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Beobachtungen:

Brechungsindex

Treffen Wellen auf eine Grenzfläche und ändern dabei ihre Richtung, gibt es an dieser Grenzfläche einen Unterschied im Brechungsindex, d.h. die Ausbreitungsgeschwindigkeit ändert sich. brechung
Der Fall der Refexion sei hier nicht berücksichtigt.
Es muß aber nicht unbedingt eine Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Materialien sein, sondern es reichen auch kleine Strukturunterschiede (z.B. Dichteunterschiede) aus, um die Richtung der Wellen zu beeinflussen, beispielsweise Schlieren.

Beispiele: Dichteveränderungen durch Konzentrationsunterschiede erzeugt, können sogar einen Laserstrahl gebogen erscheinen lassen.

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In der Elektronenmikroskopie oder bei der Fernsehröhre lassen sich Richtungsänderungen eines Elektronenstrahls auch auf andere Weise, nämlich durch magnetische oder elektrische Felder erzeugen.

Abb. 01: Ein wassergefüllter Luftballon hängt im Sonnenlicht. Das Wasser bündelt das Licht. Es ändert die Richtung des Sonnenlichtes. (FB)

Abb. 02: Beim Übergang von Luft auf Glas kann sich die Richtung eines Lichtstrahls ändern.
Der Brechungsindex gibt an, um welchen Winkel die Änderung erfolgt (FB)

Abb. 02a: Fresnel-Linsen sorgen für die Bündelung des Lichtes, beispielsweise bei einem Leuchtfeuer für die Schiffahrt. Durch Aufteilung der Linsen in einzelne Streifen und Weglassen nicht benötigter Glasteile im Inneren der ursprünglichen Linse erreicht man leichtere Konstruktionen, ohne große Einbußen in der optischen Qualität. (FB)

Abb. 02b und 02c: Stufen einer Fresnel-Linse aus dünnem Plexiglas und deren Wirkung bei Objekten in der Ferne. Der Ausschnitt links stammt von der rechten oberen Ecke der rechten Linse. (FB)

Abb. 03: Ein Laserstrahl trifft auf eine Zuckerlösung, deren Zuckerkonzentration von oben nach unten zunimmt. Der Brechungsindex der Flüssigkeit nimmt von oben nach unten zu. Dadurch erscheint der Lichtstrahl gekrümmt. (FB)

Abb. 04: Flimmern in der Luft, Schlieren. Warme Luft hat einen anderen Brechungsindex als kalte.
z.B. Warme Luft über einer Asphaltstraße kann als Spiegel wirken: Fatamorgana (FB)

Abb. 05: Lokale Änderungen im Brechungsindex lassen sich mit Ultraschall erzeugen.
Man kann im Wasser eine stehende Welle aufbauen, die den Brechungsindex periodisch moduliert.
stehende-welle
Diese Struktur ist mit bloßem Auge nicht sichtbar, doch mit einem Laserstrahl läßt sich deren Wirkung als Beugungsbild auf einem Schirm zeigen.
Links der Laser, in der Mitte eine Küvette mit Ultraschallgeber und Flüssigkeit, rechts der Leistungsverstärker für den Ultraschallgeber. Zur Zeit ist eine Frequenz von 2 MHz eingestellt.
Aufbau im Praktikum der Uni-Tübingen.
siehe auch Debye-Sears-Effekt. (FB)

Abb. 06: Die Küvette mit dem Ultraschallgeber taucht in die Flüssigkeit ein. (FB)

Abb. 07: Nachbau in einfacherer Version, ohne weitere optische Bauelemente, Baulaser (gelb, links vorne), hinten am Schrank (oben) ist das Beugungsmuster zu sehen. (FB)

Abb. 08: Küvette mit Piezoelement, an den beiden Durchstoßpunkten auf den Glasoberflächen ist der Verlauf des Laserstrahls gut zu erkennen. Im Hintergrund steht der kleine Baulaser. Rechts im Inneren der Küvette ist der Ultraschallgeber aus Bariumtitanat. (FB)

Abb. 09: Beugungsbild eines Laserstrahls, erzeugt durch stehende Ultraschallwellen in Alkohol,
Breite der Küvette: 76 mm, Entfernung von der Küvette bis zum Beugungsbild: 4,8 m,
Frequenz: 4,8 MHz. Aus einigen dieser Daten läßt sich die Schallgeschwindigkeit von Alkohol bestimmen, wenn zudem noch die Laserwellenlänge (etwa 650 nm) bekannt ist.
c-Ethanol = 1168 m/s laut Wikipedia
(FB)