Chemie

Wellenoptik


Licht als Transversalwelle - Einstiegsversuch

Einleitung

Im Kapitel Interferenz und Beugung haben wir gesehen, dass sich Licht durch einenWellenvorgang beschreiben lässt. Es gibt hauptsächlich zwei verschiedene Typen vonWellen, nämlich Transversal- und Longitudinalwellen.

Transversal- und Longitudinalwelle
  • Transversalwellen schwingen senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung(z.B. Seilwellen).
  • Longitudinalwellen schwingen in ihrer Ausbreitungsrichtung (z.B.Schallwellen).

Ist Licht Transversal- oder Longitudinalwelle? Ein Einstiegsversuch.

Der im nachfolgenden Video gezeigte Versuchsaufbau besteht aus einer Glühbirneals Lichtquelle und zwei so genannten Polarisatoren (auch Polarisationsfilter genannt). Diese erscheinen unseremAuge als durchsichtig (Beachten Sie hierbei die Formulierung "erscheinen"!). Mittels dersichtbaren Gradeinteilung ist deren aktuelle Ausrichtung ablesbar, welche sich senkrechtzum Strahlgang in beliebigem Winkel einstellen lässt.

Zu Beginn der Versuchsdurchführung befindet sich nur der erste der beidenPolarisatoren im Strahlgang der Lichtquelle. Im weiteren Versuchsverlauf wird zusätzlichder zweite Polarisator vor den ersten gestellt und dessen Ausrichtung relativ zum erstenPolarisator gedreht.

Arbeitsauftrag

Betrachten Sie das folgende Video und beobachten Sie, was passiert!

Beantworten Sie danach die folgenden Fragen:

  • Hätten Sie das Gesehene erwartet?
  • Bestätigt dieser Versuch ihrer Meinung nach den Transversal- oderden Longitudinalcharakter von Lichtwellen? Versuchen Sie, Ihre Antwortmit Hilfe des Beobachteten zu begründen!

Nach Beantwortung der Fragen vergleichen Sie Ihre Antworten bitte mitder nachfolgenden Zusammenfassung:

Zu Beginn des Versuches wird der 1. Polarisator gedreht. Dabei ist keineVeränderung der Ausgangssituation zu beobachten: In allen Stellungen bleibt diedurchtretende Intensität des Lichtes gleich.

Nachdem sich der 1. Polarisator wieder in seiner Anfangsposition (vonuns willkürlich festgesetzte Winkelstellung von 0°) befindet, wird der 2.Polarisator, ebenfalls in "0°-Stellung", vor diesen in den Strahlgang gebracht.Auch dabei ändert sich die durchfallende Intensität nicht, wenn wir vonunwesentlichen Verlusten absehen, wie z.B. zusätzliche Reflexionen am 2.Polarisator.

Anschließend wird der 2. Polarisator relativ zum ersten verdreht. Dabeilässt sich beobachten, wie mit wachsendem Drehwinkel die durchgelasseneIntensität immer mehr abnimmt, bis schließlich gar kein Licht mehr durchtritt.Dies tritt genau dann ein, wenn der 2. Polarisator um 90° relativ zum 1.Polarisator verdreht wurde.

Danach wird der 2. Polarisator über diesen Punkt hinaus weiter gedreht,bis er seine 180°-Stellung erreicht. Dabei nimmt die Intensität wieder bis zuihrem Ausgangswert zu. Beim Zurückdrehen des 2. Polarisators wiederholt sich derbeschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge.

Die Beobachtung unseres Versuches spricht dafür, dass Licht senkrecht zuseiner Ausbreitungsrichtung eine Vorzugsrichtung besitzen muss, welche sichdurch die verwendeten Polarisatoren beeinflussen lässt.

Falls das nicht so wäre, dürften wir beim Verdrehen des 2. Polarisatorsrelativ zum 1. Polarisator keine Veränderung der durchfallenden Intensitätbeobachten.

Der Versuch bestätigt also, dass es sich bei Lichtwellen um transversaleWellen handelt.

Wir können also folgern: Licht ist eine Transversalwelle.

Für "Puristen":
Streng genommen bleibt zu zeigen, dass Licht keinen zusätzlichenLongitudinalanteil aufweist.
Das beweisen wir, indem wir die in gekreuzter Stellung noch durch diePolarisatoren kommende Intensität - welche nur von einem Longitudinalanteil stammenkann, da ja bei möglichst idealen Polarisatoren sämtliche Transversalanteileherausgefiltert werden - messen. Dabei stellen wir fest, dass diese gleich null ist.
Bemerkung hierzu: Bei den von uns verwendeten Polarisatoren tritttrotz Kreuzstellung noch ein wenig Intensität durch, was sich durchWellenlängenabhängigkeit ihrer Polarisationsgüte erklären lässt (grünliche Färbungdes durchtretenden Lichtes).