Speerfischen: Licht, das im Wasser abknickt

Ein Lernspiel als Simulation. Sag voraus, wie tief ein Fisch wirklich ist, unter welchem Winkel ein Laser im Wasser läuft, wie weit unter dem Bild man zielen muss, die Brechzahl einer Flüssigkeit und den Winkel, ab dem Licht nicht mehr aus dem Wasser kommt. Dann verfolge das Licht.

BrechungLicht

SPEERFISCHEN

Wie tief ist der Fisch?

Bereit
Aktiviere JavaScript, um das Licht zu verfolgen. Anleitung und Rechenbeispiel bleiben lesbar.
Licht in LuftLicht im WasserDeine VorhersageOberfläche, Lot und Skala
Wellenn = d ÷ d_seen

Zeit

0.00 s

t

Brechzahl

—

n

Winkel in Luft

— °

θ₁

Winkel im Wasser

— °

θ₂

Lichtgeschwindigkeit darin

— 10⁸ m/s

c ÷ n

Sag voraus, bevor du startest

Gib deine Vorhersage ein, um alles vorzubereiten. Start bleibt aus, bis es eine Antwort gibt.

Sag voraus, wohin das Licht läuft.

Missionspunkte—

Jede Antwort muss auf 2 % genau sein: Jede bringt 100 Punkte. Richtig im ersten Durchgang bringt 50 extra. Ein Durchgang zählt, sobald er beginnt.

✓ Richtige Antwort① Auf Anhieb

So spielst du Speerfischen

  1. Wähle einen Versuch und lies auf der Karte die Tiefe, die Winkel oder die Brechzahl.
  2. Nutze n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂, d = n·d_seen und sin θ_c = 1 ÷ n, mit Winkeln zum Lot.
  3. Gib deine Vorhersage ein und tippe auf Start. Sieh dem Licht beim Überqueren der Oberfläche zu.
  4. Vergleiche den orangefarbenen Fisch oder Strahl mit dem echten Fisch oder dem weißen Strahl, hier und in der Nahaufnahme.

Brechung des Lichts

Licht läuft im Vakuum mit 300 000 km/s, in Wasser und Glas aber langsamer. Die Brechzahl n sagt, wie viel langsamer: 1,33 für Wasser, etwa 1,5 für Glas. Tritt Licht schräg von einem Stoff in einen anderen über, ändert es seine Richtung nach dem Brechungsgesetz: n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂, mit Winkeln zum Lot. In einen langsameren Stoff hinein knickt es zum Lot hin, heraus vom Lot weg. Darum sieht ein Strohhalm im Glas geknickt aus, ein Becken flacher, als es ist, und ein Fisch von oben näher an der Oberfläche: Sein Licht knickt beim Austritt aus dem Wasser ab, und dein Auge verlängert es geradlinig zurück. Fast senkrecht von oben wirken Dinge n-mal flacher. Licht von unter Wasser kommt nur heraus, wenn es unter weniger als dem Grenzwinkel auf die Oberfläche trifft, sin θ_c = 1 ÷ n, etwa 49° für Wasser; darüber wird es vollständig zurückgeworfen. Glasfasern halten Licht so gefangen, und Linsen, Brillen und Kameras funktionieren alle durch Brechung.

Ein fokussiertes Lernmodell

Luft hat n = 1. Die Oberfläche ist eben und ruhig; gezeigt wird nur das Abknicken, nicht das Licht, das bei jedem Übertritt teilweise reflektiert wird. Die Tiefenversuche zeichnen einen Strahl, der den Fisch unter 15° zum Lot verlässt; die Regel d = n·d_seen gilt für fast senkrechte Strahlen. Der Grenzwinkelversuch schwenkt den Strahl der Lampe im Durchgang von 0° auf 80°. Die Durchgänge laufen im angezeigten Tempo. Antworten auf 2 % genau sind richtig.

Beim Sprachwechsel bleiben Versuch, Vorhersage, Versuche und Durchgang erhalten.