Physik III Übung 8

Physik III
Übung 8
Stefan Reutter
Moritz Kütt
Franz Fujara
WiSe 2012
Aufgabe 1 [H,D] LCD
Wie funktionieren LCD-Bildschirme (LCD = Liquid Crystal Display)?
Aufgabe 2 [H] Brewster2
n1
n2
n3
A light ray is incident from a first material (index of refraction n1 = 1.2) on a flat layer of material 2 (index of refraction
n2 = 1.5). Beneath material 2 is material 3 with index of
refraction n3 . The ray is incident on the material-1-material2 interface at the Brewster angle for this interface. The ray
of light refracted into material 3 happens to arrive on the
material-2-material-3 interface again exactly at the Brewster
angle for that interface.
What is the value of n3 ?
Aufgabe 3 [H] λ/4-Plättchen
Wir wollen ein λ/4-Plättchen herstellen. Dazu nutzen wir doppelbrechendes Kaliumphosphat.
Der Brechungsindex des ordentlichen Strahls beträgt no = 1.5095, der des außerordentlichen
Strahls nao = 1.4684.
a) Wie dick muss unser Plättchen sein? Wir schneiden es es parallel zu den optischen Achsen,
es soll für den senkrechten Einfall von Licht der Wellenlänge λ = 589nm als λ/4-Plättchen
wirken.
b) Wie kann man damit experimentell feststellen, ob einfallendes Licht zirkular polarisiert ist?
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Aufgabe 4 [H] Polarisierend
Wir sind daran interessiert, was passiert, wenn Licht auf einen idealisierten linearen Polarisator
fällt. Welche Polarisationsrichtung und Intensität hat Licht, das hinter dem Polarisator gemessen
wird, wenn es mit Intensität I0 eingestrahlt wird für den Fall von
a) linear polarisiertem Licht, dessen Polarisationsebene gegenüber der vom Polarisator durchgelassenen Komponente um einen Winkel θ gedreht ist
b) zirkular polarisiertem Licht
c) unpolarisiertem Licht?
Aufgabe 5 [H] In den Brunnen gefallen
Eratosthenes, Gelehrter und Vorsteher der berühmten Bibliothek von Alexandria, war schon im
3. Jahrhundert vor Christus in der Lage, den Erdradius recht gut zu bestimmen. In der Stadt
Syene, dem heutigen Assuan, gab es einen berühmten Brunnen, über dem die Sonne am Mittag
der Sommersonnenwende genau im Zenit stand.
In Alexandria, das etwa auf dem gleichen Längengrad liegt, konnte Eratosthenes den Schattenwurf eines Obelisks (oder etwas Ähnlichem, Genaues ist nicht überliefert) zum gleichen Zeitpunkt bestimmen. Dort stand die Sonne (aus heutiger Sicht offensichtlich) nicht exakt senkrecht,
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sondern warf einen Schatten, dessen Winkel Eratosthenes zu 50
des Vollkreises bestimmte.
Weiterhin kannte er die Entfernung zwischen Syene und Alexandria, sie betrug 5000 Stadien (1
Stadion waren ca 157.5 m). Bestimme aus diesen Angaben den Erdradius.
Aufgabe 6 [P,D] Polarisation des Himmels
Warum ist das blaue Streulicht des Himmels teilweise polarisiert? Unter welchem Winkel ist
es am stärksten polarisiert und warum? Wie sieht es mit dem Licht des Mondes bei Voll- bzw.
Halbmond aus? Was ist mit dem Licht im dunklen Teil des Mondes? Wofür benutzen Tiere bzw.
Menschen polarisiertes Licht?
Aufgabe 7 [P,D] Bierschaumtrübung und Polarbärisierung
Ist der Schaum von dunklem Bier dunkler als der von hellem? Warum sind Salz, Zucker, etc.
weiß wenn große Kristalle derselben Substanzen eigentlich transparent sind? Wann ist das Fell
von Tieren (z.B. Polarbären) weiß, wann ist es farbig? Ist das von Zucker kommende Licht
polarisiert?
Aufgabe 8 [P] Optische Aktivität
Beim Durchgang von linear polarisiertem Licht durch einen optisch aktiven Quartz wird die
Polarisationsebene gedreht, wenn das Licht parallel zur optischen Achse läuft. Für Licht der
Wellenlänge λ = 590 nm und einen Kristall der Dicke d = 5 cm beträgt die Drehung α = 108.5◦ .
Diese Drehung lässt sich durch unterschiedliche Brechungsindizes für links- bzw. rechtszirkular
polarisiertes Licht erklären. Wir wissen, dass der mittlere Brechungsindex n̄ = 1.55 ist.
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Wie groß ist der Unterschied der Ausbreitungsgeschwindigkeiten von links- bzw. rechtszirkular
polarisiertem Licht?
Aufgabe 9 [P] Polarisatorgedöns
a) Zwischen zwei gekreuzte Polarisatoren wird ein dritter gestellt und gemessen, wieviel Licht
am Ende herauskommt. Berechne die Intensität hinter dem dritten Polarisator als Funktion des
Drehwinkels des mittleren Polarisators.
b) Nun werden zwischen die beiden Polarisatoren N Polarisatoren gestellt, deren Drehwinkel
◦
gleichmäßig auf die 90◦ verteilt sind (sie haben dann einen Winkelabstand von N90+1 ). Berechne
die Intensität hinter dem letzten Polarisator als Funktion von N .
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