historisch die Theorie von Huygens bestätigten: Licht breitet sich wie eine Welle im Raum aus. Damit ergaben sich allerdings weitere Fragen, vor allem die Frage, was „wellt“ hier eigentlich? Die Physik des 20. Jahrhunderts zeigt, dass in gewissem Sinne sowohl Huygens als auch Newton Recht hatten. Damit werden wir uns in der Quantenphysik (siehe S. 100) näher auseinandersetzen. Beugung bedeutet, dass sich Wellen beim Auftreffen auf sehr kleine Öffnungen oder Hindernisse nicht mehr geradlinig ausbreiten (siehe Physik 6, S. 47), sondern auch in den geometrischen Schattenraum eintreten. Interferenz bedeutet, dass Wellen sich gegenseitig verstärken oder auslöschen können. Gibt es auch bei Licht derartige Effekte und wenn ja, unter welchen 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 Schlüsselloch, so ist von einer allseitigen Ausbreitung des Lichts hinter dem Schlüsselloch 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 70.1 E2 Du brauchst: Experimentierleuchte, Farbfilter, Sammellinse, verstellbarer Einfachspalt. Verdunkle den Raum. 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. Stelle zuerst eine Vermutung auf, was du sehen wirst und dokumentiere dann deine Beobachtungen. Zunächst treten in den dunklen Schattenzonen 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 außen. Zugleich rücken die Grenzen des eigentlichen Spaltbildes nach. Je enger der Spalt wird, desto mehr verbreitert sich sein Bild. Es tritt Beugung auf (70.2). Man erkennt das Hauptmaximum (Beugungsmaximum nullter Ordnung) und die Maxima höherer Ordnung (Nebenmaxima). Die Intensität der Nebenmaxima nimmt mit zunehmender Entfernung vom Hauptmaximum ab. 70.1 Seifenblasen bestehen aus einem dünnen Wasserfilm, an dem sich innen und außen Seifenmoleküle anlagern. Die Oberflächenspannung führt zur Kugelform. Wie lassen sich die schillernden Farben einer Seifenblase erklären? 70.2 Beugung von monochromatischem Licht beim Durchgang durch einen Spalt. Je enger der Spalt ist, desto mehr tritt Licht in den Schattenraum ein. Man erkennt das Hauptmaximum in der Mitte und die Nebenmaxima bei weitem Spalt (oben) und engem Spalt (unten). 70.3 Beugung von weißem Licht beim Durchgang durch einen Spalt Sicherheitshinweis: Beachte bei Experimenten mit Lasern die notwendigen Sicherheitsbestimmungen. Keinesfalls darf Laserlicht direkt oder durch Spiegelungen ins Auge gelangen. 70 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 Elektromagnetische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
RkJQdWJsaXNoZXIy MTA2NTcyMQ==