1. Thema: Lichtbrechung

Schickt man einen dünnes Strahlenbündel von weißem Licht durch ein Dreiecksprisma, so wird das weiße Licht in eine Vielzahl von Farben zerlegt. Das Gleiche geschieht, wenn man einen Regenbogen am Himmel sieht. Man nennt sie Regenbogenfarben oder auch wissenschaftlich Spektralfarben.

Die Farbzerlegung beim Übergang von Licht aus ein Stoff in einen anderen mit unterschiedlicher Dichte nennt man (Licht-)Brechung. Dabei werden die Lichtwellenfronten unterschiedlich stark gebremst, so dass sie nach dem Übergang mit unterschiedlichen Richtungen weiterlaufen.

Man kann weißes Licht auch in verschiedene Farben zerlegen, in dem man es an einem sehr schmalen Gitter spiegelt oder es durch ein sehr schmales Gitter hindurchtreten lässt. Diese Aufspaltung geschieht durch die sogenannte (Licht-)Beugung zum Beispiel beim Betrachten von CDs. Dabei überlagern sich verschiedenen Lichtwellen. Man sagt, sie interferieren.

Eine weitere Art der Farbzerlegung ist die Zerlegung durch dünne Schichten, z.B. bei Seifenblasen. Hierbei handelt es sich um eine Kombination vom Lichtbrechung und Lichtbeugung.

Spielendes Entdecken der Lichtbrechung:

Ein Quader aus Plexiglas (etwa 10*7*2cm Kantenlänge) wird in der Klasse ausgeteilt. Schülerinnen und Schüler beginnen ohne Aufforderung durch den Glaskörper hindurchzusehen und dabei zu entdecken.

Beobachtungen:

1. Blickt man von unten gegen die große Fläche, so erscheinen die Gegenstände auf dem Kopf stehend, also gespiegelt.

2. Blickt man dabei jemanden anders an, so sieht der andere meine Augen verdoppelt, während er für mich auf dem Kopf zu stehen scheint.

3. Legt man den Quader auf ein Buch oder ähnliches, so scheinen die Zeilen zu "verspringen". Dort wo die Zeile unter dem Quader herläuft, scheint sie nach oben versetzt.

4. Die Zeile scheint im Quader "höher" zu liegen.

Übergang vom Spielen zum "Forschen":

Zunächst wird die Natur ohne Hintergedanken spielend beobachtet. Wenn man Unterschiede zu dem erkennt, was man wegen seiner Erfahrung erwartet, beginnt man sich zu wundern.

Nun beginnt die Phase des Ausprobierens. Bei diesem Abschnitt  versucht man durch Verändern Regelmäßigkeiten herauszufinden. Erfüllt das Ausprobieren bestimmte Erfordenisse, so bezeichnet man es als Forschen.

Anders als beim Spielen sind beim Forschen die Spielregel (Naturgesetze) nicht bekannt. Beim Forschen gilt es, die Spielregeln herauszufinden, indem man Veränderungen vornimmt am:

• Sender (Lichtquelle: Klassenraum, Gesichter, Buch mit Linien)

• Empfänger (Auge in verschiedenen Positionen)

• Raum zwischen Sender und Empfänger (durch verschiede Flächen des Quaders schauen)

Experimentieren

Hat man Regelmäßigkeiten erkannt, beginnt das Experimentieren, indem man eine "Spielanordnung" festlegt und beschreibt. Anschließend wird die Anordnung systematisch verändert, wobei man zwischen der Ursache "Störung"  eine feste Beziehung mit der Auswirkung "Reaktion" zu finden sucht.

Immer wenn man das eine tut (Ursache), ergibt sich das andere (Reaktion).

Ob man Erkenntnisse gewinnt, die sich dann als Naturgesetze herausstellen, hängt davon ab,

• wie viel Vorkenntnisse man besitzt,

• wie aufmerksam man beobachtet,

• wie gut man aus den Beobachtungen Schlüsse ziehen kann,

• ob man aus scheinbaren Fehlschlüssen geeignete, richtigen Folgerungen zieht um weiterzumachen,
  
• und nicht zuletzt darauf, dass man nicht aufgibt, das Ziel zu verfolgen
  
• und Glück hat.

Vorkenntnisse

Bislang sind die Ausbreitungsregeln des Lichtes in der einfachsten Form bekannt.

Aus dem Satz, dass der Lichtweg umkehrbar ist, ergibt sich eine Erklärung für die Beobachtung 1 und 2: Wenn man den Klassenraum auf dem Kopf stehend sieht, muss die Klasse meine Augen gespiegelt sehen.

Beobachtung 3 und 4 sind nicht zu erklären. Jetzt benutzt man ein Experiment, wie es zur Beschreibung der Spiegelgesetze eingesetzt wurde.

4. Lernkartei

brechung.fla

brechung_dreiecksprisma.fla

brechung_planparallele_platte.fla

6. unbearbeitetes Material

D3_brechung.doc

7. Literatur

7.1. Printmedien

DORN BADER: Physik Sekundarstufe I; Schroedel- Verlag Hannover 1993; Lichtbrechung S.24-29; Totalreflektion S. 31-32

7.2. Internet

Virtual Physics Laboratory Optics Fu-Kwun Hwang mit der Möglichkeit Farbmisch-Experimente mit additiven und/oder subtraktiven Farben zu machen. Auchtung: Durch Doppelklick rechts kann man von der addidtiv-Farbreihe auf die Subtraktiv-reihe umschalten.

Farbensehen; Ernst-Georg Beck ; Merian Schule

Farben in der Anwendung; Hier ist ein Farben-Lexikon zu sehen. Wolf Schmidt, Bensheim: http://www.dekoatelier.de/gestalten/farbenkunde_einfuehrung.htm

Unter dem Stichwort Farbenkunde findest man auch Erkenntnisse über Komplementärfarben wieder.

Klaus-G. Häusler; haeusler[at]muenster[dot]de