Experiment zum Thema Optik

Physikversuche von Lisa Fitz
Experimente zum
Thema Optik
von Lisa Fitz
Definition von Optik:
Optik (griech. optike ”Lehre vom Sichtbaren“) ist ein Bereich der Physik, der sich mit der Ausbreitung
von Licht und dessen Wechselwirkung mit Materie beschäftigt.
Unter Licht versteht man in der Regel den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums. Viele
Gesetzmäßigkeiten und Methoden der klassischen Optik gelten allerdings auch außerhalb des
Bereichs sichtbaren Lichts. Dies erlaubt eine Übertragung der Erkenntnisse der Optik auf andere
Spektralbereiche (z.B. Röntgenoptik), oder auf ganz andere Strahlungsarten (z.B. Elektronenoptik).
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Erstes Experiment:
Was benötigen wir:
Der versilberte Löffel
einen Teelöffel, eine kleine Kerze, ein Glas Wasser
Vorgehensweise:
Der Löffel wird vorsichtig in einige Zentimeter Entfernung über die Flamme
gehalten bis er mit Ruß bedeckt ist, also bis er ganz schwarz ist. Dann taucht man den rußigen
Teelöffel ganz vorsichtig in das Wasserglas. Plötzlich scheint der Löffel nicht mehr hässlich schwarz,
sondern glänzt silbern wie zuvor. Doch wenn man den Löffel wieder aus dem Wasser zieht, kommt
wieder die schwarze, rußige Oberfläche zum Vorschein.
Erwachsenenerklärung: der Grund für dieses Phänomen ist die Lichtbrechung. Ob der Löffel
für uns Silber aussieht oder nicht hängt von verschiedenen Faktoren ab, nämlich von dem
Einfallswinkel des Lichtes, der Brechung und am Winkel des Betrachtens (Durch einige
Versuchswiederholungen stellte ich fest, dass nicht immer der Löffel Silber ist)
Definition der Brechung: Brechung bezeichnet die Richtungsänderung einer Welle aufgrund einer
lokalen Änderung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Treffen Licht- oder andere elektromagnetische Wellen von einem Medium (zum Beispiel Luft) auf ein
anderes (zum Beispiel Glas), dessen Brechungsindex sich von dem des ersten unterscheidet, wird ein
Teil des Lichts reflektiert, ein anderer erfährt eine Ablenkung gemäß dem Snelliusschen
Brechungsgesetz. Beim Übertritt in ein optisch dichteres Medium wird der Strahl zum Lot der
Trennfläche gebrochen, also steiler, und bei einem dünneren Medium vom Lot.
Durch die Brechung werden eben die Lichtstrahlen so gebrochen und auf unsere Netzhaut geworfen,
das die Oberfläche für uns Silbern erscheint. ( = Optische Täuschung)
Kindgerechte Erklärung:
Wieso glänzt eine rußbedeckte Oberfläche nicht? Dies liegt daran,
dass Ruß eine raue Oberfläche hat. Unter dem Mikroskop hat die Oberflächeganz viele kleine Berge
und Täler, welche für unser Auge nicht sichtbar sind. Solche rauen Flächen glänzen und spiegeln
nicht.
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Physikversuche von Lisa Fitz
Doch wenn man nun den Metalllöffel in das Glas Wasser taucht, bleiben in den vielen kleinen Tälern
winzig kleine Luftbläschen hängen. Sie können dort nicht weg und bilden deswegen eine vollkommen
glatte Oberfläche.
Sie sind sogar so glatt und gleichmäßig, dass sie wie ein Spiegel wirken. Da ganz viele Luftbläschen
dicht nebeneinander kleben, sieht es aus als ob der Löffel selbst versilbert worden wäre. Wenn man
den Löffel wieder aus dem Glas Wasser hinaus zieht, platzen alle kleinen Blasen wieder, und der
Löffel ist wieder genauso schwarz wie vorher.
Reflexion:
Für die Kinder war das Experiment faszinierend. Es war für sie wie Zauberei sie
wollten es immer und immer wieder wiederholen, da sie es so interessant fanden und sich zuerst gar
nicht vorstellen konnten wie, dies funktionieren sollte. Doch mit einer kindgemäßen Erklärung und den
richtigen Medien konnte ich ihnen das Experiment erklären und verdeutlichen.
Tipp: Dadurch, dass man sich leicht rußig machen kann, würde ich empfehlen, dass die Kinder sich
Malkitteln anziehen, um Flecken im Gewand zu vermeiden. Außerdem würde ich diesen Versuch nur
in der Kleingruppe durchführen, da dadurch jedes Kind besser sieht und das Experiment besser
erleben kann.
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Zweites Experiment:
Was benötigen wir:
Warum ist der Himmel blau?
hohes, durchsichtiges Glas, Wasser, Milch, Taschenlampe
Vorgehensweise: Der Behälter wird mit Wasser gefüllt. Nun fügt man so viel Wasser dazu,
dass das Wasser stark getrübt ist. Unter das Glas hält man dann eine Taschenlampe, so dass sie
nach oben durch die Flüssigkeit leuchtet. Bei genauerer Beobachtung sieht man, dass das oben
angekommene Licht rötlich erscheint. Doch betrachtet man das Glas von der Seite, erscheint die
Flüssigkeit leicht bläulich.
Erwachsenenerklärung: Das von der Taschenlampe ausgestrahlte Licht besitzt ein Spektrum
von Violett bis Rot. Das energiereiche violette Licht wird von den Milchmolekülen im Wasser, wie auch
von den Luftmolekülen in der Atmosphäre, stärker gestreut als das rote Licht. Während uns ein großer
Teil des roten Lichts direkt erreicht, steuert der blaue Anteil sein Ziel eher indirekt an. Daher erscheint
auch der Zylinder von der Seite betrachtet bläulich zu leuchten.
Dies wird auch bei Aufnahmen der Erdoberfläche ausgenützt. Wertet man den Blauanteil des beim
Satelliten ankommenden Lichts aus, so enthält dieses viele Informationen über die Wolkendecke. Die
roten Anteile lassen sich dagegen von der Atmosphäre weniger beeinflussen und eignen sich daher
eher für Oberflächenaufnahmen.
Kindgerechte Erklärung:
Der Himmel ist nur tagsüber blau, also muss das irgendwie mit der
Sonne zusammenhängen.... Das Licht der Sonne besteht aus verschiedenen Farben (rot, orange,
gelb, grün, blau, indigo und violett) die - zusammengemischt – weißes Licht ergeben. Wenn das
Sonnenlicht auf die Luftteilchen in der Atmosphäre (so nennt man die Lufthülle, die unsere Erde
umgibt) trifft, wird dieses Licht gebrochen. Ein Teil der verschiedenen Lichtanteile wird dabei von der
Luft wieder in den Weltraum zurückgestrahlt (reflektiert). Nur die blauen Anteile des Lichts schaffen
es, sich an den Luftteilchen „vorbeizumogeln“. Deshalb strahlt der Himmel so schön blau. Wenn nur
grünes Licht zurückgeworfen wird wie bei grünen Blättern, erscheint der Gegenstand grün.
Reflexion:
Die Kinder waren sehr erstaunt von meinen Versuch. Der Versuch eignet sich jedoch
nur für Vorschul- bzw. Schulkinder, da es für die Kinder nicht ganz einfach ist dieses Phänomen zu
begreifen.
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Tipp: Am besten eignet sich für diesen Versuch ein vollkommen glattes Glas, dadurch sind die
Färbungen besser zuerkennen.
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