Alltagsphänomen: Regenbogen

Einordnung in den Lehrplan

• Jahrgangsstufe 7/8, Gymnasium•Strahlenoptik

– Licht an Grenzflächen– Farben

Vorkenntnisse

• Elementare geometrische Kenntnisse

• Kenntnis des Lichtspektrums• Wissen über Reflexion, Brechung

und Dispersion eines Lichtstrahls

Einsatz im Unterricht

• Einstiegsexperiment zur Farbenlehre

• Geometrische Erklärung von Beobachtungen in der Natur

Regenbogen

Brechung

• Beim Übergang zwischen optischen Medien unterschiedlicher Dichte wird ein Lichtstrahl gebrochen

• In dichteren Medien, beispielsweise Glas oder Wasser pflanzen sich Lichtwellen langsamer fort als in Luft

Brechung

Aus dem Brechungsgesetz von Snellius n1 sin α = n sin β folgt: sin β = sin α : n

mit: n ist die Brechzahl des Mediums, n = 1 für Luft, n = 1,3312 für Wasser

Dispersion

• Die Geschwindigkeit des Lichts und damit die Brech-

zahl ist abhängig von der Lichtwellenlänge.

Farbe Brechzahl β bei α = 45° rot 1,3312 32° 05´ gelb 1,3330 32° 02´ blau 1,3406 31° 50´ violett 1,3435 31° 45´

Entstehung des Regenbogens an einem Tropfen

Brechung, Dispersion und Reflexion im Wassertropfen

Farbe des Lichts in Abhängigkeit vom Streuwinkel

Licht

Wassertropfen

Hauptregenbogen

blau 40°rot 42°

Lichtbrechung beim Nebenregenbogen

Haupt- und Nebenregenbogen

Entstehung des Regenbogens durch mehrere Tropfen im Auge des Betrachters

Überzählige Regenbögen als Folge von Interferenz