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Regenbogen

  • Kann man Licht zerlegen …
  • … und wieder zusammensetzen?
  • Wie entstehen die Farben beim Fernseher …
  • … und wie beim Malen mit Farben?

Regenbogen

Regenbogen

Sicher hast du schon einmal das imposante Naturschauspiel eines Regenbogens beobachtet. Die nebenstehende Abbildung zeigt sogar zwei Bögen (den intensiveren Hauptbogen und den höher liegenden weniger intensiven Nebenbogen), die bei ganz günstigen Bedingungen zu sehen sind. Die Farbreihenfolge beim Hauptbogen ist zu der beim Nebenbogen umgekehrt.

Wie schon der Name sagt, ist für die Entstehung des Regenbogens das Vorhandensein von Regentröpfchen erforderlich. Wir sehen den Regenbogen dann, wenn die hinter uns stehende Sonne eine Regenwand vor uns beleuchtet.

Die folgende Erklärung des Regenbogens geht auf René DESCARTES zurück (dieser Herr ist auch der "Erfinder" des dir schon längst bekannten Kartesischen Koordinatensystems). Diese Erklärung kann nicht alle Erscheinungen am Regenbogen deuten, sie führt jedoch zu einem recht guten vorläufigen Verständnis.

Erklärung des Hauptregenbogens

2 Strahlengang eines weißen Lichtstrahls in einem Regentropfen

Beim ersten Übergang von Luft nach Wasser findet eine Brechung des weißen Lichtes statt. Dabei wird es in seine Spektralfarben aufgefächert (von diesen sind in der Animation nur die Farben rot, grün und blau gezeichnet). Das rote Licht wird dabei am wenigsten, das blaue Lichte am stärksten gebrochen.

Ein Teil des in den Regentropfen gelangten Lichtes wird an dessen Rückwand reflektiert (der andere Teil gelangt durch Brechung wieder an die Luft) und dann beim Austritt aus dem Regentropfen noch einmal gebrochen. Wird das Licht im Regentropfen nur einmal reflektiert, so kommt es zur Entstehung des Hauptbogens.

3 Strahlengänge verschiedener roter Lichtstrahlen in einem Regentropfen

Für die Erklärung des Regenbogens kann man sich allerdings nicht nur einen Lichtstrahl (wie in obiger Animation) herausgreifen, man muss vielmehr alle Lichtstrahlen betrachten, die in den Tropfen gelangen. Bei der nebenstehenden Animation strahlt die Sonne horizontal ein.

Der Mittelstrahl 1 wird in sich selbst reflektiert. Mit zunehmendem Abstand zwischen den weiteren einfallenden Strahlen (2, 3, 4, 5, 6) und dem Strahl 1 nimmt der Winkel zwischen austretendem Strahl und Strahl 1 zu. Der maximale Austrittswinkel ist mit Strahl 7 erreicht. Für Strahlen, die oberhalb von Strahl 7 einfallen, wird der Austrittswinkel wieder kleiner. Es kommt insgesamt zu einer Häufung der austretenden Strahlen etwa beim Winkel 42°. Würde dieses besondere Phänomen nicht auftreten und die austretenden Strahlen einigermaßen gleichverteilt sein, so könnten wir gar keinen Regenbogen beobachten.

Mit dem schönen Simulationsprogramm zum Regenbogen, kannst du den Strahlenverlauf selbst erzeugen.

Wie aus der nebenstehenden Skizze zu sehen ist, fällt vom obersten Tropfen rotes Licht, vom untersten Tropfen blaues Licht in das Auge. Deshalb sehen wir beim Hauptregenbogen außen rot und innen blau.

Hinweis: Draußen in der Natur ist das Auge wesentlich weiter von den Regentropfen entfernt. Die Winkel den das rote bzw. blaue Licht mit der Horizontalen bilden sind nahezu gleich, nämlich ca. 42°.

Dass z.B. rotes Licht in das Auge des Betrachters fällt, gilt für alle Regentropfen, die er unter dem gleichen Winkel sieht. Diese Tropfen liegen auf einem Kreisbogen (vgl. nebenstehende Skizze).

Beim Nebenregenbogen tritt im Tropfen eine zweimalige Reflexion auf. Er wird unter einem Winkel von 51° beobachtet und hat gerade die umgekehrte Farbanordnung wie der Hauptregenbogen. Für nähere Information wird ein Simulationsprogramm empfohlen.

6 Entstehung von Haupt- und Nebenregenbogen

Beim Hauptregenbogen wird das Licht in den Regentropfen beim Ein- und Austritt gebrochen und einmal an der Rückseite reflektiert. Dabei gelangt das blaue Licht von tiefer liegenden Tropfen und das rote Licht von höher liegenden Tropfen ins Auge, so dass der Regenbogen innen blau und außen rot erscheint.

Beim Nebenregenbogen wird das Licht in den Tropfen ebenfalls beim Ein- und Austritt gebrochen aber zweimal an der Rückseite reflektiert. Dabei gelangt das blaue Licht von höher liegenden Tropfen und das rote Licht von tiefer liegenden Tropfen ins Auge, so dass der Regenbogen außen blau und innen rot erscheint.

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