Jede hät sicher scho mal en Rägeboge am Himmel gseh und gstaunt, wie us em Nichts plötzlich die wunderschöne Farbe entstönd. Oder villicht häsch i der Schuel mal dur es drüeggigs Glasstück glueget und d Wält hät uf eimal ganz anders usgseh. Genau das isch d Magie vomene Prisma und der Liechtbrechig. Was uf de erschte Blick wie Zauberei usgseht, isch i Wirklichkeit eifachi, aber faszinierendi Physik. Ohni d Liechtbrechig wär eusi Wält nöd nur weniger bunt, mir hetted au keini Brülle, keini Fäldstächer und keini Kameraobjektiv. Um z verstah, was da genau passiert, mues mer e chli tüüfer i d Wält vo de Optik iitauche, aber kei Sorg, mir erchläred das ganz eifach und verständlich.
Was isch eigentlich es Prisma?
Wänn mir vomene Prisma i der Optik reded, dänn meined mir meischtens en Körper us Glas oder durchsichtigem Kunststoff. Es isch aber nöd eifach irgendein Glaschlotz. Es Prisma zeichnet sich dadurch aus, dass es mindestens zwei polierti Fläche hät, wo nöd parallel zunenand stönd, sondern imene bestimmte Winkel ufenand trefed. Die klassischi Form, wo di meischte im Chopf händ, isch das geometrische Prisma mit ere drüeggige Grundflächi.
Das Material isch entscheidend. Es mues transparent sii, damit s Liecht durechaschiiine. Glas isch s hüüfigschte Material, will es robust isch und gueti optischi Eigeschafte hät. Es git aber au Prisme us spezielle Kristall wie Quarz oder Flussspat, bsunders wänn mer Liecht undersueche wott, wo für s menschliche Aug gar nöd sichtbar isch, wie zum Biispiel UV-Liecht. D Hauptufgab vomene Prisma isch es, s Liecht abzlenke oder es in sini Bestandteil z zerlege.
D Liechtbrechig: Wie s Liecht d Richtig änderet
Das Phänomen, wo s Prisma zum Funktioniere bringt, nännt mer «Liechtbrechig» oder in der Fachsprach au Refraktion. Aber was bedüütet das genau? Stell der vor, s Liecht isch wie es Auto, wo ufere perfekt glatte Strasse fahrt. Uf der Strass (das wär d Luft) isch es schnell. Jetz fahrt das Auto schräg in en tüüfe Sand (das wär s Glas vom Prisma). S Rad, wo zerscht in Sand chunnt, wird brämsst und wird langsamer. S andere Rad isch aber no uf der Strasse und drum schneller. Das füehrt dezue, dass s Auto en Kurve macht und d Richtig änderet.
Genau das passiert mit em Liecht:
- Vakuum und Luft: Hier isch s Liecht am schnellschte (ca. 300’000 Kilometer pro Sekunde).
- Glas oder Wasser: Hier isch d «optischi Dichti» höcher. S Liecht mues sich dur d Atome und Molekül «durekämpfe» und wird dadurch langsamer.
Wänn jetzt en Liechtstrahl schräg vo der Luft is Glas iitritt, wird er abbremst und «bricht» zur Senkrächte hi. Wänn er s Glas wieder verlaht und i d Luft zrugggaht, wird er wieder schneller und bricht vo der Senkrächte weg. Will d Fläche bimene Prisma nöd parallel sind (anders als bi de Faischterschiibe), hebed sich die beide Brechige nöd uf, sondern s Liecht wird insgesamt in en anderi Richtig glenkt.
Dispersio: Warum s wiisse Liecht bunt wird
Jetz wüssemers, warum s Liecht d Richtig änderet. Aber warum gsehmers dänn plötzlich i allne Farbe? Das wiisse Sunneliecht isch eigentlich gar nöd wiiss. Es isch e Mischig us allne sichtbare Farbe. Jede Farb hät en anderi Wällelengi. Blaui Liechtwälle sind sehr kurz und energierich, roti Liechtwälle sind lang und eher gemüetlich.
Das isch de Schlüssel zum Verschtändnis: S Glas bremst nöd alli Farbe glich starch ab.
- Blaues und Violettes Liecht: Das hät chürzeri Wällelengene. Es wird im Glas stärker abbremst und drum au stärcher broche (es macht en schärferi Kurve).
- Rotes Liecht: Das hät längeri Wällelengene. Es flutscht chli besser dur s Glas, wird weniger abbremst und drum au weniger starch broche.
- Grüen und Gelb: Die ligged genau dezwüsche.
Wänn also wiisses Liecht i s Prisma chunnt, werded di einzelne Farbe underschiedlich starch abglenkt. Si fächered sich uf. Das nännt mer «Dispersio». S Resultat isch s Farbspektrum, wo mir als Rägebogefarbe känned: Rot, Orange, Gälb, Grüen, Blau, Indigo und Violett.
Dr Isaac Newton und sis Experiment
Lange Ziit hät d Mönschheit glaubt, dass s Glas sälber d Farbe zum Liecht derzuegit. Im Jahr 1666 hät de berühmti Physiker Isaac Newton aber bewiese, dass das nöd stimmt. Er hät es Loch in sin Fensterlade boret, damit en dünne Strahl Sunneliecht ines dunkles Zimmer gfallen isch. Dä Strahl hät er dur es Prisma geschickt und a de Wand d Spektralfarbe gseh.
Dänn hät er aber öppis Genials gmacht: Er hät es zweits Prisma gno und hät di ufgschpaltene Farbe wieder zämebündlet. Und lueg da: Hinder em zweite Prisma isch wieder wiisses Liecht usecho. Damit hät er bewiese, dass d Farbe scho im wiisse Liecht dinne stecked und s Prisma si nur sichtbar macht.
Verschideni Arte vo Prisme in der Technik
Nöd jedes Prisma isch eifach nur defür da, um Farbe z zeige. In der Technik gits Prisme, wo ganz anderi Ufgabe händ, zum Biispiel d «Totalreflexion». Wänn Liecht i eme bestimmte Winkel vo inne uf e Grenzflächi trifft, gaht es nöd use, sondern wird wie vomene Spiegel zruggworfe. Das isch vill effizienter als en normale Spiegel, wo immer chli Liecht schluckt.
Da sind e paar Biispiel, wo Prisme hüüfig iigsetzt werded:
- Im Fäldstächer: Ohni Prisme wäred Fäldstächer ewig lang und unhandlich. Sogenannti Porro-Prisme oder Dachkant-Prisme falted de Liechtwäg zäme. Si sorget au defür, dass s Bild nöd uf em Chopf staht (was bi Lise suscht de Fall wär).
- Spiegelreflexkameras: Obe uf der Kamera isch so en chline Hubbel. Det drin isch es Pentaprisma. Das leitet s Bild vom Objektiv dur mehrfach Reflexion so in Suecher, dass du es richtig herum gsesch.
- Periskop: I U-Boot oder Panzer wärded Prisme bruucht, um um d Ecke z luege.
- Medizin: I Endoskop und andere Grät werded Prisme bruucht, um Liecht a schwer zugängliche Stelle z leite.
Wänn d Natur zum Prisma wird: Dr Rägeboge
D Natur bruucht kei Glas, um de glich Effekt z erzüüge. Bimene Rägeboge übernähmed d Rägetropfe d Rolle vom Prisma. Wänn d Sunne schiint und es glichzeitig rägnet, passiert folgendes:
D Sunnestrahle trefed uf de Wassertropfe. Bim Iitritt wird s Liecht broche und in sini Farbe zerlegt (wie bim Prisma). Dänn wird s Liecht a der Ruggwand vom Tropfe reflektiert (Spiegelig). Bim Ustritt us em Tropfe wird s nomal broche. Will jedi Farb in eme liecht andere Winkel us em Tropfe chunnt, gseh mir am Himmel dä farbigi Boge. Interessant isch: De Rägeboge isch eigentlich en Kreis, aber will de Bode im Wäg isch, gsehmer meischtens nur de oberi Teil.
Hüüfig gstellti Frage (FAQ)
Warum isch s Spektrum immer i der gliche Reihefolg?
Will d Liechtbrechig physikalisch definiert isch. Blau wird immer stärker broche als Rot, egal wo uf der Wält du s Experiment machsch. Drum isch Rot immer usse (oder oben) und Blau immer inne (oder unten), je nachdem wie s Prisma staht. D Reihefolg Rot-Orange-Gälb-Grüen-Blau-Violett isch fix.
Funktioniert es Prisma au mit ere Täschelampe?
Ja, absolut. Allerdings sind hütigi LED-Täschelampe oft chli «chalt» im Liecht und händ es bsunders starchs Blau-Spektrum. Mit ere alte Glüehbiire-Täschelampe gseht mer s rote und gälbe Liecht oft besser. Am beschte gaht es aber immer no mit echtem Sunneliecht, will das s kompletteschte Farbspektrum hät.
Git s no anderi Forme als s Dreieck?
Ja, es git sehr villi. Näbed em Dispersionsprisma (Dreieck) gits unter anderem s Würfelprisma, s Pentaprisma (füüf Siite) oder s Dove-Prisma. Jedi Form hät e spezifischi Awendig, segs zum Bild dreie, zum Liecht umlenke oder zum s Liecht teile.
Isch en Diamant au es Prisma?
Ein Diamant isch en Edelstei, wo so gschliffer isch, dass er wie vili chlini Prisme wirkt. De sogenannti «Brillantschliff» isch extra so berechnet, dass s Liecht, wo oben iechunnt, im Stei totalreflektiert wird und dänn in Farbe ufgspalte wieder oben usechunnt. Drum funklet en Diamant so bunt, wänn mer en im Liecht bewegt. Das nännt mer bim Diamant s «Füür».
Mach de Tescht dihei: Es eignigs Spektrum erzüüge
Du muesch der nöd unbedingt es tüürs Glasprisma chaufe, um d Liechtbrechig sälber z gseh. Du chasch de Effekt ganz eifach dihei simuliere. Alles was du bruuchsch, isch es durchsichtigs Glas mit Wasser, es Blatt wiisses Papier und e starche Liechtquelle (am beschte d Sunne oder e gueti Täschelampe).
Füll s Glas mit Wasser. Heb s wiisse Papier in Schatte, aber so, dass du mit der Täschelampe dur s Wasserglas uf s Papier lüchte chasch. Wänn du de Winkel und de Abstand chli veränderisch, wirsch gseh, wie am Rand vom Liechtfleck plötzlich farbigi Ränder uftauched. Das Wasser wirkt da wie d Linse und s Prisma glichzeitig. No besser gaht s mit ere CD oder DVD (d Rücksiite). Wänn du d Sunne druf schiine lahsch, bricht di fiini Struktur vo der CD s Liecht und du gsesch en perfekte Rägeboge im ganze Zimmer tanze. Das isch zwar technisch gseh «Beugig» und nöd «Brechig», aber s Resultat isch s gleiche: di wunderschöne Farbe vom Liecht werded sichtbar gmacht. Probier s mal us und gseh d Wält mit andere Auge!
