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?
