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Textaufgaben: Geradlinige Ausbreitung des Lichts

Zwei Aufgaben zum Lichtstrahl-Modell: der Versuch mit den drei Lochpappen und ein Rechenspiel zur Lichtgeschwindigkeit.

1

Drei Pappen und eine Kerze

AFB II

Lina stellt drei Pappen hintereinander auf den Tisch. In jede Pappe hat sie auf gleicher Höhe ein kleines Loch gestanzt. Hinter der ersten Pappe steht eine Kerze, vor der letzten schaut Lina durch (Material M1).

In Aufbau A liegen alle drei Löcher genau hintereinander. In Aufbau B hat Lina die mittlere Pappe ein Stück zur Seite geschoben.

M1Linas Versuchsaufbau von der Seite
Aufbau A Auge Kerze Aufbau B verschoben

Oben: alle Löcher auf einer Linie. Unten: die mittlere Pappe ist verschoben.

  1. Gib an, was Lina in Aufbau A und was sie in Aufbau B sieht.
  2. Erkläre mit deinen eigenen Worten, was der Versuch über die Ausbreitung des Lichts verrät.
  3. Lina möchte prüfen, ob eine Tischkante gerade ist, hat aber kein Lineal. Plane, wie sie das mit dem Versuchsergebnis herausfinden kann.
Tipp zu Aufgabe a)
Frage dich: Kann das Licht um die Ecke gehen?
Tipp zu Aufgabe b)
Wenn nur ein einziger Weg vom Kerzenlicht zum Auge führt, was für eine Form muss dieser Weg dann haben?
Tipp zu Aufgabe c)
Denke daran, wie Handwerker „über Kante" peilen — mit dem Auge dicht an der Kante entlangschauen.
Lösung zu Aufgabe a)

Aufbau A: Lina sieht die Flamme der Kerze durch alle drei Löcher hindurch.

Aufbau B: Sie sieht die Flamme nicht mehr. Es bleibt dunkel, obwohl die Kerze weiter brennt und alle Löcher offen sind.

Lösung zu Aufgabe b)

Das Licht läuft geradlinig. Nur wenn die drei Löcher auf einer geraden Linie zur Flamme liegen, findet das Licht einen Weg bis zum Auge. Sobald ein Loch aus der Reihe rutscht, ist dieser gerade Weg versperrt — und das Licht macht keinen Bogen darum herum.

Deshalb zeichnet man Licht in der Physik als Lichtstrahl: als geraden Strich mit einer Pfeilspitze für die Richtung.

Lösung zu Aufgabe c)

Lina legt das Auge fast auf die Tischplatte und schaut ganz flach an der Kante entlang, von einem Ende zum anderen. Weil ihr Blick (also der Lichtweg) geradlinig verläuft, gilt: Verschwindet die Kante auf ihrer ganzen Länge hinter dem vorderen Stück, ist sie gerade. Sieht sie eine Ausbuchtung seitlich hervorstehen, ist die Kante krumm.

Genau so prüfen Handwerker Bretter — das nennt man „über Kante peilen".

2

Wie weit kommt das Licht in einer Sekunde?

AFB II

Licht ist das Schnellste, was es gibt. In einer Sekunde legt es rund 300 000 km zurück. Zum Vergleich: Die Erde ist am Äquator etwa 40 000 km lang, der Mond ist rund 384 000 km von uns entfernt, und von der Sonne bis zur Erde sind es etwa 150 000 000 km.

Bei einem Gewitter sieht Ben den Blitz sofort, hört den Donner aber erst 6 Sekunden später. Schall ist nämlich viel langsamer: rund 340 m in einer Sekunde.

  1. Berechne, wie oft das Licht in einer Sekunde um die Erde laufen könnte.
  2. Berechne, wie lange das Licht von der Sonne bis zur Erde braucht. Rechne das Ergebnis in Minuten um.
  3. Erkläre, warum Ben den Blitz sieht, bevor er den Donner hört, und wie weit das Gewitter etwa entfernt ist.
Tipp zu Aufgabe a)
Teile die Strecke, die das Licht schafft, durch die Länge einer Erdrunde.
Tipp zu Aufgabe b)
Rechne zuerst in Sekunden: 150 000 000 km geteilt durch 300 000 km pro Sekunde. Eine Minute hat 60 Sekunden.
Tipp zu Aufgabe c)
Rechne aus, wie weit der Schall in 6 Sekunden kommt. Die Zeit, die das Licht braucht, kannst du dagegen fast vergessen.
Lösung zu Aufgabe a)

300 000 km : 40 000 km = 7,5

Das Licht könnte in einer einzigen Sekunde siebeneinhalb Mal um die Erde laufen.

Lösung zu Aufgabe b)

150 000 000 km : 300 000 km/s = 500 s

500 s : 60 = 8,33… ≈ 8 Minuten und 20 Sekunden.

Wenn du in die Sonne blickst, siehst du sie also so, wie sie vor gut acht Minuten aussah.

Lösung zu Aufgabe c)

Blitz und Donner entstehen im selben Moment. Das Licht des Blitzes braucht für ein paar Kilometer nur den Bruchteil einer Sekunde — es ist praktisch sofort da. Der Schall dagegen schafft in einer Sekunde nur 340 m und ist deshalb viel länger unterwegs.

340 m/s · 6 s = 2040 m ≈ 2 km. Das Gewitter ist also rund zwei Kilometer entfernt. Faustregel: Sekunden zählen und durch 3 teilen — das ergibt ungefähr die Entfernung in Kilometern.