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Tutorial MenueWellenoptikLerneinheit 13 von 23

Polarisation von Licht - Grundlagen

Licht als Transversalwelle - Einstiegsversuch

Einleitung

Im Kapitel Interferenz und Beugung haben wir gesehen, dass sich Licht durch einen Wellenvorgang beschreiben lässt. Es gibt hauptsächlich zwei verschiedene Typen von Wellen, nämlich Transversal- und Longitudinalwellen.

Transversal- und Longitudinalwelle
  • Transversalwellen schwingen senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung (z.B. Seilwellen).
  • Longitudinalwellen schwingen in ihrer Ausbreitungsrichtung (z.B. Schallwellen).

Ist Licht Transversal- oder Longitudinalwelle? Ein Einstiegsversuch.

Der im nachfolgenden Video gezeigte Versuchsaufbau besteht aus einer Glühbirne als Lichtquelle und zwei so genannten Polarisatoren (auch Polarisationsfilter genannt). Diese erscheinen unserem Auge als durchsichtig (Beachten Sie hierbei die Formulierung "erscheinen"!). Mittels der sichtbaren Gradeinteilung ist deren aktuelle Ausrichtung ablesbar, welche sich senkrecht zum Strahlgang in beliebigem Winkel einstellen lässt.

Zu Beginn der Versuchsdurchführung befindet sich nur der erste der beiden Polarisatoren im Strahlgang der Lichtquelle. Im weiteren Versuchsverlauf wird zusätzlich der zweite Polarisator vor den ersten gestellt und dessen Ausrichtung relativ zum ersten Polarisator gedreht.

Arbeitsauftrag

Betrachten Sie das folgende Video und beobachten Sie, was passiert!

Abb.1

Beantworten Sie danach die folgenden Fragen:

  • Hätten Sie das Gesehene erwartet?
  • Bestätigt dieser Versuch ihrer Meinung nach den Transversal- oder den Longitudinalcharakter von Lichtwellen? Versuchen Sie, Ihre Antwort mit Hilfe des Beobachteten zu begründen!

Nach Beantwortung der Fragen vergleichen Sie Ihre Antworten bitte mit der nachfolgenden Zusammenfassung:

Zu Beginn des Versuches wird der 1. Polarisator gedreht. Dabei ist keine Veränderung der Ausgangssituation zu beobachten: In allen Stellungen bleibt die durchtretende Intensität des Lichtes gleich.

Nachdem sich der 1. Polarisator wieder in seiner Anfangsposition (von uns willkürlich festgesetzte Winkelstellung von 0°) befindet, wird der 2. Polarisator, ebenfalls in "0°-Stellung", vor diesen in den Strahlgang gebracht. Auch dabei ändert sich die durchfallende Intensität nicht, wenn wir von unwesentlichen Verlusten absehen, wie z.B. zusätzliche Reflexionen am 2. Polarisator.

Anschließend wird der 2. Polarisator relativ zum ersten verdreht. Dabei lässt sich beobachten, wie mit wachsendem Drehwinkel die durchgelassene Intensität immer mehr abnimmt, bis schließlich gar kein Licht mehr durchtritt. Dies tritt genau dann ein, wenn der 2. Polarisator um 90° relativ zum 1. Polarisator verdreht wurde.

Danach wird der 2. Polarisator über diesen Punkt hinaus weiter gedreht, bis er seine 180°-Stellung erreicht. Dabei nimmt die Intensität wieder bis zu ihrem Ausgangswert zu. Beim Zurückdrehen des 2. Polarisators wiederholt sich der beschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge.

Die Beobachtung unseres Versuches spricht dafür, dass Licht senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung eine Vorzugsrichtung besitzen muss, welche sich durch die verwendeten Polarisatoren beeinflussen lässt.

Falls das nicht so wäre, dürften wir beim Verdrehen des 2. Polarisators relativ zum 1. Polarisator keine Veränderung der durchfallenden Intensität beobachten.

Der Versuch bestätigt also, dass es sich bei Lichtwellen um transversale Wellen handelt.

Wir können also folgern: Licht ist eine Transversalwelle.

Für "Puristen":
Streng genommen bleibt zu zeigen, dass Licht keinen zusätzlichen Longitudinalanteil aufweist.
Das beweisen wir, indem wir die in gekreuzter Stellung noch durch die Polarisatoren kommende Intensität - welche nur von einem Longitudinalanteil stammen kann, da ja bei möglichst idealen Polarisatoren sämtliche Transversalanteile herausgefiltert werden - messen. Dabei stellen wir fest, dass diese gleich null ist.
Bemerkung hierzu: Bei den von uns verwendeten Polarisatoren tritt trotz Kreuzstellung noch ein wenig Intensität durch, was sich durch Wellenlängenabhängigkeit ihrer Polarisationsgüte erklären lässt (grünliche Färbung des durchtretenden Lichtes).
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