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Vorrichtung zur Erläuterung der Plinzipien der Wellenlel1re.
Die im folgenden beschriebene Vorrichtung soll die Prinzipien der Wellenlehre, als Fortpflanzung, Reflexion, Brechung und Interferenz der Wellen in einem ebenen Mittel erläutern. Kugelwellen und Planwellen werden dabei durch ebene Schnitte dargestellt, Kugelwellen als gleichachsige Kreissehar.
Planwellen als Schar paralleler Gerader. Zur Darstellung dieser Wellen dient paralleles Lieht, das entweder mittels eines Heliostaten ins Zimmer geworfen, oder von einem Projektionsapparate erzeugt wird.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen Grundriss zur Erklärung der Grundsätze, auf welchen die Vorrichtung beruht, Fig. 2 und Fig. 3 sind Ansichten der Vorrichtung und eine Einzelheit.
Der Kreis Z in Fig. l bedeutet den Grundriss eines spiegelnden kreiszylindrischen Stabes, der
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Lässt man nun mehrere gleich weit entfernte Bunde ! von Parallelstrahlen auf den Stab Z fallen, so erhält man auf der Bildebene eine Schar von Kreisen mit dem gemeinsamen Mittelpunkt H. Die Parallelstrahlenbündel werden durch ein Gitter ausgeblendet, u. zw. ein Blech, in dem eine Anzahl paralleler Schlitze in gleichen Abständen angebracht ist (Fig. 3, x). Bewegt man das Gitter in der Richtung der Stabachse, dann vergrössern sich die gleichachsigen Kreise und quellen aus dem Zylinderstabe hervor wie Wasserwellen. Die Erscheinung wird deutlicher, wenn das Nebenlicht seitlich vom Stabe und vor dem Stabe abgeblendet wird. Wird der spiegelnde Stab durch einen durchsichtigen Glasstab ersetzt. dann werden durch Brechung im Glase auch gleichaehsige Kreise erzeugt, die sich jetzt aber nur in einem
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Die Vorrichtung selbst ist in Fig. 2 dargestellt. q bedeutet das Grundbrett des Apparates. Es ist parallel zur Längsseite geschlitzt. Der Schlitz dient zur Aufnahme zweier seitlich verschiebbarer Stativstäbe t, die an beliebiger Stelle im Schlitz festgestellt werden können. Die Stativstäbe f tragen Kreuzklemmen, wie sie bei Bunsenstativen gebräuchlich sind. Sie dienen zum Festhalten der mit einem Ansatzstück versehenen spiegelnden Stäbe. s oder anderer Zugehörteile. Die Bildebene p wird von einem lotrechten am Grundbrett befestigten Rahmen o getragen. Sie soll eben, starr und durchscheinend sein. u ist ein mattsehwarz gestrichener Blendenkasten.
Er kann mittels Haken an der linken oder rechten Schmalseite der Vorrichtung eingehängt werden, je nach dem man das Licht von links oder rechts einfallen lässt. Er trägt die mit Handhaben versehenen, mattschwarzen Blenden P, p'und w, Il", von denen c, v' durch zwei wagreehte Falze an der Aussenwand, w, u' durch lotrechte Falze an der Innenwand des Blendenkastens geführt werden. Die Blenden halten durch Reibung in jeder Stellung fest. Der Blendenkasten ist in der Grösse des Rechteckes, das durch die lotrechten und wagrechten Falze angedeutet ist,
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befestigt werden, so dass das Fiihrllngsbleeh ! I in pine tiefe Stellung gelangt.
Der Gitterträger wird vor den Blendeukasten gestellt. Das unter zirka 25 Neigung gegen die Bildebene einfallende Parallelstrahlenbündel wird zunächst durch das Gitter in Streifen zerlegt, durch
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prinzipien der Wellenlehre zu erläutern gestallen. wie im Folgenden an Beispielen gezeigt wird.
1. Ausbreitung einer Zentralwelle.
Ein spiegelnder zylindrischer Stab wird in die Kreuzklemme r eingesetzt, so dass er scnkrecht zur Ebene p steht und sie berührt. Nachdem man das Licht vor und seitlich vom Stabe abgeblendet
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wellen überall senkrecht durchschneiden.
Zusammensetzung einer Welle aus Ek'mentarweHen (Huygens Prinzip).
Mehrere Rnndglasstäbe sind dicht nebeneinander gefasst, so dass ihre Achsen in einer Ebene liegen.
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In gleicher Weise kann die Zusammensetzung einer Zentralwelle nach dem Huygenschen Prinzip gezeigt werden. Man erzeugt sie durch einen dicken Grlasstab.
3. Reflexion am ebenen Mittel.
Vier gleich lange, spiegelnde Stäbe werden von einem mattschwarzen, ebenen Blendenblech axial durchsetzt. Die Stäbe sind auf dem Blendenblech parallel und in gleichen Abständen befestigt. Dieses Gerät wird derart in die Vorrichtung eingesetzt, dass die spiegelnden Stäbe auf die Ebene p senkrecht stehen. Wird vor dem Blendenfenster ein Blech mit einzelnem senkrechten Spalt vorbeigezogen, dann wächst aus den einzelnen Stäben je ein Halbkreis hervor, der eine Elementarwelle darstellt.
Legt man eine Glasplatte an die spiegelnden Stäbe an, dann wird das Licht auch zum Teil an der ebenen Glasplatte reflektiert und es erscheint als resultierende Welle die gemeinsame Tangente der vier Kreise. Durch Neigen des Gerätes gegen die Einfallsrichtung der Planwelle kann man die Reflexion bei verschiedenem Einfa,Jswinkel zeigen. Man kann auch die Reflexion einer ZrntralweJ1e zeigen.
Man geht nun zu engerem Abstande der spiegelnden Stäbe über. Lässt man auf ein Gerät, bei dem mehrere spiegelnde Stäbe in einer Ebene und dicht nebeneinander befestigt sind, eine Planwelle fallen, so erhält man eine Erscheinung, die der diffusen Reflexion an einer weissen matten Ebene gleicht.
Ersetzt man schliesslich dieses Gerät durch einen Planspiegel, dann erhält man die refleiztierte scharf.
Mittels eines zylindrischen Hohlspiegels kann man die Erscheinungen der Reflexion am Hohl-
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ziehen, eineZentralwelle, wenn sie vom Brennpunkte ausgeht, liefert Planwellen, wenn sie vom Krümmungsmittelpunkte ausgeht, stehende Wellen.
4. Brechung am dichteren und dünneren Mittel nach dem Huygensse. hen Prinzip.
Hiezu wird das bereits in Beispiel 3 erwähnte Gerät mit den vier spiegelnden Stäben, die von einem Blendenblech durchsetzt sind, verwendet. Dahinter wird ein Planspiegel so aufgestellt, da ss seine Spur
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der Spiegel nicht senkrecht auf p, sondern wird gegen das erwähnte Gerät oder von ihm weg geneigt. Vor dem Blendenfenster der Vorrichtung wird ein Blech mit zwei senkrechten, parallelen Spalten vorbeigezogen, deren Abstand verstellbar ist. Der durch den einen Spalt fallende Lichtstrahl wird an den vier spiegelnden Stäben reflektiert, der durch den zweiten Spalt fallende Strahl erst am Planspiegel und dann an den vier spiegelnden Stäben.
Vor und hinter den vier spiegelnden Stäben breiten sich
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Spaltbleehs wird so eingeste]lt, dass die beiden vom Fusspunkt eines Stabes ausgehenden Kreise ihre Bewegung im gleichen Augenblicke beginnen, Legt man beiderseits Glasplatten an die vier spiegelnden
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hervor, die miteinander interferieren und die Hyperbeln der Stille sichtbar machen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Erläuterung der Prinzipien der WeUe1l1ehre, gekennzeichnet durch einzelne spiegelnde kreiszylindrische Stäbe oder durch Kombinationen von solehen, die derart angeordnet sind, dass aus parallelem oder schwach divergentem Licht durch ein Gitter ausgeblendete Streifen als kreiskegelmantelförmige Lichtbüschel reflektiert werden, deren Schnitte mit einer zu den Stabaehsen senkrechten Bildebene die Wellen versinnbildlichen.