Optische Experimente mit einer Glaskugel

Bilder und Texte von Tanja und Oliver Labs

Glaskugel als Bildumdreher

Lichtstrahlen, die auf der rechten oberen Seite von hinten in die Glaskugel eintreten, werden dabei gebrochen und treten vorne links wieder aus. Entsprechendes passiert an den anderen Stellen. So wird das Bild und der Text auf der Karte im Hintergrund durch die Kugel von vorne gesehen gedreht (nicht etwa horizontal oder vertikal gespiegelt).

Glaskugel als Anzünder

Scheint Sonnenlicht (hier mit einer Handylampe simuliert, damit keine große Hitze entsteht) durch eine Glaskugel, so wird das Licht so gebrochen, dass auf der entgegengesetzten Seite das Licht in einer nach innen gewölbten kegelähnlichen Form austritt.

Kommt das Licht etwas weiter von oben, wie im obigen Bild zu sehen, so sieht man nicht nur, dass das Licht auf einen kleinen ovalen Bereich gebündelt wird, sondern dass der Rand dabei besonders hell erscheint.

Fällt das Licht aus der richtigen Richtung, so ist die Spitze des Lichtkörpers ziemlich genau auf Höhe des Bodens, so dass der helle Bereich dort fast nur aus einem Punkt besteht.

Macht man dieses Experiment nicht mit einer Handylampe, sondern mit Sonnenlicht, so wird die Hitze an dieser Stelle so groß, dass eine Zeitung in Sekundenbruchteilen verkohlt und sogar sehr schnell Feuer fängt.

Glaskugel als Regenbogen-Erklärer

Ein völlig anderes Experiment kann einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Regenbogens leisten.

Die Glaskugel wird wieder von einer Handylampe beleuchtet (alternativ, aber wesentlich gefährlicher, die Glaskugel in einen dunklen Raum, der nur ein kleines Loch hat, durch das Sonnenlicht scheint).

Dieses Mal wird aber die halbe Kugel so mit einer weißen Pappe (ein paar Blätter Papier tun es auch) zur Hälfte bedeckt, dass nur auf die (von oben gesehen) linke Seite der Glaskugel Licht fällt. Wir vorher wird das Licht beim Einfall in die Kugel gebrochen, so dass Licht auf der rechten hinteren der Kugel wieder austritt.

Ein Teil des Lichts wird aber an der Austrittsstelle nicht gebrochen, sondern innerhalb der Kugel gespiegelt und tritt erst dann wieder aus (wobei es ein zweites Mal gebrochen wird)!

Dieses erst einmal beim Einfall in die Glaskugel gebrochene, dann innerhalb der Kugel einmal gespiegelte und dann beim Austritt aus der Kugel nochmals gebrochene Licht zeigt sich (auf der Rückseite, d.h. auf der NICHT direkt vom Licht der Lampe beschienenen Seite!!!) der weißen Pappe in Form eines Licht-Halbkreises, dessen Rand wegen der unterschiedlichen Brechungswinkel der verschiedenen Lichtfarben aus den Regenbogenfarben besteht.

Bereits zu Anfang des 14. Jahrhunderts kamen unabhängig voneinander der Perser Kamal al Din al-Farisi und der Deutsche Theodoric von Freiberg auf die Idee, dass der Regenbogen dadurch entstehen könnte, dass das Sonnenlicht, von den einzelnen (nahezu kugelförmigen) Regentropfen erst einmal gebrochen, dann innerhalb der Glaskugel einmal gespiegelt und beim Austritt ein zweites Mal gebrochen wird. Beide Autoren wurden allerdings kaum gelesen, so dass im Westeuropa des 17. Jahrhunderts René Descartes, Isaac Newton und andere diese Theorie des Regenbogens wohl unabhängig von den erwähnten Vorarbeitern neu entdeckten und erweiterten.

Ein nettes Buch zur Geschichte des Verständnisses des Regenbogens ist:
Carl B. Boyer: The Rainbow. From Myth to Mathematics.