Totalreflexion

kosmos · Anmeldungsdatum: 22.02.2021 Beiträge: 4

Meine Frage:
Versuch Erdbebenmessgerät: Trinkglas wurde mit Wasser gefüllt und der Laserpointer so darauf gerichtet, dass das Licht von Luft auf das Glas fällt, nach dem Glas im Wasser landet und von dort ca. die Mitte der Wasseroberfläche traf. Das Buch diente dazu den Laserpointer abzustützen. Hinter dem Wasserglas wurde ein KOnvexspiegel auf den Boden gelegt.

Oberhalb der Wasseroberfläche kam kein Laserlicht aus dem Wasser heraus. Stattdessen beobachtete ich einen Laserlichtpunkt hinter dem Glas am Boden. Genau dort hin legte ich den Konvexspiegel, der das Licht an eine weit entfernte Zimmerwand reflektierte. Dort konnte ich drei parallele rote Streifen an der Wand sehen. Der erste (links oben) war besonders hell, der dritte (rechts unten) war am dunkelsten.

Ergebnis: Immer wenn die Erde bebte, wackelten die Striche an der Wand und veränderten ihren Abstand voneinander. Daran konnte man das Erdbeben gut beobachten.

Fragen:
1. Was passierte mit dem Laserlicht, als es von Luft in Glas überging?
2. Spezialistinnenfrage: Warum waren an der Wand Striche statt Punkte zu sehen?
3. Was passierte mit dem Laserlicht, als es an die Grenzfläche zwischen Glas und Wasser kam?
4. Spezialistinnenfrage: Warum waren an der Wand drei Striche (unterschiedlich hell) anstatt nur eines Strichs zu sehen?
5. Warum kam kein Laserlicht oben aus dem Wasser heraus?
6. Warum war ein Konvexspiegel besser geeignet als ein ebener Spiegel, wenn die drei Striche an der Wand weit genug von einander entfernt liegen sollen, um sie klar einzeln sehen zu können?
7. Warum verändert sich der Abstand zwischen den Strichen an der Wand, wenn die Erde bebt?

Meine Ideen:
Heute sind wir etwas klarer und hätten schon diese Lösungen:
1. Lichtbrechung zum Lot
3. Brechung vom Lot
5. Totalreflexion

Vielen Dank für Eure Hilfe! Mein Kind und ich sind zu dumm für diesen Unterstufenphysikauftrag.

LG,

Zwei Beiträge zusammengefasst, damit es nicht so aussieht, als ob schon jemand antwortet. Steffen

Nils Hoppenstedt · Anmeldungsdatum: 08.01.2020 Beiträge: 2019

Hallo,

zu 2 und 6: Würde man einen Planspiegel verwenden, würde durch die Divergenz der Laserstrahlen große Flatschen an der Wand entstehen. Durch die Verwendung eines Konvexspiegels werden die Strahlen jedoch in einer Richtung wieder teilweise fokussiert, sodass aus den Flatschen Striche werden.

zu 3: Brechung und Reflexion!

zu 4: Man sieht drei Striche, da die Lichtstrahlen an der Grenzfläche Wasser-Glas teilweise mehrfach reflektiert werden. Das ist in der angehängten Skizze dargestellt: der obere Strahl ist der, der direkt durchgeht und ist der hellste. Die beiden unteren werden entweder an der linken oder der rechten Grenzfläche Wasser-Glas ein zweites Mal reflektiert und sollten daher dunkler sein als der direkt durchgehende, aber im Vergleich zueinander ungefähr gleich hell sein. Daneben gibt es natürlich noch weitere Strahlen, die noch weitere Reflexionen erleiden. Diese sind aber vermutlich zu dunkel, um noch erkennbar zu sein. (Achtung: in der Skizze sind die Brechungswinkel nicht richtig dargestellt.)

zu 7: Läuft eine Erschütterung durch die Wasseroberfläche gibt es lokal kleine Wellenberge und Wellentäler im Wasser. Wie aus der Skizze zu erkennen ist, trifft der direkt durchgehende Strahl und einer der mehrfach reflektierten Strahlen die Wasseroberfläche an verschiedenen Stellen. Da durch die Wellen im Allgemeinen die lokale Krümmung der Wasseroberfläche an den verschiedenen Stellen unterschiedlich sein wird, unterscheiden sich die lokalen Reflexionswinkel an der Wasseroberfläche und die Streifen an der Wand verschieben sich zueinander.

Viele Grüße,
Nils

kosmos · Anmeldungsdatum: 22.02.2021 Beiträge: 4

Herzlichen Dank, lieber Herr Hoppenstedt!

Danke für die tollen, genauen Antworten.

GlG
Thumbs up!