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Aufgabe

Lichtstrahl in Salzlösungen

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Erkläre das Zustandekommen des gebogenen Lichtstrahls mithilfe des Brechungsgesetzes. Nimm dazu an, dass sich im Aquarium mehrere Salzlösungen (Wasser mit aufgelöstem Salz) mit nach unten steigender Salzkonzentration befinden. Gibt dabei auch an, ob Salzwasser optisch dünner oder optisch dichter ist als Leitungswasser.

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Der Lichtstrahl tritt seitlich relativ weit oben in das Aquarium ein. Dort ist die Salzkonzentration relativ gering. Im weiteren Verlauf trifft der Lichtstrahl auf die Grenzfläche zu einer Salzwasserschicht mit höherer Salzkonzentration. Da diese beiden "Materialien", also die beiden Salzlösungen unterschiedlicher Konzentration, eine unterschiedliche optische Dichte besitzen, wird der Lichtstrahl beim Übergang gebrochen. Der Lichtstrahl bekommt einen kleinen "Knick" nach unten. Der Brechungswinkel \(\beta\) ist also etwas kleiner als der Einfallswinkel \(\alpha\).  Und da an den vielen übereinanderliegenden Schichten immer wieder Brechung dieser Art auftritt, bildet sich ein gebogener Lichtstrahl.

Da der Lichtstrahl nach unten gebogen wird, erfolgt beim Übergang von Wasser mit geringem Salzgehalt zu Wasser mit höherem Salzgehalt die Brechung zum Lot hin. Salzwasser ist also optisch dichter als Leitungswasser (Süßwasser).