Grundversuch
Im Jahre 1671 untersuchte Isaac NEWTON (1642 - 1726) die Farbzerlegung des weißen Lichts, die er dann in seinem Werk "Opticks" ausführlich beschrieb.
Von den zahlreichen Untersuchungen werden hier drei wesentliche Experimente herausgegriffen und die entsprechenden Schulexperimente, die sich oft noch sehr eng an die NEWTON'schen Vorschläge anlehnen dargestellt.
In dem Grundversuch zeigt NEWTON, dass sich weißes Licht in Spektralfarben zerlegen lässt. Er schreibt:
"Nachdem ich mein Zimmer verdunkelt und ein Loch in meinen Fensterladen gemacht hatte, um eine Menge Sonnenlicht einzulassen, brachte ich hinter der Öffnung mein Prisma an, damit jenes an die gegenüberliegende Wand gebrochen wurde. Es war anfangs recht vergnüglich, die lebhaften und kräftigen Farben anzuschauen. Aber als ich sie dann genauer betrachtete, war ich überrascht, dass sie eine längliche Form hatten (PT), während ich nach entsprechenden Gesetzen der Brechung erwartete, dass sie rund wären."
NEWTON folgerte aus dem Versuch, dass das weiße Licht aus verschiedenen Bestandteilen besteht, die durch das Prisma unterschiedlich stark gebrochen werden. Am stärksten werden die blauen, am schwächsten die roten Farben gebrochen (daher die längliche Form des Spektrums).
Schulversuch zum Entwurf des Spektrums
Joachim Herz Stiftung
Joachim Herz Stiftung
Sehr einfach und eindrucksvoll lässt sich ein Spektrum auch mit Hilfe des Tageslichtprojektors entwerfen: Man legt auf die Projektionsfläche einen schwarzen Karton mit Schlitz. Nach dem Objektiv und dem Umlenkspiegel bringt man das Prisma an. An der Wand entsteht ein helles Spektrum.
Joachim Herz Stiftung
Anstelle eines Dreikantprismas kann man auch ein sogenanntes Geradsichtprisma verwenden. Es besteht aus mehreren zusammengekitteten Prismen. Das Spektrum wird dadurch breiter und entsteht fast symmetrisch zur optischen Achse (leichterer Aufbau des Versuches!).
Unzerlegbarkeit der Spektralfarben
In Newtons Experiment "Experimentum cruzius" beschereibt Newton, das die Spektralfarben des Sonnenlichtes nicht weiter aufgespalten werden können. Im Experiment tritt Sonnenlicht durch ein Loch in der Wand (rechts), geht durch eine Sammellinse und wird dann durch das Prisma in die Regenbogenfarben zerlegt, welche auf einem Brett (links) erscheinen. Durch ein Loch in diesem Brett wird ein farbiger Strahl ausgeblendet, der durch ein zweites Prisma zwar gebrochen, aber nicht mehr zerlegt wird.
"Nec variat lux fracta colorem" schreibt NEWTON dazu (das gebrochene Licht ändert seine Farbe nicht).
Schulversuch zur Unzerlegbarkeit der Spektralfarben
Vereinigung der Spektralfarben
NEWTON schreibt zu diesem Versuch:
"Das Spektrum des Bildes der Sonne falle jetzt auf die über vier Zoll große Linse VR, die etwa sechs Fuß vom dem Prisma ABC entfernt und so geformt ist, dass sie das vom Prisma ausgehende divergente farbige Licht konvergent macht und in ihrem Brennpunkt, der ungefähr sechs Fuß von der Linse entfernt ist, wieder vereinigt, wo es dann senkrecht auf ein weißes Blatt Papier fällt [...] Das gesamte Licht erscheint nun als ein kleiner weißer Kreis."
Schulversuch zur Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß (schematisch)
Der Versuchsaufbau Abb. 9, zeigt den möglichen Aufbau eines Demonstrationsversuchs zur Vereinigung der Spektralfarben.
- Das von der weißen Lichtquelle (Kohlebogenlampe) ausgehende Licht wird durch einen Kondensor auf die Objektivmitte konzentriert.
- Das Objektiv bildet den Spalt scharf auf einem Schirm ab, auf dem zunächst ein weißes Spaltbild zu sehen ist.
- Bringt man das Geradsichtprisma in den Strahlengang, so entsteht auf dem Schirm ein sehr schönes Spektrum.
- Eine anschließend zwischen Prisma und Schirm eingebrachte Zylinderlinse vereinigt die Spektralfarben auf dem Schirm wieder zu weiß.
Abb. 10 Skizze zum Versuchsaufbau "Spektralfarben vereinigen"
Komplementärfarben der Spektralfarben
Bringt man bei obigem Versuch hinter der Zylinderlinse einen kleinen Papierstreifen an, mit dem man der Reihe nach einzelne Spektralfarben ausblenden kann, so sieht man am Schirm die zur ausgeblendeten Spektralfarbe gehörige Komplementärfarbe.