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TUM School of Natural Sciences |
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Reflexion einer ebenen Welle an planarem bzw. konkavem Reflektor
Kurzbeschreibung
Zur Funktionsweise der Wellenwanne siehe Versuch1661
Im ersten Teil des Versuchs wird die Reflexion einer ebenen Welle an einer planparallelen Platte näher betrachtet; der zweite Teil beschäftigt sich mit der Reflexion an einem konkaven Reflektor. Beide Versuche demonstrieren insbesondere die Gültigkeit der Reflexionsgesetze aus der Optik.
Reflexion an planarem Reflektor
In diesem Versuchsteil wird ein planarer Reflektor (in unterschiedlichen Kippwinkeln) in die Wanne eingebracht. Zur deutlichen Darstellung der Reflexion ist es notwendig, unerwünschte Überlagerungen weitestgehend zu vermeiden; daher wird zusätzlich zum planaren Reflektor eine weitere Platte in die Wanne eingebracht um einen Bereich zu erzeugen, in dem die reflektierte Welle nicht von der einfallenden Welle überlagert wird. Eventuell kann auch auf einer Folie auf dem Plexiglas-Aufsetztisch die genaue Lage der Barrieren festgehalten werden, ebenso wie die ein- und ausfallenden Wellenfronten. Anhand einer derartigen Zeichnung kann es leichter sein, im Anschluss geometrisch das Reflexionsgesetz nachzuvollziehen.
Skizze der Versuchsanordnung (Aufsicht):
Versuchsdurchführung / Beobachtung:
Der Planwellenerreger wird passend justiert und auf eine Frequenz und Amplitude eingestellt die ein deutliches Wellenbild ergibt. Die reflektierende Platte wird zunächst in einem Winkel von 45° in die Wanne gelegt; man beobachtet, dass die ausfallende Welle gerade senkrecht zur einfallenden verläuft:
Auch bei weiteren Versuchsdurchführungen mit anderen Winkeln stellt man fest, dass Einfalls- und Ausfallswinkel jeweils gleich groß sind, was dem Reflexionsgesetz der geometrischen Optik entspricht:
Steiler ein- und ausfallende Wellen
Flacher ein- und ausfallende Wellen
Reflexion an konkavem Reflektor
Mit der Reflexion an einem konkaven Reflektor soll gezeigt werden, dass, analog zur Lichtreflexion an einem Hohlspiegel, ebene Wellen in einem Punkt – dem Brennpunkt - vereinigt werden können, bzw. dass Kreiswellen ausgehend von diesem Punkt als ebene Wellen reflektiert werden. Problematisch bei der Durchführung dieses Versuchs ist, dass sich bei kontinuierlicher Erregung einfallende und reflektierte Wellen andauernd überlagern würden was die qualitative Beobachtung enorm beeinträchtigt. Daher wird hier nur mit einzelnen Wellenimpulsen gearbeitet.
Skizze der Versuchsanordnung (Aufsicht)
Versuchsdurchführung / Beobachtung
Der Planwellenerreger wird wieder passend eingestellt und gibt einen einzelnen
Impuls ab. Trifft die ebene Welle auf den Reflektor, so wird sie als Kreiswelle
reflektiert, deren Wellenberge und –täler konzentrisch auf
einen Punkt zulaufen und sich dann in diesem Brennpunkt vereinigen.
Nun wird der Reflektor so justiert dass sein Brennpunkt exakt auf der
Mittelsenkrechten des Planwellenerregers liegt; der Planwellenerreger
wird durch einen Tupfer ausgetauscht, der dann in den Brennpunkt gesetzt
wird. Mit einem einzelnen Impuls wird nun eine Kreiswelle erzeugt, die
den Reflektor anschließend als ebene Welle wieder verlässt.
Der Versuch verdeutlicht, dass die Reflexionseigenschaften von Wasserwellen
an einem konkaven Reflektor genau denen von Lichtwellen an einem Hohlspiegel
entsprechen: ebene Wellen - parallele Strahlen – werden in einem
Punkt, dem Brennpunkt gebündelt, von diesem Brennpunkt ausgehende
Kreiswellen – Lichtstrahlen aus einer Punktquelle – werden
als ebene Wellen – parallele Strahlen – reflektiert. Analog
dazu kann ebenfalls die Divergenz der Wasserwellen beim Auftreffen auf
einen konvexen Reflektor gezeigt werden.
Betriebsanweisungen: Lampen, Elektrogeräte