In diesem Experiment kann man mit einfachsten Mitteln einen Löffel in drei Teile zerlegen, ohne dabei Gewalt anwenden zu müssen. Ein leicht durchzuführender Versuch zum Thema Lichtbrechung und Brechungsindex.
Was wird gebraucht?
- eine viereckige Vase aus Glas oder ein Trinkglas
- ein Löffel
- Öl, Wasser und Lebensmittelfarbe oder Tinte, falls gewünscht
Was ist zu tun?
Man fülle das Glas zunächst mit ein wenig Wasser und danach vorsichtig mit Öl. Dann tauche man den Löffel in die Flüssigkeiten und schaue sich das Ganze unter verschiedenen Blickwinkeln an.
Was ist geschehen?
Geht Licht von einem Medium in ein anderes Medium über – hier von Luft in Öl und in Wasser -, so werden die Lichtstrahlen an den Übergängen gebrochen. d.h. der Strahl bekommt einen Knick.
Wie stark die Lichtstrahlen gebrochen werden, hängt von der optischen Dichte eines Materials ab. Sie wird mit der Brechzahl oder dem Brechungsindex angegeben. Je höher die Brechzahl eines Mediums, umso stärker ist die Brechung.
Luft hat ungefähr die Brechzahl 1. Wasser hat einen Brechungsindex von etwa 1,33 und Öl von ca. 1,4 bis 1,6. So lässt sich verstehen, warum es zwischen Öl und Luft den größeren Knick gibt: Der Unterschied im Brechungsindex ist hier am größten. Anders gesagt: Öl ist optisch deutlich dichter als Luft.
Wie stark der Lichtstrahl gebrochen wird, hängt außerdem davon ab, wie schräg das Licht einfällt. Je schräger der Blickwinkel, desto stärker die Lichtbrechung.
Unser Auge weiß von der Lichtbrechung natürlich nichts und nimmt den Löffel daher größer und – je nachdem, unter welchem Winkel man auf das Glas schaut – in seiner Position auch verschoben wahr.
Dieses Phänomen im Alltag
Fische sehen im Wasser etwa um ein Drittel größer aus, als sie tatsächlich sind. Die Lichtstrahlen werden beim Übergang von Wasser in Luft vom Lot – einer gedachten senkrechten Linie auf der Wasseroberfläche – weggebrochen. Dies geschieht umso stärker, je schräger der Lichtstrahl einfällt. In diesem Fall erscheint der Fisch nicht nur größer, sondern auch in seiner Position verschoben.
Beim Übergang von einem optisch dünneren Medium in ein optisch dichteres Medium tritt der umgekehrte Fall ein: Das Licht wird zum Lot hin gebrochen. Alles erscheint dann kleiner.
Steht also jemand am Ufer eines Flusses und möchte mit einem Speer einen Fisch erlegen, so darf er nicht genau auf den Fisch zielen, sondern muss immer etwas davor werfen.
