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Energie und Entropie, Marginalia, Monatsrätsel, Physik im Alltag und Naturphänomene

Rätselfoto des Monats Dezember 2022

Warum werden die Blasen nach oben hin größer?


Erklärung des Rätselfotos des Monats November 2022

Frage: Woher kommen die Farben in dem Plastikbehälter?

Antwort: Die Ursache für diese Farbenpracht ist der 1844 von Wilhelm Karl Haidinger entdeckte Effekt, dass das Himmelslicht vor allem aus einer senkrecht zur Sonnenstrahlrichtung orientierten Region teilweise polarisiert ist (Physik in unserer Zeit 2009,40 (4), S. 211). Zum anderen hat der transparente Plastikbehälter die optische Besonderheit doppelbrechend zu sein. Er erlangt diese Eigenschaft allerdings erst durch die Spannung die dem Material bei der Herstellung des Behälters aufgeprägt wurde.

Doppelbrechend heißt, dass das durch ihn hindurchgehende Himmelslicht in zwei leicht unterschiedliche Richtungen gebrochen wird, so dass es in zwei Teilstrahlen zerfällt (Physik in unserer Zeit 2009, 40 (5), S. 262). Diese unterscheiden sich in ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit. Infolgedessen entsteht zwischen beiden Teilstrahlen eine unter anderem von der Wellenlänge abhängige Phasendifferenz. Sie macht sich in einer entsprechenden Drehung der Polarisationsebene bemerkbar, wenn sich die Teilstrahlen des Lichts beim Austritt aus der dünnen Plastikschicht überlagern.

Tritt dieses Licht dann durch das Polarisationsfilter der Sonnenbrille oder eines Fotoapparats, so werden den unterschiedlichen Drehungen der Polarisationsebene entsprechend die verschiedenen Wellenlängen nur mehr oder weniger gut durchgelassen. Die auf diese Weise veränderten Intensitäten der einzelnen Wellenlängen des ehemals weißen Lichts erscheinen jetzt farbig.

Hier treten die Farben allerdings auch ohne Polarisationsfilter auf. Das liegt daran, dass das teilweise polarisierte Himmellicht auf der Wasserschicht reflektiert wird. Blickt man unter einem bestimmten Winkel, dem sogenannten Brewster-Winkel auf die Wasseroberfläche, so sieht man hauptsächlich die senkrecht zur Einfallsebene reflektierten polarisierten Anteile. Das Licht ist also linear polarisiert wie beim Durchgang durch den Filter.

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Diskussionen

20 Gedanken zu “Rätselfoto des Monats Dezember 2022

  1. Auf jeden Fall ist beides wunderschön. Mehr kann ich dazu nicht sagen.

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    Verfasst von Gisela Benseler | 1. Dezember 2022, 02:13
  2. Der Erklärungstext ist ziemlich schwer zu verstehen, Joachim. Mir gelang es jedenfalls nicht.
    Obwohl ich den Text mehrmals durchlas und bei Wikipedia zwei Begriffe nachschlug.
    Schöner 1. Advent!

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    Verfasst von kopfundgestalt | 1. Dezember 2022, 10:34
    • Kann ich verstehen. Die Doppelbrechung ist komplizierte Physik. Da ich mit dem Rätselfoto auch auf der Seite unseres Instituts präsent bin muss ich auch dieser Klientel gerecht werden. Ich versuche in diesem Rahmen die Sachverhalte so einfach wie möglich zu erklären aber nicht einfacher. Morgen wird es wieder einfacher. Du meinst sicher den 2. Advent?

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      Verfasst von Joachim Schlichting | 1. Dezember 2022, 13:04
      • Ich kenne mich damit nicht aus, den Adventen.

        Es ist wohl nicht so kompliziert, das Ganze, aber man muss Hintergrundwissen mitbringen.
        Ein Freund lud mich mal zu einem Vortrag mit Gesprächsgelegenheit in Frankfurt ein, aber ich merkte zu meiner Bestürzung, daß ich viele Fachbegriffe nicht kenne und sagte daher ab. So ging er selbst dann auch nicht hin.

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        Verfasst von kopfundgestalt | 1. Dezember 2022, 13:09
      • Wenn wir mehr Zeit hätten würde ich mir zutrauen, dir das mit der Doppelbrechung zu erklären. Aber das wäre wohl nur mündlich mit Frage und Gegenfrage möglich. Vielleicht noch einen Satz zur Doppelbrechung: Doppelbrechend sind Materialien in zweifacher Weise gebrochen werden und im Material mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in unterschiedlicher Richtung verlaufen. Wenn die beodem Lichtwellen sich dann beim Wiederaustritt aus dem Material wieder vereinigen ist die ursprüngliche Ordnung (die uns das aus verschiedenen Farben bestehende Sonnenlicht als weiß empfinden lässt) gestört. Daher sehen wir Farben und nicht mehr Weiß. Das war jetzt etwas einfacher als einfach 😉

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        Verfasst von Joachim Schlichting | 1. Dezember 2022, 13:35
      • Danke!
        Zum einen:
        Wieso spaltet sich das Licht in 2 Wellen auf?
        Und zum zweiten:
        Zwei sich leicht voneinander weg bewegende Teilwellen vereinigen sich danach wieder?! Inxem sie wieder aufeinanderstürzen? Laufen die dann danach parallel oder bilden sie ad hoc ein Konglomerat, das als EINE Welle weiterläuft?

        Man sieht also: Fragen auf Fragen.
        Die Natur des Lichts ist also ein eigenes Fach 🙂

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        Verfasst von kopfundgestalt | 1. Dezember 2022, 14:17
      • 1. Das hat etwas mit dem komplexen atomaren Aufbau des Materials und dessen Wechselwirkung mit dem Licht zu tun.
        2. Das Licht ist anders als wir es uns gemeinhin vorstellen eine „ausgreifendes“ Wellenphänomen. Die beiden Teilwellen bleiben also irgendwie in „Kontakt“. Ab hier wird es unanschaulich… 😉

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        Verfasst von Joachim Schlichting | 1. Dezember 2022, 14:31
      • Das ist doch schon mal was! Danke! 🙂

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        Verfasst von kopfundgestalt | 1. Dezember 2022, 14:36
  3. Ich weiß es nicht, aber erinnert mich an Musk’s Starlink…😆 schöne Grüße.

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    Verfasst von tontoeppe | 1. Dezember 2022, 19:42
  4. Hallo! Vielleicht ist das größer werden der Blasen in Wirklichkeit eine optische Täuschung, die durch die Rundung des Glases hervorgerufen wird?

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    Verfasst von Seelengedicht | 2. Dezember 2022, 09:36
  5. Mmh. Ein wieder ganz laienhafter Versuch: durch die Rundung des Glases nehmen die Blasen einen anderen Weg, auch der Abstand vergrößert sich, so sieht es zumindest aus. Vielleicht verteilt sich durch diesen Abstand die gleiche Menge Gas auf weniger Blasen?
    Aber ich fürchte meine Kompetenzen beim Mit-Raten sind zu eingeschränkt 😉

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    Verfasst von Seelengedicht | 5. Dezember 2022, 11:29

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