DE390513C - Schulapparat zur Demonstration der Prinzipien der Wellenlehre - Google Patents

Description

• Schulapparat zur Demonstration der Prinzipien der Wellenlehre. Der im folgenden beschriebene Apparat soll die Prinzipien der Wellenlehre, also Fortpflanzung, Reflexion, Brechung und Interferenz der Wellen demonstrieren. Kugelwellen und Planwellen werden dabei durch ebene Schnitte dargestellt, Kugelwellen als konzentrische Kreisschar ähnlich den Wellen, die ein hineingeworfener Stein in der ruhigen Fläche eines Teiches erregt, Planwellen als Schar paralleler Gerader. Zur Darstellung dieser Wellen dient paralleles Licht, das entweder mittels eines Heliostaten ins Zimmer geworfen oder mit einem Projektionsapparate erzeugt wird.
• Von den beiliegenden Abbildungen stellt Abb. i einen Grundriß dar, Abb. 2 und Abb. 3 eine Ansicht des Apparates und Gitterträgers, Abb..I. 5 und 6 Ansichten von Zubehörteilen. Abb. 7 stellt einen horizontalen Schnitt durch Elen in Abb.2 dargestellten Apparat dar, Abb. 8 und 9 Ansichten von Zubehörteilen.
• Bevor auf die Beschreibung des Apparates eingegangen wird, soll an der Hand der Abb. i das Konstruktionsprinzip erläutert werden. In Abb. i bedeutet der Kreis Z den Grundriß eines spiegelnden kreiszylindrischen Stabes, der senkrecht auf die Projektionsfläche gestellt ist, welch letztere zusammenfallend mit der Papierebene zu denken ist. Die teilweise gebrochenen Linien a a1, b b1, bedeuten einzelne Strahlen eines Parallelstrahlbündels, die bei a, b, c...1 eintreten und, da sie gegen die Papierebene geiieigt sind, dieselbe in a1, b1...11 treffen. Die Gerade a-1 wird als Kurve C abgebildet, die durch die Punkte a1, b1 ... 11 markiert ist. Dabei müssen die Linienzüge a a1, b b1, c cl... 111 #i e iche Länge haben, da ja der einfallende find am Stabe reflektierte Strahl gleiche Neiung gegen eine Horizontalebene haben, weshalb sie auch im Grundriß gleich lang erscheiiien. Die Kurve C kann nun durch einen Kreis K angenähert werden, dessen Mittelpunkt n in der Mitte zwischen dem Mittelpunkt in, des Zylindergrundrisses Z und seiner Peripherie liegt. Die größte Abweichung bei a bzw. L beträgt ungefähr 11, d°s Stabdurchmessers, also bei den verwendeten Stäben von höchstens 2 cm Durchmesser ungefähr 5 mm. Hat der Stab kleineren Durchmesser, dann wird C kreisähnlicher, aber lichtschwächer. Übrigens bleibt die Abweichung vom Kreise konstant, wenn sich C weiter ausdehnt und fällt dann um so weniger ins Gewicht. Praktisch ist sie unmerklich, und es wird ja auch nicht die ganze Kurve C. sondern nur ein kleiner Teil verwendet. Die Kurve C wird deshalb im folgenden mit dem Kreise K identifiziert.
• Läßt man nun nicht nur ein ebenes Bündel von Parallelstrahlen auf den Stab Z fallen, sondern mehrere, die einander in reg°lmäßigen Abständen folgen, so erhält man auf der Bildebene eine ganze Schar von konzentrischen Kreisen mit dem Mittelpunkt )a. Die Parallelstrahlenbündel werden durch ein Gitter ausgeblendet, das ist ein Blech, in dem eine Anzahl paralleler Schlitze in gleichen Abständen ausgestanzt ist (Abb. 3, x). Bei der jetzigen Annahme des Versuches wäre natürlich das Gitter so zu halten, daß seine Schlitze horizontal liegen. Bewegt man nun das Gitter vertikal aufwärts, dann vergrößern sich die konzentrischen Kreise und quellen gewissermaßen aus dem Zvlinderstabe liervcr wie Wasserwellen. Die Erscheinung wird deutlicher, wenn das Nebenlicht seitlich vom Stabe und vor dein Stabe abgeblendet wird. Wird der spiegelnde Stab durch einen durchsichtigen Glasstab ersetzt, dann werden durch Brechung im Glase auch konzentrische Kreise erzeugt, die sich jetzt aber nur in einem Sektor von fast i8o" ausbilden, der in der Richtung des durch den Stab gehenden Lichtes liegt.
• Der Apparat selbst mit dem ;laztiehörigen Gitterträger und Gitter ist in Abb.2 und 3 dargestellt. In Abb. 2 bedeutet q das Grundbrett , des Apparates.- Es ist parallel zur Längsseite geschlitzt: Der Schlitz dient zur Aufnahme zweier seitlich verschiebbarer Stativstäbe t, die mit Hilfe einer Grundplatte als Widerlager durch eine Schraubenmutter oder mittels einer anderen Klemmvorrichtung an beliebiger Stelle im Schlitz fixiert werden können. Die Stativstäbe t trägen Kreuzklemmen r nach Art der bei Bunsenstativen gebräuchlichen Klemmen. Sie sollen die mit einem Ansatzstück versehenen spiegelnden Stäbe s oder andere Zubehörteile in horizontaler Lage festhalten. Die Projektionsebene p wird von einem vertikalen, am Grundbrett des Apparates befestigten Rahmen o getragen. Sie soll eben, starr und transparent sein, besteht also zweckmäßig aus einer Glasplatte, die einen weißen, matten Anstrich von durch-Xheinender Farbe erhält oder mit Pauslein.en glatt bezogen wird. Der Blendenkasten ac ist (4n rechteckiges, mattschwarz gestrichenes Blech mit versteifendem Rande. Er kann mittels Haken an der linken oder rechten Schmalseite des Apparates eingehängt werden, je nachdem es bequemer ist, das Licht von links oder rechts einfallen zu lassen. Er trägt die aus mattschwarzen Blech gefertigten und finit Handhaben versehenen rechteckigen Blenden v, v' und w,.wl, von denen v, v' durch zwei horizontale Falze an der Außenseite des Blenaenkastens, w, wi durch vertikale Falze an der Innenseite geführt werden. Die Blen-(len sind mit Reibung in den Falzen verchiebbar, so daß sie in jeder Stellung festhalten. Der Blendenkasten ist in der Größe des Rechtecks, das durch die vertikalen und Horizontalen Falze markiert ist, durchbrochen. Diese Öffnung ist etwa 35 cm breit und 30 cm hoch. Der untere Rand liegt ungefähr 18 cm über dem Grundbrette q. Mittels der Blenden v, v', w, & kann ein Rechteck von beliebigen Dimensionen und beliebiger Lage innerhalb der Öffnung des Blendenkastens ausgeblendet werden. .
• Abb. 3 stellt den Gitterträger mit eingelegtem Gitter x dar. Er besteht aus einer schweren kreisförmigen Grundplatte mit zentrisch eingesetztem vertikalen Eisenstäbe. Auf diesem Stäbe kann die Hülse z# mittels einer üblichen Klemmvorrichtung in vershiedener Höhe fixiert werden. Die Hülse z trägt ein horizontal angeordnetes, dreimal gefaltetes Führungsblech y von etwa 30 cm Länge. In der Stellung der Äbb. 3 gestattet das Führungsblech y, zwei Gitter in den sich nach oben öffnenden Falzen in. horizontaler Richtung von Hand aus zu fhren. Die Hülse z kann aber auch, um 18o° gedreht, am Stäbe festnel;lemmt werden, so däß das Führungsblech y in eine tiefere Stellung gelängt und einBlech in dem nunmehr nach oben gekehrten mittleren Falz geführt werden kann. Der Gitterträger wird vor den Blendenkasten gestellt und blendet durch das eingelegte Gitter aus dem einfallenden Parallelstrahlenbündel einzelne ebene Strahlenbündel aus, die durch die Blenden v, vl, w, w1 so weit abgeblendet werden, daß nur das jeweilig auf dem Träger t befestigte Gerät in dem gewünschten Ausmaße beleuchtet wird, Lichtquelle und Apparat werden so gegeneinander verschoben, daß die Strahlen unter einem Winkel von etwa 25° die Projektionsebene p treffen. Reicht die Breite des Parallelstrahlenbündels nicht hin, um die Öffnung im Blendenkasten ganz zu beleuchten, dann kann man das Licht etwas divergent machen und den Projektionsapparat 3 bis 4 m entfernt aufstellen. _Das Lichtbündel wird also zunächst durch das Gitter in Streifen zerlegt, durch Blendenkasten i.c und Blenden v, vl, w, wi auf das gewünschte Maß abg--blendet und trifft dann die Projektionsebene p direkt oder eingesetzte Geräte. Trifft das Licht direkt die Projektionsebene, dann erzeugt es dort vertikale, parallele Streifen, die sich in horizontaler Richtung fortbewegen, wenn man das Gitter in der hörizontalen Führung des Gitterträgers verschiebt, und eine fortschreitende Planwelle vorstellen. Arbeitet man mit parallelen Licht, dann sind die Streifen verwaschener-, besonders wenn, man das Gitter entfernt vom Apparate aufstellt. Macht man das Licht schwach divergent, dann sind die Streifen schärfer begrenzt. Durch Verwendung von enger geteilten Gittern oder Drehen des Gitters um eine Vertikale kann man die Wellenlänge ändern. Stellt man aber in das gegitterte und passend ausgeblendete Parallelstrahlenbündel einzelne spiegelnde oder brechende Zylinderstäbe oder Kombinationen von solchen, dann werden Zentralwellen erzeugt, die von den Fußpunkten der einzelnen Stäbe ausgehen, miteinander interferieren und so die Prinzipien der Wellenlehre zu demonstrieren gestatten, wie in folgendem an Beispielen erläutert werden soll. Eben die Erzeugung von Zentralwellen durch Reflexion oder Brechung des Lichtes an spiegelnden oder brechenden gläsernen kreiszylindrischen Stäben ist das neue Konstruktionselement des Apparates.
• r. Beispiel. Ausbreitung einerZentralwelle. Ein spiegelnder zylindrischer Stab von etw a 2 cm Durchmesser und 2o cm Länge mit Ansatzstück (Abb. 2, S), der aus poliertem Stahl oder vernickeltem Messingrohr gefertigt sein kann, wird in die Kreuzklemme r eingesetzt, so daß er senkrecht - zur Projektionsebene p steht und dieselbe berührt. Durch die Bleiiden v, v', w, ze.,l wird das Licht seitlich vom Stab,- und vor dem Stabe abgeblendet. Vor dem Fenster des Blendenkastens wird der Gitterträger aufgestellt und ein Gitter mit vertikal gestellten Spalten eingelegt. Auf der Projektionsebene erscheint das Bild einer Zentralwelle, die aus dem Fußpunkt des Stabes hervorquillt, wenn man das Gitter rückwärts zieht. Die Welle zeigt Abnahme der Intensität mit dem Quadrate der Entfernung. Legt man ein Gitter von i mm Spaltbreite mit horizontalen Schlitzen in den zweiten freien Falz des Gitterträgers ein, so werden die radialen Strahlen erkennbar, welche die Kreiswellen überall senkrecht durchschneiden. - z. Beispiel. Zusammensetzung einer Welle aus Elementarwellen (Huygens Prinzip). Das erforderliche Gerät ist in Abb. 6 dargestellt. 12 Glasstäbe von j e i ein sind dicht nebeneinander in einem mattschwarzen Blechträger (Abb. 6, 14) befestigt, der außerdem mit einem Ansatzstück 13 zum Einsetzen in die Kreuzklemme r versehen ist. Das Gerät wird derart befestigt, daß seine Stäbe senkrecht zur Projektionsebene p stehen und vertikal übereinander liegen, also in der Stellung der Abb. 6. Zunächst wird ein Blech mit einzelnem vertikalen Spalt an der Blendenöffnung vorbeigezogen. Von jedem der zwölf Glasstäbe geht ein sich erweiternder Kreis aus. Als gemeinsame Tangente dieser Kreise erscheint die sich fortpflanzende Planwelle. Das Blech mit dem einzelnen Spalt wird nun durch ein Gitter mit 6 mm Spaltbreite ersetzt. Es erscheint eine einfallende Planwelle, die sich hinter den Glasstäben fortsetzt. Sie zeigt dort diffuse Streuung (Durchgang des Lichtes durch ein trübes Medium). Durch teilweises Abdecken der Glasstäbe mit einem Karton kann man zeigen, wie die resultierend.,- Welle aus einzelnen interferierenden Elementarwellen entsteht. Je mehr Stäbe freigegeben werden, desto schärfer wird die resultierende Planwelle, die diffuse Ausbreitung nimmt ab.
• In gleicher Weise kann die Zusammensetzung einer Zentralwelle nach dem Huygensehen Prinzip gezeigt werden. Die Zentralwelle wird durch einen Glasstab von 3 cm Durchmesser erzeugt, der vor dem Gerät (Abb.6) befestigt wird. Das entsprechend abgeblendete gegitterte Licht trifft zuerst den 3-cm-Glasstab und wird durch ihn zu einer kräftigen Zentralwelle ausgebreitet. Diese Zentralwelle durchsetzt die zwölf Glasstäbe. Auch hier kann man die Glasstäbe mit einem Karton teilweise abblenden. 3. Beispiel. Reflexion am ebenen Mittel. Das zunächst verwendete Gerät ist in Abb.4 dargestellt. Auf einem rech:eckigen, Bußeisernen Fuß sind zwei Stäbe 9, io befestigt, die in einer Höhe von etwa 18 cm zur Aufnahme einer Achse durchbohrt sind. An der Achse ist eine Leiste 8 befestigt, die ein mattschwarzes Blendenblech i trägt, das etwa 9 ein breit und in einer Länge von etwa 16 cm durchbrochen ist. An den Grenzen der so gschaffenen öffnung trägt es Falze, in die sieh ein mattschwarzes Blendenblech einschieben läßt, das vier spiegelnde Stäbe 3, 4, 5 und 6 trägt. Diese Stäbe werden ihrer Achse nach von dein Blendenblech durchsetzt, was dadurch erreicht werden kann, laß die Stäbe der länge nach in zwei Halbzylinder gespalten werden, die auf beiden Seiten des Blendenbleches so befestigt sind, daß sie sich wieder zu einem Vollstab ergänzen. Die Stäbe haben ungefähr 4 cm Abstand voneinander. Statt des Bleches mit den Stäben kann auch ein ebenes beiderseits spiegelndes Blech in die Gffnung von i eingeschoben werden. Das Blendenblech i trägt außerdem auf beiden Seiten je einen Vorreiber 2 und je ein rechtwinklig gebogenes Blechstück 7 zum Anlegen ebener Glasplatten an die spiegelnden Stäbe. Die Leiste 8 kann in den Lagern der Stäbe 9. 1o gedreht und mit beliebiger Neigung durch eine Klemmschraube fixiert «-erden. Für den folgenden Versuch wird die Leiste 8 in senkrech:er Stellung fixiert una das Blech mit den vier spiegelnden Stäben eingeschoben. Der Stab io und die entsprechende Kante des Fußes legen sich an die Projektionsebene (Abb. 2) und den Rahmen o an und gewährleisten dadurch senkrechte Stellung der Stäbe 3, 4, 5, 6 gegen die Projektionsebene p. Vor dem Blendenfenster wird ein Blech mit einzelnem senkrechten Spalt 'vorbeigezogen. Aus den einzelnen Stäben wächst je ein Kreis hervor, der eine Elementarwelle darstellt. Legt man eine Glasplatte mittels des Bleches und des Vorreibers 2 an die 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 der Führungsleiste 8 kann die Reflexion bei schiefem Einfall parallelen Lichtes gezeigt wer en.
• Man kann ferner die Reflexion einer Zentralwelle zeigen, die mit dem 3-cm-Glasstab erzeugt wird. Wieder wird nur ein einzelner Spalt vor dem Blendenfenster vorbeigezogen. Durch Anlegen einer Glasplatte zeigt man die kreisförmige Einhüllende der vier Elementarwellen, die die resultierende Welle vorstellt.
• Man geht nun zu engerem Abstand,- der. spiegelnden Stäbe über. Zu diesem Zwecke sind, ähnlich wie in Abb. 6, die Glasstäbe jetzt zwölf spiegelnde Stäbe von ungefähr 15 cm Länge und einem Zentimeter Durcbmesser parallel und dicht nebeneinander befestigt, daß ihre Achsen in einer Ebene liegen. Dieses Gerät wird erst normal, dann schief gegen eine einfallende _Planwelle gestellt, die mit dem 6-inm-Gitter erzeugt wird. Die Darstellung gibt ein Bild der diffusen Reflexion. Mit @lem 3-cm-Glasstabe wird eine kräftige Zentralwelle erzeugt (6-min-Gitter) und auf die ebene Anordnung der spiegelnden Stäbe fallen gelassen. Es wird die Reflexion der Zentralwelle aus einem symmetrisch zum Wellenzenrruin gelegenen Punkte sichtbar. Bei teilwei-',enl Abdecken der spiegelnden Stäbe kann inan Einzelheiten studieren.
• Nun wird zur Reflexion am ebenen Spiegel übergegangen. In einer Blechfassung mit _Ansatzstück i i (Abb. 5) ist ein guter ebener Planspiegel 12, Größe 2oX2o cm, befestigt. Der Spiegel wird senkrecht gegen eine einfallende Planwelle gestellt. Vor dem Spiegel bilden sich stehende Wellen aus.. Ebenso kann nian die Reflexion einer schiefeinfallenden Planwelle und einer Zentralwelle zeigen. Mit dem horizontal gehaltenen T-mm-Gitter zeigt inan die Strahlbildung.
• .a.. Beispiel. Reflexion am Hohlspiegel. Ein zylindrischer Hohlspiegel von 15 cm hadius, 12 cm Breite und 15 cm Höhe in Fassung mit Ansatzstück wird normal und schief gegen eine einfallende Planwelle ge-,tellt. Strahlbildung wird durch horizontal gestelltes i-mm-Gitter dargestellt. Das 6-inm-Gitter wird mit vertikalen Spalten an dem Blendenfenster vorbeigeführt. Man sieht die `'gellen im Brennpunkte sich zusammenziehen und konzentrisch zum Brennpunkte sich wieder entfernen. Der Einfluß der Randstrahl°ii wird durch teilweises Abblenden erkennbar.
• Mit dem 3-cm-Glasstab wird eine Zentralwelle entworfen. Der Hohlspiegel wird in versch`edenen Entfernungen vom Glasstabe gestellt. Es zeigen sich die verschiedenen Arten der Reflexion am Hohlspiegel, insbesondere stehende Wellen, wenn die Zentralwelle vom Krümmungsmittelpunkte ausgeht, und Planwellen, wenn sie vom Brennpunkte ausgeht.
• 5. Beispiel.
• Brechung am dichteren und dünnerven Medium nach dem Hu_vgensschen Prinzip.
• Benötigt wird riebst dem in Abb. d. dargestellten Gerät noch Eine nach Abb.8 abgebildetes Spaltblech 2i mit drei Spalte 25, 26 27, von denen 27 derart verschiebbar ist, daß sein Abstand von 26 geändert werden kann und die zwei ersteren Spalte 25, 26 einzeln oder gleichzeitig abgeblendet werden können. Zu diesem Zwecke erhält das Spaltblech 21 Führungsleisten 22, 23 in der Nähe des oberen und unteren Randes, in denen der Spalt 27, der in einem Blech 2¢ angeordnet ist, vor einem Fenster des Spaltbleches (in der Abbildung gestrichelt) verschoben werden kann. Andererseits können in .die Falze Bleche eingeschoben werden, die die Spalte 25, 26 verdecken. Außerdem wird noch der ebene Spiegel (Abb. 5) verwendet. In das Gerät (Abb. q.) wird das Blech mit den spiegelnden Stäben eingeschoben, die Leiste 8 wird vertikal gestellt und das Gerät mit der Vorderkante an die Projektionsebene p angeschoben. Die gegenseitige Einstellurig des Gerätes (Abb. q.) und des Spiegels (Abb. 5) wird durch Abb.7 erläutert, die einen horizontalen Schnitt vorstellt. Abb. 7 gilt für Brechung am dichteren Mittel bei senkrechtem Einfall des Lichtes. In der Abb. 7 bedeutet p die vom Rahmen o getragene Projektionsebene (s. Abb.2), 12 den Planspiegel (Abb. 5), 3 den obersten spiegelnden Stab, 8 die Leiste des Gerätes (Abb. 4), v, v1 die horizontal verschiebbaren Blenden, 21 das Spaltblech mit zwei Spalte 26, 2; (Abb. 8). Der Spalt 25 ist verdeckt. 15; 15', 16: - 16', 17, 17', 18, 18'. 19, 19', 20, 20' sind Lichtstrahlen des unter 25° Neigung gegen. die Pro iektionsebene p einfallenden Parallelstrahlenbündels, ig" ist der Durchstoßungspunkt des durch den Stab 3 hindurch verlängert gedachten Strahles ig.
• Zur gegenseitigen Einstellung der Teile werden zunächst die Blenden v, v1 weit zurückgeschoben. Das Gerät (Abb. 4.) -wird an die Projektionsebene p angeschoben, so daß seine Stäbe 3 senkrecht gegen dieselbe stehen und ein entsprechender Teil des Vorfeldes 15, 17' beleuchtet ist. Der Spiegel 12 wird nun hinter dem Gerät (Abb. 4.) derart aufgestellt, daß er mit der Projektionsebene p einen Winkel von 8o° bildet, seine Ebene aber zur vertikalen Leiste 8 parallel bleibt, und daß ferner ein Strahl 18, der die Kante der Leiste 8 berührt, durch den Spiegel 12 in den Fußpunkt des Stabes 3 nach 18' reflektiert wird. Man legt nun das zum Gerät (Abb. 4) gehörige ebene spiegelnde Blech .an die Stäbe des Gerätes (Abb. ¢) rückwärts an und begrenzt durch Vorschieben der Blende v das Parallelstrahlenbündel soweit, daß ein Strahl 16 nach Reflexion an Spi:gel 12 und dem angehaltenen Blech gerade in den Fußpunkt 16' von 12 trifft. Dadurch wird erreicht, daß das Feld hinter dem Gerät (Abb.4) voll ausgenutzt wird, ohne daß zweimalige Reflexion an 12 eintritt. Jetzt erst wird das Spaltblech ai in den Gitterträger (Abb.3) eingelegt, so daß ein durch den Spalt 26 fallender Strahl 17 im Fußpunkt des Stabes 3 in 17' einfällt. Der Spalt 27 wird nun durch Verschieben des Bleches 24 so eingestellt, daß ein durch ihn einfallender Strahl 18 nach Reflexion am Spiegel 12 ebenfalls in 18', 17' einfällt.
• Verschiebt man nun das Spaltblech 21, so daß der Strahl 17 nach ig, i8 nach 2o rückt, dann werden i g am spiegelnden Stabe 3, 20 am Spiegel 12 und am Stabe 3 reflektiert, und ihre Auftreffpunkte legen Wege 17', ig' bzw. 18', 20' zurück. Da das Licht nach Reflexion am Spiegel 1 2 eine Neigung von etwa 45' gegen die Projektionsebene p hat, ist 17', ig' größer als 18', 20'. Die Welle hat also im Felde vor dem Gerät (Abb.4) eine größere Fortpflanzungsgeschwindigkeit als hinter demselben, und wir haben den Fall der Brechung am dichteren Medium vor uns.
• Man schiebt nun das Spaltblech 21 so weit zurück, daß der Strahl 15 durch den Spalt 26 fällt und zieht es dann langsam vor. Man sieht. zunächst eine einzelne Planwelle, durch clen Spalt 26 erzeugt, einfallen und sich von bis 17' bewegen, dort verschwindet sie und statt ihrer treten Kreise auf, die aus den Stäben 3, :4, 5, 6 in Abb. 4 hervorquellen, sich aber im Vorfelde schneller ausbreiten als ini Felde hinter dem Geräte (Abb. 4). Legen - wir beiderseits die Glasplatten an das Gerät (Abb.4) an, dann werden die gemeinsamen Tangenten an die beiden Kreisscharen gezogen, welche die reflektierte und gebrochene Welle vorstellen. Gibt man auch den Spalt 25 des Spaltbleches frei, so sieht inan, nach-(lem die erste Planwelle bereits in 17 verschwunden ist, noch eine zweite sich vorbewegen.
• Um die Brechung am dichteren Medium bei schief einfallendem Licht zu zeigen, wird die Leiste 8 geneigt, und zwar so, daß ihr oberes Ende sich gegen den Blendenkasten u (in Abb. 2) zu bewegt. Auch der Spiegel 12 wird nun so eingestellt, daß er der Leiste 8 parallel bleibt und mit der Projektionsebene p einen Winkel von etwa 8o° einschließt. Er muß nun aber höher gestellt werden, da das horizontal einfallende Strahlenbündel durch ihn jetzt nach abwärts reflektiert wird.
• Stellt man wieder die Entfernung der Spalte 26 und 27 passend ein und bewegt das Spaltblech 21, so sieht man neben der reflektierten jetzt auch die zum Lote gebrochene, langsamer fortschreitende Welle.
• Für die Brechung am dünneren Mittel wird der Spiegel 12 vom Gerät (Abb.4) weg geneigt. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist dann im Felde vor dem Gerät (Abb. 4.) kleiner als hinter demselben. Wird der Einfallswinkel genügend groß, der Brechungsexponent genügend klein, dann sieht man die Erscheinung der Totalreflexion. Die gebrochene Welle verschwindet, da die von den Stäben 3. 4., 5, 6 im hinteren Felde erzeugten Kreise ineinander liegen und keine gemeinsame Tangente mehr besitzen. Bei angelegten Glasplatten sieht man zuerst beim Grenzwinkel den streifenden Verlauf der gebrochenen Welle, wird der Brechungsexponent weiter verkleinert, so verschwindet sie.
• Man kann nun die Brechung nicht nur einzelner, sondern kontinuierlicher Planwellen zeigen, wenn man die spiegelnden Stäbe des Gerätes nach Abb.4 durch das zugehörige. ebene, beiderseits spiegelnde Blech und das Spaltblech 21 durch das Gitter mit 6 inin Teilung ersetzt. Daß jede Welle im Torfelde sich im Felde hinter dem Gerät (Ahb. 4) fortsetzt, als wäre sie in ein brechendes Medium eingetreten, kann durch Drehen des Gitters um eine Vertikale leicht erreicht werden.
• 6. Beispiel. Streckwellen. Verwendet wird das Spaltblech 2i, das Gerät nach Abb. 4. und der Spiegel 12, die Einstellung unterscheidet sich gegenüber der ausführlich in Beispiel 5 beschriebenen und in Abb. 7 im horizontalen Schnitt dargestellten in folgenden Punkten. Der Spiegel 12 schließt mit der Projektionsebene p einen Winkel von go° ein. Die Blende 72 wird so weit vorgeschoben, daß der Strahl 15 abgeblendet ist und der erste Strahl, der durch das Blendenfenster hindurchgeht, der Strahl 17 ist. Die Hülse z wird, um i8o° gedreht, befestigt, so daß das Falzblech y in die tiefste Stellung gelangt.
• Da der Spiegel 12 auf die Projektionsebene p senkrecht steht, ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit vor und hinter dem Gerät (Abb. 4) die gleiche. Da die Blende 7, vorgeschoben ist, sieht man keine einfallende Welle, das Falzblech y wird tiefgestellt, weil (las darin geführte Spaltblech 21 gekippt werden soll, so daß seine Spalte finit der '\'ertikalen einen Winkel einschließen. Wäre das Vorfeld durch v nicht abgeblendet, dann würden wir einen Lichtstreif, der gegen die Vertikale geneigt ist, in horizontaler Richtung fortschreiten sehen, wenn wir das Spaltblech 21 in horizontaler Richtung führen. Dieser geneigte Lichtstreif trifft die Stäbe 3, :4, 5, 6 nicht gleichzeitig, sondern nacheinander. Wegen der Abblendung des Vorfeldes sehen wir diesen Lichtstreif zwar nicht, da aber die Kante des Gerätes (Abb. 4) niemals vollständig an -lie Projektionsebene p anschließt (evtl. das Gerät etwas zurückgezogen wird), sehen wir in der so gebildeten Lichtfuge einen Lichtfleck im Durchstoßungspunkt des schiefen abgeblendeten Lichtstreifens mit der vertikalen Lichtfuge. Dieser Lichtfleck bewegt sich in vertikaler Richtung durch die Lichtfuge und stellt den bewegten Wellenerreger vor.
• Sind zunächst die Spaltü des Spaltbleches 2i vertikal, dann bewegt sich der Lichtfleck gewissermaßen mit unendlicher Geschwindigkeit, weil der einfallende Lichtstreif die Lichtfuge gleichzeitig erleuchtet. Neigen wir das Spaltblech 2,1 immer mehr, dann trifft der (abgeblendete) Lichtstreif die Fußpunkte 3, 4, 5, 6 in immer größeren Zeitintervallen nacheinan;ler, der Lichtfleck wandert immer langsamer durch die Lichtfuge. Jedesmal, wenn der Lichtfleck durch den, Fußpunkt eines Stabes 3, 4., 5, 6 hindurchgeht, breitet sich, durch den Strahl 17 und den entsprechenden Strahl 18 (Abb. 7) erzeugt, ein Kreis um den Fußpunkt des Stabes aus. Die später getroffenen Fußpunkte der Stäbe 3, 4, 5, 6 erzeugen kleinere Kreise als die früher getroffenen. Bei schnellerem Fortschreiten des Lichtflecks schneiden einander die Kreise oder liegen etwas auseinander und haben gemeinsame Tangenten, welche die Streckwelle darstellen. Die Erscheinung gleicht der durch ein fliegendes Geschoß (Lichtfleck) erzeugten Streckwelle (Tangenten).
• Nimmt die Neigung der Spalte des Spaltbleches weiter zu, dann wird die Geschwindigkeit des Lichtflecks geringer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen. Der beispielsweise vom Stabe 3 erzeugte Kreis erreicht "len Stab 4 früher als der Lichtfleck. Die von den Stäben 3, 4, 5, 6 erzeugten Kreise liegen ineinander und haben keine gemeinsame Tangente; die Streckwelle ist verschwunden. 7. Beispiel.
• Fresnels Interferenzversuch. Zwei spiegelnde Zylinderstäbe von et-,va 2o mm Durchmesser werden in den Stativträgern t (Abb. 2) mittels Kreuzklemmen r befestigt, so daß sie senkrecht zur Projektionsebene p stehen und untereinander genau parallel sind. Es wird das 6-mm-Gitter mit vertikal gestellten Spalten vorbeigezogen. Aus jedem der beiden spiegelnden Stäl;e quillt ein;. Zentralwelle hervor, die miteinander interferieren und die Hyperbeln der Stille sichtbar machen. Vergrößert man den Abstand der spiegelnden Stäbe, dann werden diese Hyperbeln zahlreicher. Das gleiche tritt ein, wenn man die Wellenlänge verkleinert, indem man ein eng:r geteiltes Gitter verwendet.
• 8. Beispiel.
• Beugung am Reflexionsgitter. Hierzu wird das in Abb. 9 dargestellte Gerät verwendet. In einem Rahmen 29 sind sieben spiegelnde zylindrische Stäbe 30 usw. von I2 mm Durchmesser befestigt, so daß ihre Achsen auf einem Kreiszylinder von 5o cm Radius liegen. Der gegenseitige Abstand der Stabachsen beträgt etwa -z 5 mm. Außerdem ist ein Ansatzstück 28 zur Befestigung in der Kreuzklemmer vorgesehen.
• Das Gerät (Abb. 9) wird senkrecht zur Projektionsebene p und senkrecht zu einer einfallenden Planwelle im Apparat (Abb. 2) befestigt. Den Stäben entsprechen die spiegelnden Streifen des Reflexionsgitters. Bei Verwendung eines Gitters mit 3 mm Teilung treten zu beiden Seiten des zentralen Strahles je ein abgebeugter Strahl auf, die gegen die Mitte zu rücken, wenn man die Wellenlänge durch Drehen des Gitters um eine Vertikale verkleinert. Durch teilweises Abblenden der Stäbe 30 mit einem Karton zeigt man, wie die Interferenzen, die zuerst dem Beispiel 7 (Fresnels Interferenzversuch) entsprechen, an Breite abnehmen und lichtstärker werden, je mehr Stäbe freigegeben werden.

Claims (2)

1. PATENT-ANSPRÜCIIE: I. Schulapparat zur Demonstration der Prinzipien der Wellenlehre, gekennzeichnet durch einzelne spiegelnde kreiszylindrische Stäbe oder Kombinationen von solchen, die derart angeordnet sind, daß aus parallelem oder schwach divergentem Licht durch ein Gitter ausgeblendete Streifen als kreiskegelmantelförmigeLichtbüschel reflektiert werden, deren Schnitte mit einer zu den Stabachsen senkrechten Projektionsebene die Wellen versinnbil--ilichen.
2. 2. Schulapparat nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einzelne kreiszylindrische Glasstäbe oder durch Kombinationen von solchen, die derart angeordnet sind, daß die Lichtstreifen als Teile von kreiskegelmantelförmigen Lichjbüscheln gebrochen werden, deren Schnitte mit einer zu den Stabachsen senkrechten Pro- jektionsebene die Wellen versinnbildlichen.