Alltagsphänomen: Regenbogen
Einordnung in den Lehrplan
• Jahrgangsstufe 7/8, Gymnasium•Strahlenoptik
– Licht an Grenzflächen– Farben
Vorkenntnisse
• Elementare geometrische Kenntnisse
• Kenntnis des Lichtspektrums• Wissen über Reflexion, Brechung
und Dispersion eines Lichtstrahls
Einsatz im Unterricht
• Einstiegsexperiment zur Farbenlehre
• Geometrische Erklärung von Beobachtungen in der Natur
Regenbogen
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
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
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´
Entstehung des Regenbogens an einem Tropfen
Brechung, Dispersion und Reflexion im Wassertropfen
Farbe des Lichts in Abhängigkeit vom Streuwinkel
Licht
Wassertropfen
Hauptregenbogen
blau 40°rot 42°
Lichtbrechung beim Nebenregenbogen
Haupt- und Nebenregenbogen
Entstehung des Regenbogens durch mehrere Tropfen im Auge des Betrachters
Überzählige Regenbögen als Folge von Interferenz