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Einzelspaltexperiment (Laser)


Optik


Basiswissen


Licht, etwa von einem Laser geht durch einen dünnen Spalt (z. B. von Schieblehre). In etwa 2 bis 3 Meter Entfernung kann man gut ein makroskopisches Beugungsmuster erkennen. Das ist hier kurz vorgestellt.

Grundidee des Einzelspaltexperiments mit Laserlicht


Schickt man Laserlicht durch einen dünnen Spalt, so zeigt das Licht Effekte, die sich nicht über eine rein geradlinige Ausbreitung des Lichts, etwa als Lichtstrahlen oder als geradeaus fliegende Lichtteilchen, erklären lassen. Diese Phänomene, die man nicht mehr mit der sogenannten Strahlenoptik erklären kann, bezeichnet man auch als Beugung ↗

Aufbau des Einzelspaltexperiments mit Laserlicht


Mit einer Schieblehre (Messschieber) wird ein sehr schmaler Spalt in der Größenordnung von einem Zehntel Millimeter hergestellt. Direkt auf den Spalt richtet man einen einfachen Laserpointer, wie sie etwa für Vorträge verwendet werden. In zwei bis drei Metern Entfernung sieht man deutlich ein klares Beugungsmuster auf die Wand projiziert. Das Beugungsmuster besteht aus einem sehr hellen Lichtfleck in der Mitte.

Phänomen I: Beugung


Das erst was auffällt ist, dass das helle Muste auf der Wand sehr viel größer ist, als man für einen dünnen Spalt erwarten würde. Die Größe des Lichtflecks kann nicht mehr damit erklärt werden, dass sich Licht nur in geraden Linien ausbreitet[1]. Bleibt man beim Bild von Lichtstrahlen, so könnte man sich vorstellen, dass die Lichtstrahlen an den Kanten eines Spaltes umgebogen werden, daher auch der Name des Effektes der Beugung ↗

Phänomen II: Interferenz


Spielt man etwas mit der Breite des Spaltes und der genauen Position des Laserlichtes, so treten irgendwann sehr deutlich erkennbare Muster aus abwechselnd hellen und dunklen Streifen oder Flecken auf der Wand auf. Man spricht von Interferenz[2]. Diese Muster sind auffällig symmetrisch und wirken sehr geordnet. Siehe mehr unter Interferenz ↗

Phänomen III: keine Dispersion


Aufschlussreich ist auch, was man bei dem Einzelspaltexperiment mit Laserlicht nicht beobachten kann: das Auftreten von Regenbogenfarben. Bei historischen Vorläufern des Experiments wurden schon früh, im 17ten Jahrhundert Farbeeffekte beschrieben und sie sind typisch für Beugungsexperimente[3]. Farbeffekte treten aber nur dann auf, wenn die Lichtquelle Licht verschiedener Farben aussendet. Die verschiedenen Farben werden dann unterschiedlich stark gebeugt. Man spricht von Beugungsdispersion[4] oder allgemein nur von Dispersion. Der Grund, dass das Laserlicht keine Dispersion zeigt, ist, dass es aus Licht nur einer einzigen Wellenlänge und damit nur einer einzigen Farbe (oft rot oder grün) besteht. Solches einfarbiges Licht nennt man in der Physik monochromatisch ↗

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Das Einzelspaltexperiment mit Kerzenlicht


Für eine sehr einfache Variante des Einzelspaltexperimentes benötigt man lediglich zwei Bleistifte und eine ganz normale Kerze, etwa ein Teelicht. Man hält die zwei Bleistifte mit den Händen geschickt so nebeneinander, dass zwischen ihnen ein langer schmaler Spalt entsteht. Direkt vor die Augen gehalten kann man dann eine Kerze in Armesentfernung betrachten. Man erkennt dann verblüffend gleichmäßige Interferenzmuster sowie schöne Farbeffekte. Eine Anleitung zu diesem Versuch steht auf der Seite Einzelspaltexperiment (Kerze) ↗

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Fußnoten