Licht am Ende des Tunnels – Ein optisches Experiment mit veränderbarem Strahlengang

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In dem kleinen Holzkästchen befinden sich einige gleich große Würfel, ein kleines Modellauto und ein Teelicht.

Die Würfel besitzen zwei durchsichtige Seitenflächen, die eine gemeinsame Kante haben, und einen rechteckigen Spiegel, der zusammen mit den beiden Seiten ein Prisma bildet. Fällt ein Lichtstrahl  durch eine der beiden glasartigen Seitenflächen auf diesen Spiegel, so wird er reflektiert und tritt durch die zweite transparente Seitenfläche wieder heraus. Nach dem Reflexionsgesetz ist dann der Ausgangswinkel α genauso groß wie der Einfallswinkel β. Für das Experimentieren mit den Spiegelwürfeln heißt das, dass α=45° ist und folglich auch β=45° misst, wenn der Lichtstrahl senkrecht auf eine der beiden durchsichtigen Würfelseiten fällt und somit auch wieder senkrecht durch die zweite austritt. Mit so einem Spiegelwürfel kann man also “um die Ecke gucken”.

Durch diese Art der gleichen Wirkung der vorhandenen Würfel eröffnet sich nun der Reiz einen ein- oder mehrfach rechtwinklig abknickenden Strahlengang zu konstruieren. Das nächste Bild zeigt einen mit zwei Würfeln gebauten Strahlengang, der zuerst nach rechts um 90° abbiegt und dann um 90° nach links.

Somit kann der Spieler den Mini-Mini-Smart um zwei Ecken herum sehen.  Dabei erscheint das Spiegelbild des Autos aus seiner Sicht in einer geraden Linie hinter dem Einblick gewährenden Würfel zu stehen. Der doppelte Knick des Lichtstrahls wird von dem Beobachter nicht wahrgenommen.

Je mehr Spiegelwürfel benutzt werden, umso faszinierender wird das Experiment. Es wird aber auch zu einer größeren Herausforderung an die Logik und das räumliche Vorstellungsvermögen. Das Ergebnis der Anstrengungen ist unbestechlich zu sehen, Fehler wirken sich “gnadenlos” aus! Man kann sie nicht hinweginterpretieren.

Man kann statt des Smartes auch ein brennendes Teelicht oder andere kleine Gegenstände verwenden. Ebenso muss der konstruierte Strahlengang nicht nur in einer Ebene verlaufen. Er kann auch durch entsprechendes Drehen eines Würfels senkrecht nach oben oder unten abbiegen, wie im unten gezeigten Beispiel:

In der Mathothek werden noch viele weitere Experimente zu optischen Phänomenen angeboten. So gibt es speziell zu dem hier besprochenen Experiment in der Kiste mit den Kaleidoskopen auch zwei einfache “Um-die-Ecke-Gucker” (schwarzes und gelbes Objekt vor der Kiste):

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