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Versuche

Der weggepustete Laserstrahl

Versuchsaufbau

Für den Versuch benötigst du einen Laser, eine Heizplatte und einen Schirm. Den Laser montierst du so, dass sein Strahl gerade über die (heiße) Heizplatte streift und in einigem Abstand auf dem Schirm (oder einer Wand) endet.

weggepusteter-laser-aufbau.png
Abb. 1 Aufbau des Versuchs "Laserstrahl wegpusten"

Durchführung

Nun pustest du einfach kräftig von der Seite auf die heiße Heizplatte.

Beobachtung und Deutung

Im folgenden Video kannst du dir die Versuchsdurchführung anschauen und beobachten, was passiert.

Aufgabe

Erkläre die Versuchsbeobachtung mit eigenen Worten. Veranschauliche dazu den Strahlengang das Lasers mithilfe einer Skizze.

Lösung

totalreflexion2.png
Abb. 2 Totalreflexion an der heißen Luftschicht über der Herdplatte

Beim Pusten wird die heiße Luft über der Herdplatte durch die relativ kalte Atemluft verdrängt. Die untere Luftschicht mit Kontakt zur Heizplatte erhitzt sich jedoch sofort. Die Luftschichten weiter oben bleiben jedoch kalt, da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist. Es entsteht also modellhaft eine heiße, optisch dünne Luftschicht direkt über der Heizplatte. Weiter oben ist im Vergleich dazu eine kalte, optisch dichtere Luft. Aufgrund des großen Einfallswinkels \(\alpha\) und der unterschiedlichen optischen Dichten wird der einfallende Laserstrahl an der Grenzschicht der beiden Luftschichten total reflektiert. Der Laserstrahl trifft nicht auf die Heizplatte und ist daher für uns nicht sichtbar.

Hinweis: Auf dem Schirm ist häufig nicht nur ein einziger Lichtfleck zu sehen, sondern du kannst verschiedene Muster erkennen. Dies liegt daran, dass die Oberflächen von Heizplatten meist geriffelt sind. Hierdurch entstehen Interferenzphänomene auf dem Schirm.