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Aufgabe

Totalreflexion an Diamanten

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

a)Erläutere - eventuell unter Verwendung einer Skizze - wie es zum Funkeln und Glitzern von Diamanten kommt.

b)Frau Schlaumeier fiel ihr Diamantring bei einer Bootsfahrt in den See. Ihr Mann meint, dass das Auffinden des Diamanten nicht sehr schwer sein könnte, wenn man eine starke Unterwasserlampe habe, da der Diamant in einem hohen Maße Totalreflexion zeigt.

Was sagst du zu dieser Behauptung?

c)Ein Juwelier wirbt in einer Zeitungsanzeige für Diamanten. Auf zwei Abbildungen zeigt er darin, wie ungünstig eine falsche Form (ein schlechter Schliff) des Diamanten ist.

Überprüfe anhand des Diagramms aus dem Grundwissen, ob er Strahlengang in der linken Skizze richtig gezeichnet ist. (aus NiU Physik Heft 45, 1998, Seite 41)

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a)Der Grenzwinkel der Totalreflexion αgr ist bei Diamant relativ klein (24°). Dies bedeutet, dass alle Strahlen, die unter einem Winkel größer als αgr auf die Grenzfläche Diamant-Luft treffen, totalreflektiert werden.

Ist der Diamant noch geeignet geschliffen, so wird dafür gesorgt, dass fast alle in den Diamant eintretenden Lichtstrahlen - in etwa - entgegen der Einfallsrichtung reflektiert werden. Dadurch kommt es zum Funkeln und Glitzern des Diamanten.

b)Für den Übergang Diamant-Wasser ist der Grenzwinkel der Totalreflexion deutlich größer als für den Übergang Diamant-Luft. Somit werden beim im Wasser liegenden Diamanten nicht mehr soviele Lichtstrahlen total reflektiert. Unter Wasser glitzert also der Diamant nicht mehr so wie in Luft, ist also schlechter aufzufinden.

 

c)Der Strahlengang stimmt für den Übergang Diamant-Luft nicht. Bei dem Winkel 32° müsste schon Totalreflexion stattfinden. Der Brechungswinkel von 54° würde sich etwa bei Glas ergeben.