Arbeitsauftrag: Phänomen Abgeflachte Sonne

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Arbeitsauftrag: Phänomen Abgeflachte Sonne
Merkwürdige Formen der Sonnenscheibe

Lichtbrechung tritt nicht nur bei abrupten Übergängen zwischen zwei Medien auf, sondern auch bei
allmählichen Änderungen des Mediums. So eine kontinuierliche Änderung eines Mediums liegt in der
Atmosphäre vor, da die Dichte der Luft von oben nach unten zunimmt.
In Abb. 1 ist die Erdatmosphäre exemplarisch in 5 Schichten eingeteilt. Eine Schicht ist jeweils optisch
dichter als die darüber liegende Schicht.
Stern
Erde
Abb. 1: Brechung des Lichtstrahls in der Erdatmosphäre
euch nun, was mit dem Lichtstrahl eines Sterns passiert, der in die Erdatmosphäre eintritt.
 Überlegt
Übertragt Abb. 1 in euer Laborbuch.
15 min
Was geschieht mit dem Lichtstrahl beim Übergang von einer Schicht in die andere?
Wo muss ein Beobachter stehen, um den Stern zu sehen?
Zeichnet die Blickrichtung des Beobachters ein, in welcher er den Stern scheinbar sieht.
Beschriftet die Abbildung und skizziert den Verlauf für den in Abb.
qualitativ.
1 eingezeichneten Lichtstrahl
nach Position des Sterns fällt der Lichtstrahl flacher oder weniger flach in die Erdatmosphäre ein
 Je
und wird mehr oder weniger stark abgelenkt. Untersucht diesen Zusammenhang, indem ihr bei den
20 min
Abbildungen 2a)-d) den Winkel  und den Winkel , um den der einfallende Strahl bei der Brechung
aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt wird ausmesst und in einer Tabelle ins Laborbuch
übertragt. Der Ablenkwinkel  ergibt sich dabei als Differenz zwischen Einfallswinkel und
Brechungswinkel  ().
Wie stehen Einfallswinkel und Ablenkwinkel miteinander in Beziehung?
Vervollständigt nun folgenden Satz:
Je größer der Einfallswinkel bzw. je flacher ein Lichtstrahl in die Erdatmosphäre eintritt, ....
Abb. 2a)–d): Zusammenhang zwischen Einfalls- und Ablenkwinkel
Bei einem Sonnenuntergang erscheint die Sonne – kurz bevor sie untergeht – platt gedrückt.
Wie kommt es dazu?
Sucht eine Begründung und haltet eure Ideen im Protokoll fest.
den folgenden Text mit euren Vermutungen und Erklärungsversuchen und ergänzt oder
 Vergleicht
korrigiert diese, indem ihr in eigenen Worten die Entstehung der abgeflachten Sonne im Laborbuch
10 min
zusammenfasst.
Abgeflachte Sonne
Tritt das Licht von der Sonne in die Lufthülle der Erde
ein, so wird es gebrochen. Da die Dichte der Luft
immer größer wird, je näher sie der Erdoberfläche ist,
wird der Brechungswinkel von Schicht zu Schicht
größer. Insgesamt ergibt sich ein gekrümmter
Lichtweg. Deshalb können wir die Sonne sehen,
obwohl sie bereits seit etwa zwei Minuten unter dem
Horizont verschwunden ist. Aber warum erscheint sie
uns gestaucht?
Das Licht vom unteren Rand der Sonnen tritt flacher in
die Erdatmosphäre ein und wird daher stärker
gebrochen als das Licht vom oberen Sonnenrand. Der untere Rand scheint gegenüber dem oberen
Rand angehoben, die Sonne sieht platt aus.

Hausaufgabe
Begründe, warum Himmelskörper niedriger stehen als man sie wirklich sieht.
Beschreibe dazu zunächst sorgfältig in deinem Laborbuch (unter der in der Stunde angefertigten
Abbildung), was mit einem Lichtstrahl passiert, der in die Erdatmosphäre einfällt, wenn man sie
näherungsweise die in Schichten einteilt, bzw. was sich verändert wenn eine kontinuierlicher
Änderung des Mediums vorliegt.
Lest euch den ausgeteilten Text über den Sonnenfuß durch und beantwortet folgende Fragen:
Wie entsteht ein Sonnenfuß?
Handelt es sich beim Sonnenfuß um eine obere oder eine untere Fata Morgana? Begründe.
Der „Sonnenfuß“
Der „Sonnenfuß“ entsteht dann, wenn sich kurz über dem
Erdboden, also in Blickrichtung Horizont, warme
Luftschichten befinden. Sie sind optisch dünner als die
darüber liegenden kälteren Schichten der Atmosphäre. An
einer solchen Grenzschicht wird schräg von oben
einfallendes Licht total reflektiert. Wir sehen in dieser
Richtung den unteren Teil der Sonne noch einmal – als auf
dem Kopf stehendes Spiegelbild.
Folgende Seite: Ergänzung Lichtbrechung
Lichtbrechung
Licht wird aus seiner Richtung abgelenkt, wenn es schräg von einem Medium in ein anderes gelangt. An der
Grenzfläche der beiden Medien wird das Licht gebrochen. Der Stoff, in dem der Winkel zwischen Lichtstrahl und
Lot kleiner ist, heißt optisch dichter, der Stoff mit dem größeren Winkel optisch dünner.
Beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium wird das Licht also zum Lot hin
gebrochen, beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium vom Lot weg.
Der Lichtweg ist umkehrbar. So kann z.B. der in Bild 1 gezeichnete Lichtweg in beiden Richtungen durchlaufen
werden. Bei der Brechung gelangt stets nur ein Teil des Lichts in das andere Medium, das übrige Licht wird
reflektiert.
Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium tritt Totalreflexion ein (Bild 2), wenn der
Einfallswinkel einen bestimmten Wert, den Grenzwinkel, überschreitet.
Der „Sonnenfuß“
Der „Sonnenfuß“ entsteht dann, wenn sich kurz über
Blickrichtung
Horizont,
warme
Luftschichten
dünner als die darüber liegenden kälteren Schichten
solchen Grenzschicht wird schräg von oben
reflektiert. Wir sehen in dieser Richtung den unteren
als auf dem Kopf stehendes Spiegelbild.
dem
Erdboden,
also
in
befinden. Sie sind optisch
der Atmosphäre. An einer
einfallendes
Licht
total
Teil der Sonne noch einmal –
Beantwortet folgende Fragen:
Handelt es sich beim Sonnenfuß um eine obere oder eine untere Fata Morgana? Begründet.
Wie entsteht ein Sonnenfuß?
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