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Monatsrätsel, Physik im Alltag und Naturphänomene

Rätselfoto des Monats Januar 2017

eislawine_rv

Wie kommt es zu diesem zungenartigen Gebilde?

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weihnachtskerzenreflexionenErklärung des Rätselfotos des Monats Dezember 2016

Frage:Wie kommt es zu den Farben?

Antwort: Wir sehen ganz im Einklang mit der Weihnachtszeit die Reflexionen einer brennenden Kerze vor einer Fensterscheibe. Dabei handelt es sich offenbar um Doppelglasscheiben, denn es treten jeweils äquidistante Gruppen von Spiegelbildern auf: sich überlappende Spiegelbilder der an Vorder- und Rückseite einer Scheibe und der im größeren Abstand an der anderen Scheibe reflektierten Flammen und Flammenreflexe.
Bemerkenswerter als dieses relativ leicht zu durchschauende Muster des Reflexionsphänomens sind die in den Spiegelungen höherer Ordnung auftretenden Farben. Sie kommen dadurch zustande, dass sich Lichtbündel im Auge des Betrachters überlagern, die unterschiedliche Wege zurückgelegt haben. Zum Beispiel: Ein Lichtbündel wird an den beiden Grenzflächen der vorderen Scheibe einmal hin- und her reflektiert, bevor es die hintere Scheibe durchdringt und dort an der hinteren Grenzschicht reflektiert wird. Es überlagert sich mit einem Lichtbündel, das die erste Scheibe durchdringt und zwischen den beiden Grenzflächen der hinteren Scheibe hin- und her reflektiert wird, bevor es zurückkommt. In diesem Fall hätten beide Lichtbündel zwar einen unterschiedlichen aber gleich langen Weg außerhalb und innerhalb des Glases zurückgelegt und man würde nichts davon merken, wenn sie sich anschließend überlagern. Da in der Realität Scheiben in ihrer Dicke stets geringfügig differieren, besteht ein allerdings sehr kleiner Wegunterschied von der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts zwischen beiden Teilbündel. Daher kommt es je nachdem ob der Wegunterschied eine halbe Wellenlänge oder eine ganze Wellenlänge einer der im weißen Licht vorhandenen Farben ausmacht, zu Auslöschungen oder Verstärkungen der Amplituden dieser Farben. Dadurch wird das spektrale Farbgemisch des weißen Lichts gestört, was sich durch die beobachteten bunten Farben bemerkbar macht.
Die Bedingung, dass die Wege bis auf die Dickenvariation der beiden Scheiben übereinstimmen, lässt sich durch zahlreiche Kombinationen von Teilbündeln innerhalb der beiden Scheiben erfüllen. In diesen Fällen kommt es zu den beobachtbaren Farberscheinungen, wie wir sie in der Abbildung sehen. Da jedoch bei jeder Reflexion nur ein Bruchteil der Intensität des Lichts übrig bleibt, ist der Zahl der sichtbaren farbigen Flammenbilder schnell eine Grenze gesetzt. Die Farbvariationen innerhalb eines Flammenbildes sind auf die geringfügigen Dickenvariationen in dem betreffenden Flächenbereich zurückzuführen. Das Auftreten benachbarter Spektralfarben in den Flammenbildern weist auf die kontinuierliche Variation der Scheibendicke hin.
Erstaunlich an diesem Interferenzphänomen ist nicht, dass die Scheiben in ihrer Dicke variieren, sondern dass sie als makroskopisches Objekt mit einer Dicke von mehreren Millimetern so wenig variieren: Damit es beispielsweise zu einer Wegdifferenz von der Größenordnung des blauen Lichts von 450 Nanometern kommt, muss der Dickenunterschied der Scheiben 152 Nanometer betragen. Die Farberscheinungen sind daher nicht nur ein – von manchen Menschen als ästhetisch empfundenes – Randphänomen, sondern zugleich unmittelbarer Ausdruck der erstaunlichen Präzision eines High-Tech- Massenprodukts.

H. Joachim Schlichting

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Diskussionen

13 Gedanken zu “Rätselfoto des Monats Januar 2017

  1. Gefrorene Auster 🙂
    Sehr schöne Erklärung des Kerzenfotos – meinen herzlichen Dank. Und natürlich meine besten Wünsche für die 17!

    Verfasst von simonsegur | 1. Januar 2017, 14:46
    • Vielen Dank für die neue Erklärung, die Beurteilung der alten und die Wünsche für die 17!
      Was die neue Erklärung betrifft, so liegst du nicht völlig daneben, wenn man „Auster“ eher als Form- denn als Gattungsbezeichnung ansieht. Gruß, Joachim.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 2. Januar 2017, 10:02
  2. Keine Ahnung! Für mich sieht es aus wie eine Auster

    Verfasst von ele21 | 2. Januar 2017, 19:34
  3. Noch ein Versuch: eine Art „Lava – Terrasse“, die durch einen erneuten Lavastrom erhitzt wurde und dann abgesunken ist?

    Verfasst von ele21 | 2. Januar 2017, 22:28
  4. Ich vermute, dass es ein Erosionsmuster aus Schlick ist. Oben im Bild war eine schlammige Pfütze, die übergelaufen ist. Das (vermute ich mal: über einen längeren Zeitraum eher langsam) abfließende Wasser hat den im Wasser aufgewirbelten Schlick mitgenommen und in dieser typischen Fächerform abgelagert.

    Verfasst von gnaddrig | 3. Januar 2017, 07:12
  5. Offensichtlich ist das ja ein Gebilde aus Eis. Erinnert mich an eine Mischung aus Wellenrippeln und Eisblumen. Vielleicht schwappte über eine bereits angefrorene Wasserfläche eine kleine Wasserwelle und kristallisierte aus?
    Liebe Grüße!

    Verfasst von simonsegur | 3. Januar 2017, 09:11
  6. Gefrorenes Wasser -über Holz, Stein, Blatt?

    Verfasst von Malabar | 3. Januar 2017, 16:25

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