Antwort auf die Eingangsfrage Wie spielen Experiment und Hypothesenbildung in der Frage „Was ist Licht?“ zusammen? Am Anfang stehen Beobachtungen von Phänomenen oder das Bedürfnis für Klärung offener Fragen nach vorangegangenen Erklärungsversuchen (Hypothesen). Experimente sind „Fragen an die Natur“, deren Antwort in die Hypothesenbildung einfließt und zu weiteren Experimenten führt. Dabei ist die Versuchsanordnung so zu gestalten, dass der Einfluss unkontrollierbarer Parameter vernachlässigbar ist. Das ist in Newtons Experimenten mit Sonnenlicht gut gelungen. Im ersten Experiment erkennt Newton, dass Licht je nach Farbe verschieden stark gebrochen wird. Die weiteren Experimente untersuchen die Zusammensetzung von Sonnlicht und führen schließlich zur Einsicht, dass weißes Licht durch eine Mischung sämtlicher Farben des Spektrums entsteht. Das passt durchaus zu Newtons Lichtteilchenvorstellung, deren Schwächen sich erst später zeigten. Huygens hatte mit Wasserwellen experimentiert und übertrug die Hypothese der Elementarwellen auf die Lichtausbreitung. Damit konnten die damals bekannten Eigenschaften von Licht ebenfalls erklärt werden. Jedoch müssen physikalische Theorien bei neu entdeckten Phänomenen überprüft und bei Bedarf erweitert werden. 1 W2 Wenn du großes Interesse an optischen Phänomenen in der Natur hast, informiere dich, wie Nebensonnen (94.4) durch das Zusammenspiel von Brechungsindex und Form von Eiskristallen zustande kommen. Fasse deine Recherche kompakt zusammen. 2 E3 Wenn dir ein Laserentfernungsmesser zur Verfügung steht, miss mit ihm die Tiefe eines zunächst leeren, dann mit Wasser gefüllten Trinkglases. Zuvor überlege, wie sich Luft und Wasser als optische Medien unterscheiden und wie dadurch vermutlich die Messergebnisse beeinflusst werden. Vergleiche nach den Messungen die Resultate mit deinen Erwartungen und erkläre sie. 3 S3 Informiere dich über positive und negative Auswirkungen der nächtlichen Straßen- und Gebäudebeleuchtung am Beispiel deines Wohnortes. Berücksichtige sowohl technische als auch ökologische und ökonomische Gesichtspunkte. 4 S2 Recherchiere, was unter dem Begriff „Lichtverschmutzung (des Nachthimmels)“ verstanden wird. Welche Aspekte der Lichtverschmutzung betreffen naturwissenschaftliche Fragen, welche das subjektive Erlebnis des Sternenhimmels? Weiterführende Fragestellungen 1 Regenbögen sind beeindruckende optische Phänomene. Beschreibe ihr Aussehen und Wetterbedingungen für ihr Entstehen. 2 Stelle den Strahlengang des roten und des blauen/ violetten Anteils des Sonnenlichts in Regentropfen und weiter zum Auge grafisch dar (Beachte die unterschiedlichen Brechzahlen!). Erläutere mithilfe der Grafik deinen Familienangehörigen die unterschiedlichen Richtungen der Farbanteile und wie dadurch im (Haupt-) Regenbogen die Reihenfolge der Farben zustande kommt. Wieso sieht man Regenbögen als unvollständige Kreise? 3 Erkläre, warum man von einem Berggipfel aus Regenbögen auch als vollständige Kreise sehen kann. Teste dein Wissen 1 Die Erde empfängt von der Sonne an der Grenze zum Weltraum eine Strahlungsleistung von 1 360 W/m2 (Solarkonstante). Die Distanz Sonne-Erde beträgt 150 Mio. Kilometer. Die Entfernung des Planeten Mars von der Sonne beträgt im Mittel 225 Mio. Kilometer. Berechne den Wert der Solarkonstanten des Mars. Welche Konsequenzen ergeben sich deiner Meinung nach für einen Aufenthalt am Mars? 2 Ein Lichtstrahl trifft im Winkel von 45° auf eine Wasseroberfläche. Die Lichtgeschwindigkeit ist in Wasser um 25 % kleiner als in Luft. Berechne den Winkel des gebrochenen Strahls relativ zur Normalen auf die Oberfläche. Rechenaufgaben 99 Theorieentwicklung Praxis und Vertiefung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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