Brechung vs Beugung vs Dispersion

    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 19.046
      Hab mal einen neuen thread aufgemacht, damit es nicht zu unübersichtlich wird:

      Brechung:

      Brechung oder auch Refraktion (englisch refraction) bezeichnet die Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Welle aufgrund einer räumlichen Änderung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit, die speziell für Lichtwellen durch den Brechungsindex n eines Mediums beschrieben wird.Die Brechung ist, anders als Beugung (engl. diffraction), Gegenstand der Strahlenoptik, welche für Strukturen gilt, die groß im Vergleich zur Wellenlänge sind. An Grenzflächen tritt durch Brechung ein Knick im Strahl auf, der durch das Brechungsgesetz beschrieben wird.


      Brechung ist Gegenstand der Strahlenoptik. Wellencharakter wird hier nicht benötigt.

      Beugung: (bitte klicken)

      Beugung wird mit dem Wellencharakter des Lichts erklärt. Huygensche prinzip, Interferenz usw.

      Dispersion:

      In der Optik ist dies speziell die von der Frequenz des Lichts abhängende Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in Medien. Dies hat zur Folge, dass Sonnenlicht an den Flächen eines Prismas unterschiedlich stark gebrochen wird. Auf der anderen Seite des Prismas zeigt sich ein farbiges Spektrum.

      Nur mal um sicher zu gehen:

      Kurzwelliges Licht wird stärker gebrochen als langwelliges Licht. dies hat die Dispersion zur Folge. Warum spielt dieses Thema in der Strahlenoptik keine Rolle? Mit anderen Worten: warum dispersiert (heißt das so?) eine Münze am Boden eines Wasserglases nicht? Warum ist dazu ein prisma nötig?



      Vermutung: auch im Wasserglas dispersiert das einfallende Licht, reflektiert an der Münze, aber - und jetzt kommt der entscheidende faktor - bricht an der Oberfläche wieder in die selbe Richtung "zurück" und bündelt sich wieder zu weißem Licht. Beim Prisma stehen die Lote senkrecht zueinander. Die Brechung wird verstärkt. Bleibt die Frage: im bild sieht man, dass auch an der kante Luft -> "Medium Prisma" eine Dispersion stattfindet. Wenn ich also aus dem Wasser rausschaue, müsste ich alles an Land in Regenbogenfarben sehen.

      und zu letzt: kurzwelliges Licht wird stärker gebrochen aber schwächer gebeugt. D.h. bei einem Prismaspektrum liegt blaues Licht (kurzwellig) weiter außen, während es bei der Beugung seine Maxima näher der Mitte hat.

      und zu guter Letzt:

      Frage: was ist das?
      Antwort: blaues Licht!

      F: Was macht es?
      A:
      Es leuchtet blau! :coolface:


      P.S. hat jemand ene eselsbrücke für mich, wie ich mir merken kann, welche Farbe kurzwelig und welche langwellig ist?
  • 12 Antworten
    • lemslin
      lemslin
      Bronze
      Dabei seit: 21.09.2009 Beiträge: 1.557
      Jo, passt soweit. Du hast richtig überlegt. An parallelen Flächen wie Glasscheiben wird das Licht hin- und zurück gebrochen, so dass sich die Dispersion ausgleicht.

      Über Dispersion habe ich mich schon im Brillenthread beklagt. Üble Sache.

      Eine richtige Eselsbrücke hab ich nicht, vielleicht hilft diese Überlegung:

      Rot-> Infrarot-> Wärmestrahlung => langwellig
      Blau/Violett-> Ultraviolett(UV)=> kurzwellig, da höhere Energie
    • sarc
      sarc
      Moderator
      Moderator
      Dabei seit: 06.06.2008 Beiträge: 12.563
      Eselsbrücken müssen möglichst dämlich sein, damit sie funktionieren. Also stell dir vor, wofür beim Duschen rot und blau steht. Die Verbindung über die Wassertemperatur zu kurz oder lang darfst du dann selber herstellen... ;)
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 19.046
      Meine Frau hat ne (gute) Eselsbrücke:

      Blau -> kurz -> klein -> Veilchen
      rot -> lang -> groß -> Rose

      Bleibt die Frage: im bild sieht man, dass auch an der kante Luft -> "Medium Prisma" eine Dispersion stattfindet. Wenn ich also aus dem Wasser rausschaue, müsste ich alles an Land in Regenbogenfarben sehen.


      Und weiter gehts:

      im Vakuum breitet sich Blau und rot gleich schnell aus. Daher muss das kurzwellige Blau mit einer höheren Frequenz schwingen. doppelte Wellenlänge = halbe Frequenz.

      Oder auch:

      Wikipedia:
      Dispersion: In der Optik ist dies speziell die von der Frequenz des Lichts abhängende Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in Medien.


      Die Wellenlänge ändert sich im Medium nicht, da sonst die Farben sich ja ändern würden. Also ändert sich die Frequenz und die der kurzwelligen stärker,als die der langwelligen. Die Frequenzen gleichen sich quasi an. Dadurch wird die höhere Frequenz stärker herabgesetzt, als die niedrige. Da die Wellenlänge bleibt, bewegt sich das rote Licht jetzt schneller.

      Das stimmt auch mit meiner Vorstellung überein: Licht ist wie ein Bademeister, der ein Kind im Wasser retten möchte. Er sucht sich den schnellsten Weg der Kombination Land/Wasser, also weder am Beckenrand entlang und dann senkrecht zum Beckenrand den kürzesten Weg durchs Wasser zum Kind, noch die direkte, kürzeste Verbindung Wachturm - Kind (Strecke), da er dann recht lange durchs Wasser schwimmt. Es ist die Kombination aus beidem. Und je langsamer er schwimmt, also umso mehr ihn das Wasser abbremst, umso größer der Brechungswinkel.



      Hellblau ist der schnell schwimmende Bademeister (schwimmt genau so schnell wie er läuft), dunkelblau der langsam schwimmende. Der langsamere Schwimmer, der durch das Wasser also stärker gebremst wird, wird stärker gebrochen. Zu rettende Kinder befinden sich an unterschiedlichen Orten!

      Schall vs Licht:
      Warum breitet sich Schall eigentlich schneller aus im dichteren Medium (Wasser)? Kann man sich das so vorstellen:

      Schall: je mehr Teilchen, desto besser funktioniert die Übertragung? Vakuum/Weltall keine Übertragung. Der Schall ist eine Frequenzübermittlung von Teilchen zu Teilchen.

      Licht: Licht braucht kein Mdium. Es schwingt eigenständig und Teilchen bremsen es eher ab.
    • Bersi111
      Bersi111
      Bronze
      Dabei seit: 12.08.2006 Beiträge: 1.059
      Das Blau kurz ist Kannst dir evtl au so merken.
      Das alle Einsatzfahrzeuge von Polizei usw blaue Lichter aufm Dach haben kommt aus den 30er Jahren und hatte den Sinn das auf Grund der hohen Streung und somit der "kurzen" Reichweite von blauem Licht die Bomber sie nicht entdecken konnten :)
    • lemslin
      lemslin
      Bronze
      Dabei seit: 21.09.2009 Beiträge: 1.557
      Regenbogenfarben würdest du nur sehen, wenn du eine scharfe schwarz -weiß Kante betrachtest, ansonsten einfach unscharf. Aber unter Wasser sieht man ohne Taucherbrille eh immer unscharf, oder irre ich mich da, weil die Augenlinse das korrigieren kann?
    • FjodorM
      FjodorM
      Bronze
      Dabei seit: 14.02.2006 Beiträge: 11.238
      Original von wuerstchenwilli
      Die Wellenlänge ändert sich im Medium nicht, da sonst die Farben sich ja ändern würden. Also ändert sich die Frequenz und die der kurzwelligen stärker,als die der langwelligen. Die Frequenzen gleichen sich quasi an. Dadurch wird die höhere Frequenz stärker herabgesetzt, als die niedrige. Da die Wellenlänge bleibt, bewegt sich das rote Licht jetzt schneller.
      Es ist andersrum, die Frequenz bleibt gleich (wie sollte die sich auch ändern? Wenn draußen was mit 10Hz schwingt muß es das drinnen auch tun wegen der Ankopplung) aber die Wellenlänge ändert sich. Deswegen benutzt man z.B. in der Mikroskopie teilweise Flüssigkeiten die eine höhere Brechzahl als Luft haben -> die Wellenlänge wird kleiner -> die Auflösung wird besser.
    • Forstning
      Forstning
      Gold
      Dabei seit: 26.05.2007 Beiträge: 1.727
      ampel:

      ~800nm rot
      550+nm gelb
      500+nm grün
      darunter blau->violett


      zu dem Rest: muss ich nochmal drüber nachgrübeln, bin nur Chemiker ^^ Aber eigentlich brauchst Du für jedes Phänomen mit Licht sowohl die Welle als auch das Teilchen. Es gibt aber oft ein einfaches Modell aus der klassischen Physik.

      *edit*

      also letzten endes sind alle phänomene die du beschreibst auf quantenelektrodynamik zurück zu führen. die begriffe die du verwendest sind einfach nur modelle die man in der schule lernt, weil man nicht auf kleinster ebene denkt:

      dispersion (dispergieren): die gang(phasen)unterschiede ergeben sich aus den gleich vielen möglichkeiten für das licht durch das prisma zu wandern, während sich aber die wellenlänge unterscheidet und somit im mittel unterschiedliche wege "gewählt" werden.

      ---
    • happyhumping
      happyhumping
      Bronze
      Dabei seit: 18.12.2007 Beiträge: 5.174
      Die Wahrscheinlichkeit, dass du brichst, steigt proportional mit den Litern Bier, die du konsumierst.
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 19.046
      Aber nur solange der Krug zum Brunnen geht.
    • Screenager
      Screenager
      Bronze
      Dabei seit: 25.07.2006 Beiträge: 2.124
      Original von wuerstchenwilli
      Schall vs Licht:
      Warum breitet sich Schall eigentlich schneller aus im dichteren Medium (Wasser)? Kann man sich das so vorstellen:

      Schall: je mehr Teilchen, desto besser funktioniert die Übertragung? Vakuum/Weltall keine Übertragung. Der Schall ist eine Frequenzübermittlung von Teilchen zu Teilchen.

      Licht: Licht braucht kein Mdium. Es schwingt eigenständig und Teilchen bremsen es eher ab.
      Ja das stimmt schon so. Kann man sich beim Schall ja auch recht gut vorstellen, wenn du gegen nen harten Gegenstand haust dann vibriert er ja sofort am anderen Ende, während n weiches Gummi eherso gemächlich vor sich hinwabert und es n wenig dauert bis die Schwingung den ganzen Körper erfasst.

      Die Ausbreitung von Licht durch ein Medium, und speziell die Dispersion lässt sich jedoch letztendlich nur auf atomaren Ebene erklären und wird dabei je genauer man hinguckt beliebig kompliziert. Bin jetzt in den letzten Semestern des Physikstudiums und kann nicht behaupten das verstanden zu haben.
    • xyceat
      xyceat
      Bronze
      Dabei seit: 26.07.2007 Beiträge: 619
      hab nicht alles gelesen, aber eine super eselsbrücke, die mir zu dem thema in erinnerung blieb:
      Je blauer man ist, desto mehr bricht man. :f_biggrin:
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 19.046
      Original von xyceat
      hab nicht alles gelesen, aber eine super eselsbrücke, die mir zu dem thema in erinnerung blieb:
      Je blauer man ist, desto mehr bricht man. :f_biggrin:
      Sehr gut!