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Interferenz

Diese Schlagwort ist 63 Beiträgen zugeordnet

Bunte Schlieren im Fenster

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 3 (2018), S. 68 – 70

Licht wird auf seinem Weg durch eine Doppelglasscheibe an verschiedenen Grenzflächen reflektiert. Unter günstigen Umständen führt das zu eindrucksvollen Interferenz- erscheinungen.

Das Verhältnis des Lichts zur durchsichtigen Farbe ist,
wenn man sich darein vertieft,
unendlich reizend
Philipp Otto Runge (1777–1810) Weiterlesen

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Rätselfoto des Monats März 2018

Wie kommt es zu den „farbigen Strahlen“?


Erklärung des Rätselfotos des Monats Februar 2018
Frage: Blick auf den inneren Boden eines Kochtopfes. Wie kommt es zu den Farb- und Ringstrukturen?

Antwort: Die Farbmuster auf dem Topfboden werden von einer sehr dünnen Oxidationsschicht hervorgerufen. Sie entsteht durch die Einwirkung von Hitze, wodurch Sauerstoffatome ein wenig in den Stahlboden des Topfes hineindiffundieren. Die Schichtdicke entspricht größenordnungsmäßig der Wellenlängen des sichtbaren Lichts, ist also sehr dünn. Das Licht wird an der Oberseite teilweise reflektiert und teilweise in die Schicht hinein gebrochen, wo es an der Unterseite der Schicht abermals reflektiert wird usw. Kommt es zur Überlagerung der so entstehenden Teilwellen im Auge des Betrachters oder auf dem Chip der Kamera, so unterscheiden sie sich u.a. aufgrund des unterschiedlichen Weges, den beide zurückgelegt haben in der Phase. Das führt zu Auslöschungen oder Verstärkungen bestimmter Farben des weißen Lichts, deren Wellenlänge einem halbzahligen oder ganzzahligen Vielfachen der Schichtdicke entspricht.
Aufgrund der unterschiedlichen Einwirkung der Wärme infolge der unterschiedlichen Lebensmittel, die mit dem Topfboden in Wechselwirkung treten, entstehen auch unterschiedliche farbige Flächenabschnitte (Genaueres findet man hier).
Auffallend sind weiterhin die quasikonzentrischen Ringe auf dem Topfboden. Auf den ersten Blick scheint es sich um herstellungsbedingte Riefen zu handeln, an deren Flanken das Licht reflektiert wird. Dagegen spricht aber, dass sich das Ringsystem verschiebt, wenn man die Orientierung des Topfbodens zur Lichtquelle verändert: Das Ringsystem läuft gewissermaßen mit der Lichtquelle mit. Die Ursache sind vielmehr riefenartige, statistisch verteilte Gebrauchsspuren auf dem Topfboden, von denen nur die Abschnitte sichtbar werden, die dem Reflexionsgesetz entsprechend Licht ins Auge reflektieren (ausführlicher:hier).

Rätselfoto des Monats Februar 2018

Blick auf den inneren Boden eines Kochtopfes. Wie kommt es zu den Farb- und Ringstrukturen?


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Der gekrönte Fussel

Manchmal ziehen auch kleine Fussel, die normalerweise übersehen werden, die Aufmerksamkeit auf sich. In dieser Gegenlichtaufnahme, in der es vielmehr auf die Gelb-Rot-Färbung eines Opalglases ankam, drängt sich aber der Fussel keck ins Zentrum, sodass er nicht übersehen werden kann. Und wenn man auf diese Weise schon mal gezwungen wird, den Fussel in den Blick zu nehmen, fällt auf, dass der sehr dünne Faden farbig strukturiert zu sein scheint. Es könnte sich um eine Beugungserscheinung handeln, wie man sie auch bei Spinnennetzen beobachten kann. Außerdem scheint der Fussel wie von einer Korona gekrönt zu sein. Es lassen sich zumindest schemenhaft zwei Beugungsordnungen ausmachen. Die Ursache für diese Korona, die normalerweise durch winzige, weitgehend gleichgroße Partikel von der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts hervorgerufen werden, kann ich jedoch nicht ausmachen. Möglicherweise sind Pollen auf der Fensterscheibe, durch die das Licht ins Zimmer scheint, dafür verantwortlich. Wie so oft, wurden diese Marginalia erst bei der Betrachtung des Fotos festgestellt.

Rätselfoto des Monats Januar 2018

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Warum nimmt das Tauwasser diese Form an? Weiterlesen

Geheimnisvolle Farben

Manche Farben sind gar keine und man sieht sie trotzdem und zwar dort, wo sie nicht sind. Das kann man mit bewusst in Kauf genommener Paradoxie von der auf dem Foto in prächtigen Farben leuchtenden Oberlichtscheibe dieses (übrigens in Danzig aufgenommenen) Fotos sehen. Die Scheibe unterscheidet nichts von einer ganz normalen Floatglasscheibe, wie sie überall mit vertrauter, manchmal durch Reflexe oder Schmutz getrübter Transparenz anzutreffen sind. Weiterlesen

Irisierende Farben auf dem Eis

eis_verunreinigung_dsc07032Der Winter malt nicht nur schwarzweiß. Wer genauer hinschaut, findet reichlich Farben. In früheren Beiträgen haben wir bereits auf einige Farbphänomene aufmerksam gemacht (zum Beispiel hier und hier). Hier ist ein weiteres. Das Foto zeigt einen Ausschnitt aus der Eisschicht einer zugefrorenen Regentonne. Die irisierenden Farben weisen auf Interferenz an dünnen Schichten hin. Weiterlesen

Farbige Spagettikunst im Kochtopf

Als ich den Kochtopf aus dem Schrank holte, traute ich meinen Augen nicht. Die Innenseite des Bodens war mit metallisch glänzenden Farben und schlangenartigen Girlanden bedeckt. Dabei hatte ich ihn vor einer Woche gründlich abgewaschen. Ein Freund, dem ich das zeigte, erkannte sofort, dass ich ihn „nur“ per Hand gereinigt hatte. Die Geschirrspülmaschine würde aufgrund ihrer starken Chemikalien solche Auswüchse beseitigen. Schade für die Benutzer von Geschirspülmaschinen, dachte ich, denen entgeht doch eine ganze Kunstrichtung… Weiterlesen

Farben, wo sie nicht erwartet werden

Die Fotos stammen von Henning v. Gynz-Rekowski, der mich um eine Erklärung der Farberscheinungen bat. Die Beobachtungssituation ist die Folgende. In einer Hotellobby zeigen die Spiegelungen der Oberlichtkonstruktion (unteres Foto) sowohl in einem Wasserbecken als auch in der Glasplatte eines Tisches (oben rechts) farbige Strukturen, die beim direkten Anblick des  Oberlichts nicht zu sehen waren. Weiterlesen

Ein farbenfroher Dreckeffekt

Vor einigen Jahren fuhr ich regelmäßig mit der Bahn von einem kleinen Bahnhof aus, der seit langem unbenutzt war. Als ich auf den Zug wartend an einem frühen Morgen in der Dunkelheit meine neue Kamera ausprobieren wollte, fotografierte ich mit Blitzlicht eine Glastür. Ein vernünftiges Bild erwartete ich natürlich nicht. Doch bei näherer Betrachtung des Ergebnisses zeigten sich Ausschnitte aus farbigen Ringen, die quer über die Scheibe liefen. Systematische Wiederholungen solcher Fotografien zeigten, dass hier ein Phänomen im Spiel war. Weiterlesen

Joyas vivas

H. Joachim Schlichting. Investigación y cienca 8 (2017), p. 82 – 83

Numerosos insectos resplandecen a la luz del sol con un brillante color metálico. Este no proviene de pigmentos, sino de las delgadas estructuras nanométricas que componen el caparazón y las alas.

Muchos encuentran las moscas molestas y apenas se dignan a mirarlas. Quien, en cambio, se fija en ellas con atención descubre la riqueza de colores con que estos y otros insectos a menudo destacan en el entorno, como piedras preciosas que se arrastran y zumban. El efecto resulta tan convincente que, por ejemplo, a las moscas califóridas se las conoce popularmente como moscas verdes o azules. Su brillo a la luz del sol cambia en función de la perspectiva: si las contemplamos desde ángulos de incidencia pequeños, lucirán de dorado a verdoso; vistas de lado, sin embargo, dominarán las longitudes de onda más cortas y, por lo tanto, los tonos azules.

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Manchmal sieht man sich so, wie man sich fühlt

Auf einer längeren Wanderung durchqueren wir einen urbanen Bereich. Unsere Blicke bleiben an der Auslage eines Lampengeschäfts hängen, wo wir den Spiegel vorgehalten bekommen und dabei so gar nicht erleuchtet, sondern mehr deformiert werden. Sinnigerweise fühlen wir uns auch so, wie wir uns hier sehen – vielleicht nicht ganz so bunt.

Der Glasschirm der Lampe reflektiert bei senkrechtem Lichteinfall nur etwa 4% an jeder Grenzschicht zwischen Luft und Glas. Das meiste Licht geht also hindurch. Soll es ja auch, weil die wesentliche Funktion der Lampe darin besteht, ihr Licht möglichst ungehindert auszustrahlen. Im vorliegenden Fall kommt allerdings nur Licht von außen, von dem der vergleichsweise dunkle Raum nur wenig wieder zum Fenster hinausstrahlt. Da reichen dann schon die paar Prozent, die die direkt auf das Fenster gerichtete Seite der Glaskugel zurückgibt.
Der Farbeffekt kommt dadurch zustande, dass die Glaskugel mit einer dünnen, ziemlich durchlässigen Metallschicht bedampft ist. Die Schicht ist so dünn, dass durch Interferenz bestimmte Wellenlängen des weißen Lichtes geschwächt und andere verstärkt werden, sodass man eine Mischung der verbleibenden Farben sieht.

Quételet im Spiegel der Kunst…

SpiegelfolieAuf einer Kunstausstellung im Museum Kunstpalast in Düsseldorf vor einigen Jahren mit dem Titel „Zerbrechliche Schönheiten“ stieß ich neben eindrucksvollen Exponaten an den Wänden auf ein vielleicht gar nicht als ein solches gemeintes Exponat auf dem Boden eines der Ausstellungsräume. Der Boden war nämlich komplett mit Spiegelfolie ausgelegt, die in dem Raum  – und das war sicherlich beabsichtigt – eine interessante Lichtstimmung hervorrief. Weiterlesen

Hinter farbigen Gardinen

gardinenbeugungWas macht man, wenn man mutterseelenallein in einer fremden Stadt eine Nacht oder mehrere in einem Hotel übernachten muss? Man blickt aus dem Fenster auf eine meist nicht besonders attraktive Gegend. Wenn aber der Blick durch eine Gardine gefiltert wird, kann man das Glück haben, dass es in dieser tristen Situation zu Lichtblicken kommt, die in Form von bunten Farbtupfern in spektraler Verteilung die Stimmung wieder etwas anheben. Weiterlesen

Wenn das Licht in Farben sich erbricht…

eisfarben_dsc08568rvGott, heißt es, schied die Finsternis vom Licht,
Doch mocht es ihm nicht ganz gelingen,
Denn wenn das Licht in Farben sich erbricht,
Mußt es vorher die Finsternis verschlingen.
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Die irisierende Schönheit einer Schleimspur

Schleimspur1Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 48/1 (2017), 47

Sehr dünne transparente Filme erzeugen bei richtiger Beleuchtung ein irisierendes Farbenspiel. Wie kommt es zu diesen Farben, die auf Pigmente nicht angewiesen sind? Weiterlesen

Räteselfoto des Monats Dezember 2016

weihnachtskerzenreflexionenKerze vor dem Fenster. Wie kommt es zu den Farben? Weiterlesen

„Regenbogen“ auf regennasser Straße

Ölfilm_rvAls der Öltropfen auf dem feuchten Asphalt verlief, wurde wie von unsichtbarer Hand ein bunter Fächer von Regenbogenfarben geöffnet. Der dünne Wasserfilm macht allerdings nur sichtbar, was bei trockener Straße weniger spektakulär abläuft – dass ein Fahrzeug Öl verliert. Während Öltropfen bei Trockenheit im Asphalt versickern, breiten sie sich auf einem den Asphalt überziehenden Wasserfilm aus. Weiterlesen

„Bienäre“ Interferenzmuster auf dem Wasser

RingwelleninterferenzWenn Bienen Wasser herbeischaffen, gehen sie normalerweise sehr vorsichtig zu Werke. Am liebsten holen sie sich das Wasser von feuchter Erde. Matschige Stellen am Rande meines Teiches werden an heißen Tagen von zahlreichen Bienen frequentiert, die freie Oberfläche des Teiches ist an sich tabu. Zu gefährlich. Weiterlesen

Seifenblasenpingpong

Seifenblasentrampolin_rvping pong

­            ping pong ping

­            pong ping pong

­                                  ping pong

Eugen Gomringer (*1925) Weiterlesen

Die Schönheit einer Stubenfliege

Stubenfliege_IMG_9759barv1Stubenfliegen sind nicht beliebt bei den Menschen. Sie werden oft als hässlich und lästig empfunden. In der Tat können sie manchmal ganz schön nerven. Man tendiert daher eher dazu, sie  zu erschlagen, als sie mit Interesse – und das setzt ein gewisses Wohlwollen voraus – aus der Nähe anzusehen. Wer sich um letzteres bemüht, wird feststellen, dass man eine Fliege auch als schön und interessant ansehen kann. Weiterlesen

Rundum verborgen

Glassflügel SchmetterlingSchlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 8 (2016) S. 40 – 41

Selbst transparente Objekte verraten sich oft noch durch Lichtreflexionen. Nanostrukturen können die Oberflächen entspiegeln und so nahezu unsichtbar machen.

Ist es dein Traum nicht,
einmal unsichtbar zu sein?
Rainer Maria Rilke (1875 – 1926)

Foto: Radwanul Hasan Siddique/KIT

PDF: Rundum verborgen.

Wie Phönix aus der Seifenblase…

Phönix aus der SeifenblaseUm nicht zerplatzend in einige Tropfen zu zerfallen, wählt diese Seifenblase einen anderen Weg. Sie verwandelt sich – oder wird sie durch den Wunsch des Kindes verwandelt – in einen Vogel. Wir sind direkte Zeugen der wunderbaren Transmutation: der Vogel schaut rechts bereits erkennbar aus der Blase heraus. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Juni 2016

125_Seerosen_und_irisierende_Wolken_Juni_2016Welcher physikalische Unterschied besteht in der Farbentstehung der Seerose und des Wassers?

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Lebende Juwelen

GoldfliegeSchlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 5 (2016) S. 42

Im Sonnenlicht erstrahlen viele Insekten in buntem, metallischem Glanz. Er kommt nicht etwa von Farbpigmenten, sondern von dünnen Strukturen im Panzer und den Flügeln.

Ich kann nicht die Intensität erreichen, die
sich vor meinen Sinnen entwickelt, ich
besitze nicht jenen wundervollen Farbenreichtum,
der die Natur belebt.
Paul Cézanne (1839 – 1906)

PDF: Lebende Juwelen

Bullaugen auf dem Bullauge

BullsEyeZwar bezeichnet man anders als bei einem Schiff die runden Fenster eines Flugzeugs nicht mit Bullauge, aber eine gewisse Ähnlichkeit ist vorhanden. Und das umso mehr, wenn man auf dem Bullauge Bullaugen, genauer: bull’s eyes sehen kann. Bull’s eyes sind von Michael Berry so genannte Farberscheinungen, die beim Durchgang polarisierten Lichts durch doppelbrechende Folien auftreten können und in diesem Blog auch schon thematisiert wurden.
Daran wurde ich kürzlich erinnert, als ich durch das Flugzeugfenster blickte und die Welt (in diesem Fall den blauen Himmel und einige weiße Wölkchen) durch farbige Ringe hindurch erlebte (Foto). Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Dezember 2015

Farben feiner Risse

Ein Eisscholle mit einem Riss, der in Farben erstrahlt. Wie kommt es dazu?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Spannung im Spinnennetz

Im Jahr des Lichts (20) – Die Lichtinstallation einer Spinne

Irisierendes-SpinnennetzWanderungen geben u.a. Gelegenheit zu vielfältigen Naturerlebnissen und bestehen sie auch nur in der Wahrnehmung und Bewunderung eines Spinnennetzes.
Spinnennetze sind so dünn und fein und von unauffälligem Grau, dass sie normalerweise kaum zu sehen sind. Das ist beabsichtigt, denn die Beute soll das verhängnisvolle Netzwerk allenfalls erst dann erkennen, wenn es zu spät ist. Es gibt aber Situationen, in denen zumindest wir Menschen ein Spinnennetz in leuchtenden Farben erleben, so dass es nicht zu übersehen ist und im Gegenteil die Aufmerksamkeit auf sich zieht. Das ist dann der Fall, wenn der frühe Beobachter mit der Sonne im Rücken die nachts in den Spinnennetzen kondensierten Wassertröpfchen in Regenbogenfarben erstrahlen sieht. Weiterlesen

Schönheit im Auge des Betrachters

ZiliarkoronaSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft  8  (2015), S. 48 – 49

Manche farbenprächtige Erscheinung lässt sich nur beschreiben, jedoch nicht direkt fotografieren – denn sie entsteht erst in unserem Sehorgan selbst.

Alles, was wir sehen,
könnte auch anders sein.

Ludwig Wittgenstein (1889–1951)

Tröstung für Teetrinker

Grünteerisse-rvTee schmeckt am besten heiß und mit weichem Wasser, das verhältnismäßig wenig gelösten Kalk enthält. Wer nicht über kalkarmes Wasser verfügt und den Aufwand scheut, das Wasser zu filtern oder destilliertes Wasser zu benutzen, kann sich jedoch damit trösten, dass der Tee, nachdem er abgekühlt ist, farbenprächtige Strukturen auf seiner Oberfläche hervorbringt. Dazu muss sie oder er nur das dünne Häutchen, dass sich auf der Oberfläche des Tees gebildet hat unter geeigneter Beleuchtung betrachten. Wenn dann die Tasse etwas geschüttelt wird, zerbricht der Belag in einzelne Teile, die an Eisschollen auf einem Bach erinnern. Zugegeben, eine gewisse synästhetische Empfindungsgabe ist schon nötig, um den einen durch den anderen Genuss zu ersetzen. Und wer dann auch noch fragt, wie es zu diesen Farbstrukturen kommt, hat ein (physikalisches) Problem: Weiterlesen

Jede Kerzenflamme mit einer Glorie

WeihnachtsbaumkoronenZum Heiligen Abend werden tradionsgemäß in den meisten deutschen Familien Weihnachtsbäume mit mehr oder weniger ansprechendem typischen Schmuck aufgestellt. Die Variation in der Beleuchtung stagniert seit vielen Jahren. Zwar sind die Wachskerzen teilweise durch elektrische Kerzen ersetzt worden, aber der Anblick den geschmückten Baumes ist über die Jahrzehnte ziemlich gleich geblieben. Das fordert uns heraus, einen etwas anderen Blick auf den Baum zu werfen, so dass man die Kerzenflammen mit Koronen ausgestattet sieht. Wer die Seite zum 1. Advent noch vor Augen hat, der wird sofort wissen, wie es zu diesen Koronen kommt.

 Es gibt weitere physikalische Aspekte während der Festtage:

Nimm dir Zeit (Relativitätstheorie) und
komm zur Ruhe (Mechanik).
Genieße die Reflexionen und Brechungen des Lichts (Optik) und
lausche besinnlicher Musik (Akustik),
lass es dir bei einem warmen Getränk (Thermodynamik) gut gehen,
lade deine Akkus auf (Elektrizität)
lass die Annäherung der Engel zu (Aeronautik)
Fang einen fallenden Stern (Astronomie)

Farbige Kerzenreflexionen zum 4. Advent

4_adven_reflexionenAm 1. Advent hatten wir beklagt, dass die Isolierverglasung uns eines früher öfter zu sehenden Phänomens beraubt, der Kerzenkorona vor einer beschlagenen Fensterscheibe. Die Doppelglasscheiben gleichen diesen Mangel aber durch ein anderes einmaliges Phänomen aus: der mehrfachen Reflexion einer brennenden Kerze vor dem nächtlichen Fenster. Das Besondere an diesem Phänomen ist, dass sich reflektierte Strahlen, die leicht unterschiedliche Wege gegangen sind, im Auge des Betrachters überlagern und zu farbigen Interferenzerscheinungen führen. Erstaunlich ist dabei, dass die Abweichung der Weglängen von der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichts sind. Das lässt darauf schließen, dass die Scheiben kaum in der Dicke variieren. Das Floatglas ist also ein Hight-Tech-Produkt und wird mit äußerster Präzision hergestellt.

Eine ausführlicher Erklärung dieses Interferenzphänomens findet man hier.

Die Welt des Kleinen und Hässlichen: ganz groß und schön

Irisierende-Bakterien1Bakterien stehen in einem recht zwielichtigen Ruf. Einerseits sind sie für Krankheiten verantwortlich und andererseits sind sie in vielfacher Hinsicht notwendig für das Leben. Diese Ambivalenz fällt dann besonders auf, wenn man sie am Rande eines stinkenden Tümpels in Form dünner Schichten antrifft, die das durch faulende Blätter und andere organische Stoffe „verunreinigte“ Wasser großflächig überziehen und durch die Schönheit der metallisch glänzenden Farben die Aufmerksamkeit auf sich ziehen (siehe Abbildung). Weiterlesen

Naturphänomene beim manuellen Geschirrspülen

Glas-mit-SeifenblaseWer heute noch manuell spült, der wird zuweilen durch eindrucksvolle Phänomene belohnt. Ich bin immer wieder fasziniert, wenn ein gespültes Glas überkopf auf eine glatte Fläche gestellt wird und anschließend zauberhafte Dinge passieren. Diesmal erregt das Glas dadurch meine Aufmerksamkeit, dass es sich langsam unter Abgabe winziger sprudelnder Bläschen in Bewegung setzt und dadurch anzeigt, dass die Fläche etwas geneigt sein muss. Die Neigung ist aber so klein, dass sie bislang auf keine andere Weise erkennbar gewesen wäre. Im vorliegenden Fall bewegt sich das schwere Glas, weil es fast reibungsfrei auf einem Luftkissen sitzt. Denn nachdem das im heißen Spülwasser erwärmte und benetzte Glas auf die kühle Unterlage gestellt worden ist, schließt es das kühle Luftvolumen von der Umgebung ab und erwärmt es. Dadurch erhöht sich der Luftdruck unter dem Glas bis es soweit angehoben wird, dass die Luft entweichen kann. Sie tut es aber nicht einfach so, sondern bläst einen Ring kleiner Seifenbläschen auf, die dann mit dem Glas huckepack zum Rand der Fläche driften. Dort wird es zum Glück durch eine erhöhte Kante zum Stillstand gebracht, wodurch ich vor dem nächten spektakulären Phänomen, dem freien Fall des Glases mit anschließender abrupter Verzögerung (komplexe Bruchdynamik!), sowie den unangenehmen nichtphysikalischen Folgeerscheinungen bewahrt werde. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats September 2014

101-Labradorit

Ein Stein, der von innen heraus in irisierenden Farben zu leuchten scheint. Wie kommt es dazu?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Blaulicht im Felsengang