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Versuche

Der gebogene Lichtstrahl

Versuchsaufbau

Ein großes, durchsichtiges Gefäß wie ein Aquarium wird zunächst zur Hälfte mit einer stark gesalzenem (oder gezuckertem) Wasser gefüllt. Anschließend wird hierüber vorsichtig normales Leitungswasser ins Aquarium gefüllt. Um eine gute Schichtung zu erreichen, kann beim Eingießen des Leitungswassers z.B. eine Korkscheibe genutzt werden, um das Vermischen der Schichten zu verringern. Die Zugabe von ein wenig Currypulver sorgt für stärkere Reflexion des Laserlichtes im Wasser und erhöht die Sichtbarkeit.

Hinweis: Im Laufe der Zeit bilden sich durch die Durchmischung von Salzwasserlösung und Leitungswasser mehrere Schichten mit unterschiedlichem Salzgehalt bzw. ein kontinuierlicher Übergang von Salzwasser zu Leitungswasser.

Versuchsdurchführung

Laserlicht wird von der Seite schräg in das Aquarium eingestrahlt.

der-gebogene-lichtstrahl.jpg
Abb. 1 Brechung des Lichtstrahls im Aquarium mit geschichteten Salzlösungen

Beobachtung

Der Laserstrahl verläuft im Aquarium nicht geradlinig, sondern ist nach unten gebogen.

Aufgabe

1) Erkläre die Beobachtung des gebogenen Lichtstrahls mithilfe des Brechungsgesetzes.

Lösung

Der Lichtstrahl tritt seitlich relativ weit oben und damit im Bereich des Leitungswassers in das Aquarium ein. Im weiteren Verlauf trifft der Lichtstrahl auf die Grenzfläche zwischen Leitungswasser und Salzwasser. Da diese beiden "Materialien" eine unterschiedliche optische Dichte besitzen, wird der Lichtstrahl beim Übergang vom Leitungswasser ins Salzwasser gebrochen. Der Lichtstrahl bekommt einen "Knick". Und da der Übergang von Leitungswasser zu Salzwasser durch das Vermischen nach einiger Zeit nicht mehr an einer Ebene stattfindet, sondern ganz viele Brechungsebene mit leicht unterschiedlichen Salzwasserlösungen übereinander liegen, sieht man einen gebogenen und keinen geknickten Lichtstrahl.

2) Erläutere mithilfe des Brechungsgesetzes, ob Salzwasser oder Leitungswasser die höhere optische Dichte besitzt.

Lösung

Da der Lichtstrahl nach unten gebogen wird, erfolgt beim Übergang von Leitungswasser zu Salzwasser die Brechung zum Lot hin. Salzwasser ist also optisch dichter als Leitungswasser.

Video zum Versuch