Du hast es bestimmt schon bemerkt: Tagsüber ist alles schön bunt, aber nachts sehen die gleichen Gegenstände nur schwarz und grau aus. Das zeigt uns, dass Menschen Licht brauchen, um Farben zu erkennen. Bewege den Schieber, um das Licht ‚an- und auszumachen‘.
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Aber was genau ist Licht? Bevor du weiterliest, denk einmal kurz nach: Was bedeutet Licht für dich? Welche Farbe hat Licht? Teile deine Gedanken gerne im Blog!
Licht ist Strahlung, die von der Sonne ausgesendet wird und für uns Menschen sichtbar ist. Das Sonnenlicht sieht für uns weiß aus, aber darin sind alle Farben des Regenbogens enthalten. Du kannst dir jede Farbe als eine Welle vorstellen, bei der der Abstand zwischen zwei Wellenbergen unterschiedlich groß ist. Diesen Abstand nennt man Wellenlänge.
Trifft weißes Licht zum Beispiel auf ein Glasprisma, nimmt jede Farbwelle einen anderen Weg durch das Glas. Dadurch trennen sich die Farbwellen auf und wir können die einzelnen Farben wie bei einem Regenbogen sehen.
Auf die gleiche Weise entsteht ein Regenbogen in der Natur. Um einen Regenbogen zu beobachten, benötigen wir Regentropfen und Sonnenschein. Die Sonne muss dabei hinter dir, in deinem Rücken, stehen und die Regenwolken solltest du vor dir sehen. Wenn nun Sonnenlicht auf den äußeren Rand der Regentropfen trifft, wird das Licht zu dir zurückgespiegelt. Man sagt auch, „das Licht wird reflektiert“. Dabei werden die einzelnen Farbwellen am Regentropfen unterschiedlich stark abgelenkt. Man sagt auch, „das Licht wird gebrochen“. Violettes Licht wird am stärksten (in einem Winkel von 40°) und rotes Licht am schwächsten (in einem Winkel von 42°) gebrochen. So wird das weiße Licht aufgespalten und du siehst einen Regenbogen am Himmel.
Einen Regenbogen können wir nicht nur am Himmel beobachten, sondern auch in unserer Wohnung finden. Hast du schon einmal einen Regenbogen bei dir zu Hause gesehen? Wenn ja, schreibe uns in den Kommentaren, wo du ihn gesehen hast.
Mitmach-Experiment Regenbogen
Es ist ganz einfach, deinen eigenen Regenbogen zu machen. Lass uns dazu ein paar Versuche durchführen! Du benötigst: ein Prisma, ein Glas Wasser, eine CD, eine Kerze und eine Taschenlampe mit weißem Licht oder Sonnenlicht. In unserem Video siehst du, wie man die Versuche durchführt! Klicke auf das Bild!
Für Fortgeschrittene gibt es hier die Erklärung, wie die Regenbögen im Video entstehen.
Scheinen wir weißes Licht auf ein Prisma oder ein Wasserglas, können wir einen Regenbogen beobachten. Oben haben wir bereits gelernt, dass die verschiedenen Lichtwellen beim Durchgang durch ein Glasprisma unterschiedlich stark abgelenkt werden und so das Licht in alle Farbbestandteile aufgespalten wird. Die Lichtbrechung findet beim Materialübergang zwischen Luft und Glas oder auch zwischen Glas und Wasser statt. Jedes Material weist eine andere Dichte und damit auch einen anderen Brechungsindex auf. Der sogenannte Brechungsindex bestimmt dabei, wie stark die einzelnen Lichtwellen gebrochen werden. So erhält man einen Regenbogen.
Als nächstes wollen wir beobachten, was passiert, wenn wir Kerzenlicht auf der Rückseite einer CD spiegeln. Auch hier können wir die einzelnen Farben des Regenbogens sehen, aber die Anordnung verändert sich. Wie genau funktioniert das?
Die Rückseite der CD ist mit einer spiralförmigen Rille überzogen. Diese Spurrillen sind sehr eng beieinander, sie haben einen Abstand von
1,6 Mikrometern, und an jeder Rille wird das eintreffende weiße Kerzenlicht reflektiert und dabei in die einzelnen Farbwellen aufgespalten. Auch hier gilt, dass rote Wellenlängen weniger stark gebrochen werden als blaue oder violette Wellenlängen.
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Nun kommt hinzu, dass sich die reflektierten Wellenlängen übereinanderlegen können. Wenn zwei Wellen mit gleicher Wellenlänge, die an verschiedenen Stellen auf der CD reflektiert werden, aufeinandertreffen, dann können sie sich verstärken, abschwächen oder auslöschen. Diese drei Fälle sind:
- Zwei Wellen verstärken sich, wenn sich die Wellenberge oder Wellentäler der einzelnen Wellen überlagern (konstruktive Interferenz) und die Farbe der Lichtwelle wird verstärkt (links).
- Zwei Wellen löschen sich gegenseitig aus, wenn sich die Wellenberge und die Wellentäler der einzelnen Wellen überlagern (destruktive Interferenz) und wir können keine Farbe beobachten (rechts).
- Wenn sich zwei Wellen anderweitig verschoben zueinander überlagern, wird die Wellenintensität abgeschwächt und wir können nur eine schwache Farbe beobachten (mittig).
Auf der Rückseite der CD sieht man also zu jedem Zeitpunkt die Farben, deren Wellen von der CD-Oberfläche gespiegelt wurden und sich miteinander verstärkt haben. Dieses Phänomen nennt man Beugungsinterferenz. Da die Kerzenflamme flackert, ändert sich der Winkel, mit dem die Lichtwellen auf der CD auftreffen, und damit auch der Winkel, mit dem sie in dein Auge reflektiert werden. Dadurch ändern sich ständig die Farbwellen, die konstruktiv interferieren, und die Farben, die du beobachten kannst.
Wir haben jetzt gelernt, dass sichtbares Licht aus allen Farben besteht. Wenn du neugierig bist, wie unsere Augen die verschiedenen Farben wahrnehmen und warum wir im Dunkeln nur schwarz und grau sehen, dann schau dir diesen Exkurs an!