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Alltagsphänomen: Regenbogen
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Einordnung in den Lehrplan
• Jahrgangsstufe 7/8, Gymnasium•Strahlenoptik
– Licht an Grenzflächen– Farben
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Vorkenntnisse
• Elementare geometrische Kenntnisse
• Kenntnis des Lichtspektrums• Wissen über Reflexion, Brechung
und Dispersion eines Lichtstrahls
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Einsatz im Unterricht
• Einstiegsexperiment zur Farbenlehre
• Geometrische Erklärung von Beobachtungen in der Natur
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Regenbogen
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Brechung
• Beim Übergang zwischen optischen Medien unterschiedlicher Dichte wird ein Lichtstrahl gebrochen
• In dichteren Medien, beispielsweise Glas oder Wasser pflanzen sich Lichtwellen langsamer fort als in Luft
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Brechung
Aus dem Brechungsgesetz von Snellius n1 sin α = n sin β folgt: sin β = sin α : n
mit: n ist die Brechzahl des Mediums, n = 1 für Luft, n = 1,3312 für Wasser
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Dispersion
• Die Geschwindigkeit des Lichts und damit die Brech-
zahl ist abhängig von der Lichtwellenlänge.
Farbe Brechzahl β bei α = 45° rot 1,3312 32° 05´ gelb 1,3330 32° 02´ blau 1,3406 31° 50´ violett 1,3435 31° 45´
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Entstehung des Regenbogens an einem Tropfen
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Brechung, Dispersion und Reflexion im Wassertropfen
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Farbe des Lichts in Abhängigkeit vom Streuwinkel
Licht
Wassertropfen
Hauptregenbogen
blau 40°rot 42°
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Lichtbrechung beim Nebenregenbogen
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Haupt- und Nebenregenbogen
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Entstehung des Regenbogens durch mehrere Tropfen im Auge des Betrachters
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Überzählige Regenbögen als Folge von Interferenz