Probiere es aus! Mit welchen Gegenständen kannst du den Weg des Lichtes ändern? Kreuze diese an: Leeres Trinkglas X Trinkglas mit Wasser X Dünne Glasscheibe X Holz (nur nach oben ) Fahrradreflektor X Glasformen X Spiegel X Plastikbecher X Die Lichtstrahlen werden abgeknickt und ändern ihre Richtung, wenn du ihnen zum Beispiel die Glasformen in den Weg stellst. Man sagt, das Licht wird gebrochen. An welchen Stellen passiert das? 1
Ergänze den folgenden Lückentext mit den Worten aus dem Kasten. Richtung Glas gebrochen Wasser Das Licht wird gebrochen, ändert also seine Richtung. Das passiert an der Grenze von einem Stoff zu einem anderen, also zum Beispiel beim Übergang von Luft in Glas/Wasser oder von Luft in Wasser/Glas. Spielt die Form des Glases eine Rolle? Schalte die Lampe an und versuche, die gedruckten Strahlengänge zu legen. Benutze dazu die ausgelegten Glaskörper. Die Vorlagen A, B und C sind wichtig. Die Vorlagen D, E und F sind freiwillig! Verbinde die Glaskörper mit dem jeweils passenden Strahlengang! 2
Lege die Glasform, die du unten siehst vor die Lampe. Zeichne die Lichtstrahlen in der richtigen Farbe nach! Die Lichtstrahlen sind links nummeriert. Nummeriere jetzt die Strahlen auch an ihren Endpunkten. Was stellst du dabei fest? Die Reihenfolge der Zahlen hat sich umgedreht. 3
Knobelaufgabe Halte einen Glasstab über einen der schwarz-roten Texte (Glasstab nicht auf das Blatt legen!). Was kommt dir dabei seltsam vor? Einige Buchstaben (die schwarzen) stehen auf dem Kopf. Zur Erklärung wird das folgende (laminierte) Blatt genommen und schrittweise durchgearbeitet. Zur Erklärung: Schaue dir den Glasstab genau an! Der Stab ist rund und die gebogene Seite zeigt zu den Buchstaben. Im Glas erscheinen die Buchstaben verdreht. Stell dir vor, wir zerstückeln den Glasstab, dadurch erhalten wir viele kreisförmige Glasscheiben. Die gebogene Seite zeigt zu den Buchstaben. Zur besseren Erklärung drehen wir eine Glasscheibe mit dem darunterliegenden Buchstaben. Drücken wir die Glasscheibe zusammen, so erhalten wir eine konvexe Linse. Die Kreisscheibe wirkt wie die konvexe Linse in der obigen Aufgabe. Der Buchstabe steht auf dem Kopf! Hast du es verstanden? Hier ist ein weiterer Hinweis: 4
Halte den Glasstab über diesen Satz: Achte dabei auf den roten Punkt über dem H. Was fällt dir auf? Befindet sich der Punkt über oder unter dem H? In der Schule habt Ihr bestimmt schon einmal etwas von Symmetrieachsen oder Spiegelachsen gehört. Schreibt das Wort HEXE auf und überlegt euch, wo sich hier die Spiegelachse befindet. Zeichnet die Achse auch oben ein. Versuche jetzt, ein eigenes Wort für den Versuch mit dem Glasstab zu finden. Schreibe es in Großbuchstaben auf und überprüfe, ob du den Trick wiederholen kannst! Kombination der Buchstaben: 5
Anwendungen von Glaslinsen Wusstest du schon? Linsen wurden bereits 500 v. Chr. als Brenngläser benutzt. Brenngläser sind konvex gewölbte Linsen, die die Lichtstrahlen der Sonne bündeln. Wenn du eine Lupe gegen die Sonne und deine Hand dabei direkt hinter die Lupe hältst, so erkennst du auf deiner Handfläche einen Lichtpunkt. Entfernst du deine Hand langsam von der Lupe, so merkst du, wie zuerst der Lichtpunkt immer kleiner und dann wieder größer wird. Ist er am Kleinsten, so fühlt er sich auf deiner Hand am Wärmsten an. Dieser Punkt heißt Brennpunkt. Er ist der Punkt, an dem die Strahlen der Sonne gebündelt werden. Nimmst du statt deiner Hand ein Blatt Papier, so kannst du es sogar im Brennpunkt der Lupe entzünden. Erst viel später wurden Brillen oder Teleskope erfunden. Wie eine Brille funktioniert, kannst du an der Station zum Auge herausfinden! Das Teleskop wurde 1608 ganz zufällig von einem spielenden Kind erfunden: Ein Kind hatte in der holländischen Brillenwerkstatt Lippershey eine Linse durch eine andere Linse betrachtet, plötzlich erschienen entfernte Objekte ganz nah. Galileo Galilei hat diese Idee aufgegriffen und seine eigenen Fernrohre konstruiert. Wofür braucht man Linsen in einer Fotokamera? Nimm das Blatt I zur Hand. Überlege dir, auf welcher Seite die Lampe steht und lege dann die passende Linse auf die eingezeichnete Position. Welche Aufgabe erfüllt die Linse? Sie bündelt die Strahlen auf dem Negativfilm auf genau einem Punkt. Hinweis: Die gestrichelte Linie deutet den Negativfilm bzw. den Kamerachip an! 6
Wie funktioniert ein Fernrohr? Nimm nun das Blatt II zur Hand. Überlege dir auch hier, wo die Lampe stehen muss. Lege dann die passenden Linsen auf das Blatt! Welche Aufgabe erfüllen die Linsen hier? Linse 1: Die Strahlen werden gebündelt Konkave Linse (Zerstreuungslinse): Die Strahlen werden wieder parallel ausgerichtet. Welchen Weg nimmt das Licht durchs Wasser? Für das nächste Experiment brauchst du das große Wassergefäß. Indem du durch das Rohr hindurchschaust, kannst du die Münze anpeilen. Stelle das Wassergefäß so hin, dass man die Münze durch das Rohr gut sehen kann. Nimm jetzt den Stab und stecke ihn durch das Rohr (aber Vorsicht: Dabei soll sich weder der Wasserbehälter noch das Rohr bewegen). Hast du die Münze getroffen? Ja Nein Kannst du dieses Phänomen erklären? Denke an die Frage zum Sehvorgang im Vortrag. Weißt du noch welches Bild richtig war? Kreuze an! Das Buch und die Buchstaben sehen wir nur, wenn sie von einer Lichtquelle - zum Beispiel der Lampe - beleuchtet werden. Die vom Buch zurückreflektierten Strahlen gelangen in unser Auge und wir können die Schrift erkennen. 7
Nun überlegen wir uns schrittweise, wie der Lichtweg in einem, mit Wasser gefüllten, Behälter aussieht. Ist der Behälter noch leer, ist der Lichtstrahl von der Lampe zur Münze und von der Münze zu unserem Auge direkt. Genauso wie in Bild C oben. Füllen wir Wasser in den Behälter, so wird der Lichtstrahl leicht abgelenkt und bekommt einen Knick, wenn er aus dem Wasser an die Luft gelangt. Wir sagen dazu auch: Der Lichtstrahl wird gebrochen. Stecken wir den Stab ins Rohr, so trifft er nicht die Münze, da der Stab beim Übergang von Luft in Wasser nicht abknickt. Hast du das Prinzip verstanden? Überprüfe dein Wissen im nächsten Experiment! Einer von euch stellt die Tasse vor sich auf den Tisch und setzt sich so hin, dass er die Münze über den Rand der Tasse hinweg gerade nicht mehr sehen kann. Wichtig ist, jetzt genau in dieser Position sitzen zu bleiben. Ein anderes Mitglied eurer Gruppe nimmt die Gießkanne mit Wasser und schüttet es langsam in die Tasse. Kannst du die Münze jetzt sehen? Ja Nein Erkläre dieses Phänomen mit eigenen Worten! Der Lichtstrahl ändert beim Übergang vom Wasser in die Luft seine Richtung und knickt ab. Das heißt, er wird gebrochen und stimmt nicht mehr mit dem zuvor (ohne Wasser) eingestellten Lichtweg überein. 8
Hast du Lust auf eine Knobelaufgabe? Auf welchen Punkt muss Kelvin zielen, um den Fisch zu fangen? Kreuze deine Antwort an! A B Lupen einmal anders Eine gewöhnliche Lupe besteht aus Glas oder Kunststoff. Ihre Aufgabe ist es nahe Gegenstände zu verkleinern. vergrößern. Deshalb verwendet man für die Herstellung von Lupen konvex geformte Linsen. Kreuze diejenige Linse an, die konvex geformt ist! Ist es auch möglich, Lupen aus Wasser herzustellen? Ja Nein Welche Materialien kommen in der Natur vor, die etwas vergrößern können? Regentropfen, 9
Bringe mit der Pipette einen Tropfen Wasser auf die Markise. Erkennst du die Stoffstruktur? Ja Nein Bringe nun mit der Pipette einen Tropfen Wasser auf den Objektträger. Was erkennst du beim Hindurchschauen? Alles wird kleiner. Es verändert sich nichts. Alles wird größer. Spielt die Form bei solchen Wasserlupen auch eine Rolle? Probiere die unterschiedlichen Formen aus und kreuze zum Schluss an! Bei Wasserlupen ist die Form nicht wichtig. wichtig. Bei den folgenden Experimenten ist es wichtig, zuerst eine Vermutung aufzustellen. Nimm eine Plastiklinse und fülle sie im Wasser mit Wasser. Kreuze im Folgenden erst deine Vermutungen an! Probiere es danach auch aus. Was wird passieren, wenn du die Linse ohne Wasser (LL) vor die Tapete hältst? Was wird passieren, wenn du die mit Wasser gefüllte Linse (LmW) vor die Tapete hältst? Vermutung Ergebnis Alles wird kleiner. Es verändert sich nichts. Alles wird größer. LL LmW LL LmW X X Jetzt wird es etwas schwieriger. Überlege zuerst, was passieren könnte und kreuze es an! Was wird passieren, wenn du die Linse ohne Wasser in den Wasserbehälter vor die Tapete hältst? Was wird passieren, wenn du die mit Wasser gefüllte Linse in den Wasserbehälter vor die Tapete hältst? Vermutung Ergebnis Alles wird kleiner. Es verändert sich nichts. Alles wird größer. LL LmW LL LmW X X 10
Das Goldfischglas Nimm jetzt eine mit Wasser gefüllte Form und halte sie über die Textkarte zum Goldfischglas. Was stellst du fest? Die Wasserkugel wirkt wie eine Lupe. Setzt euch einander gegenüber und stellt die Kugelvase zwischen euch. Probiert verschiedene Abstände aus. Hebt eure linke Hand. Oder ist es die Rechte? Wie siehst du dein Gegenüber? Kreuze an! Mein Gegenüber steht auf dem Kopf. hat seine rechte Hand jetzt auf der falschen Seite. ist nicht mehr zu sehen.... wirkt kleiner. dreht sich. wirkt größer. Je größer der Abstand, um so kleiner wird das Bild. Schaue dir jetzt den Fisch an. Setze ihn dann ins Wasser. Wie sieht der Fisch jetzt aus? Kreuze an! größer bunter steht auf dem Kopf kleiner Experiment mit einer Glasmurmel Nimm die Glasmurmel zwischen deinen Daumen und deinen Zeigefinger und schaue dich um! Was stellst du fest? Alles steht auf dem Kopf. Was könnte der Grund dafür sein? Schreibe deine Überlegung auf! Die Lichtstrahlen werden gebrochen. Die Glasmurmel wirkt wie eine konvexe Linse. 11