P 24: Spielereien mit Beugungsobjekten, ein Tribut an Monsieur Fourier

2.7 Beugung an Öffnungen und Hindernissen

Ein paar Bilder sind während des Unterrichts gelungen, die möchte hier zusammenstellen und erläutern:

Beugung an einem kleinen Loch:

Das Beugungsobjekt ist ein Kreis, also entstehen Kreisringe als Maxima. In der Mitte ist der helle Fleck des durchgehenden Lichtes zu sehen. Auch dort gibt es schwache Interferenzen, die aber überstrahlt werden und hier nicht sichtbar sind.

Beugung an einem dünnen Draht:

Wir haben auch das Theorem von Babinet erwähnt: Beugungsbilder von komplementären Objekten (Loch, Scheibe, Draht, Spalt) unterscheiden sich nur unwesentlich.

Dann haben wir uns das Beugungsbild eines Gitters angesehen:

Die Maxima verraten uns, wie das Gitter im Raum orientiert ist:

Gitteröffnungen senkrecht angeordnet

 

 

Gitteröffnungen waagerecht angeordnet:

 

Merkt ihr was? Ich hab mich nicht verschrieben....

Kreuzgitter:

Drähte sind senkrecht zueinander gespannt.

 

Es überlagern sich zwei Beugungsbilder, die helle Punkte an den Kreuzungsstellen bilden.

Wichtig:

Das Beugungsbild verrät uns, wie regelmäßige Beugungsobjekte angeordnet sind.

So kann man aus der Beugung von Röntgenstrahlen die Kristallstrukturen ermitteln.

Das wird auch ein Abithema werden.

Info für Speziallisten:

Mathematisch ist das eine Fouriertransformation. Das Beugungsbild ist die Fouriertransformation des Beugungsobjektes (und umgekehrt).

Blick durch Gitter:

Dann haben wir durch Gitter mit etwa 500...1000 öffnungen pro mm die Raumbeleuchtung angesehen.

Man erkennt Spektren. Die Maxima 0. Ordnung sind das Originalbild, daneben sieht man (je nach Dreheinstellung des Gitters) die Maxima...Innen Blau und Außen Rot 

(wer das jetzt zum K...findet, ist auf der richtigen Spur: Wenn man Blau ist, bricht man leichter  (und wird kaum gebeugt)).

Hier eine Auswahl der Bilder, die mein LK mir zur Verfügung gestellt hat (durch Handy fotografiert).

Es kommen auch immer nur einzelne Farben vor, keine durchgehenden Farbbänder von Blau nach Rot. Die Lampen senden ein sog. Emissionsspektrum aus. Damit werden wir uns bald sehr ausführlich beschäftigen.

Und nun zum Schluss noch eine nette lehrreiche Spielerei:

Zwei Beugungsobjekte nacheinander

Wir haben Laserlicht durch ein Gitter mit 500 Öffnungen pro cm geschickt. Dahinter haben wir dann ein Gitter mit 250 Öffnungen pro cm gehalten und es gedreht.

Wenn die Gitter senkrecht stehen, sieht man kein Bild wie beim Kreuzgitter oben sondern zwei senkrecht zueinander stehende Einzelgitterbilder.

Das Licht läuft nacheinander durch die beiden Gitter. Es liegt also kein einzelnes Beugungsobjekt vor.

Jedes Maximum des ersten Gitters wird im zweiten Gitter erneut gebeugt.

Beim Kreugitter überlagern sich die Effekte zu einem neuen Effekt, denn es fidnet die Beugung gleichzeitig an beiden Gittern statt..  Geht dagegen  das Licht nacheinander durch zwei Gitter , so addieren sich einfach die Beugungsbilder.

Ähnliche Situationen werden wir in der Quantenmechanik wiedererkennen.

Das erkennt man schön im Video. Das erste Gitter hat eine halb so große Gitterkonstante (500/cm). Deswegen liegen die Maxima dort doppelt so weit auseinander wie beim zweiten Gitter (das gedreht wird, 250/cm)...dazu hab ich euch eine ganze Serie von Filmen gezeigt, mit und ohne Ton bzw. Musik....

(sollte das falsche Video kommen, bitte Chronik löschen und Browser neu starten...)