Regenbogen an einzelnem Tropfen

[Michael Großmann]

Hallo Zusammen,

ich hab mich mal wieder ins "stille Kämmerlein" verdrückt um einige Versuche durchzuführen.

Diesmal wollte ich den tertiären Bogen mit weißem Licht darstellen und nicht wie vor ein paar Monaten mit Laserlicht.

Als Lichtquelle dient mir ein alter Diaprojektor, als Blende verwende ich ein 50x50mm Blech mit einer Bohrung von 1mm in der Mitte.

Von der Lichtquelle bis zum fokusiertem Bereich sind es ungefähr 30cm, der Lichtpunkt hat auf einem Blatt Papier dann noch einen Durchmesser von ca. 8mm.

In diesem Bereich positionierte ich meine Kanüle an der ein Wassertropfen hing. (Durchmesser ca. 1-2mm)

Schön deutlich sieht man den primären und den sekundären Bogen, bedingt durch die Tropfenform und den Aufhängepunkt natürlich nicht optimal kreisrund.

Den tertiären Bogen suchte ich allerdings vergeblich. Ich wählte unterschiedliche Durchmesser des Tropfens, aber.......NIX !!!

Evtl. ist das Leuchtmittel im Projektor nicht hell genug (?), ich weiß es nicht. Vielleicht hat jemand eine Idee von Euch?

Dennoch möchte ich Euch zumindest zwei Bilder vom primären und sekundären zeigen. Und natürlich das Alexander Dunkelband (die hellen Streifen die durch dei Bögen gehen, entstehen durch die Kanülenspitze)





Ich hoffe ich langweile Euch nicht damit !

Viele Grüße
Micha

[Torsten Serian Kallweit]

>Ich hoffe ich langweile Euch nicht damit !

Ne, gar nicht; ich finde sowas total klasse. Das 1mm-Löchlein könnte übrigens bei so einer Dia-Projektor-Lampe evt. doch so wenig Licht durchlassen, dass es nicht reicht, um 3. und 4. Ordnung erkennen zu können. Oder Du versuchst es mal mit einer seeeehr langen Belichtung an der berechneten Stelle.

[Elmar Schmidt]

Hallo Micha,

wieder toll, das habe ich so schön sonst noch nirgends gesehen. Nach meinen groben(!) Abschätzungen sollten 3. und 4. Ordnung mit 8% und 4% der Flächenhelligkeit des Primärbogens auftreten, bzw. mit immerhin 37% und 17% derjenigen des Sekundärbogens. Von daher wundert mich deren Fehlen auch.

Du solltest das Loch evtl. exzentrisch zum linken und rechten Tropfenrand verschieben, um die äußeren Tropfenbereiche besser auszuleuchten, von denen die höheren Ordnungen ausgehen. Noch besser sind beleuchtende Ringblenden in Tropfengröße, die durch fotomechanische Verkleinerung (Foliendruck) herstellbar wären.

Viel Erfolg!

Elmar

[Michael Großmann]

Hallo Zusammen.

danke Torsten und Elmar für Eure Antworten, heute Abend habe ich es nochmal versucht den tertiären Bogen sichtbar zu machen, nachdem ich mir auf der Arbeit immer wieder darüber Gedanken gemacht habe, warum er nicht sichtbar wird.

Das mit dem verändern des Stoßparameters war ein guter Gedanke von Dir Elmar, bei meinen Laserversuchen habe ich das ja auch gemacht um den Wechsel zwischen primär und sekundär deutlich zu machen.

Die längere Belichtung würde auch nix bringen, da es dann total überstrahlen würde, WENN man wie in meinem ersten Versuch die Projektionsfläche direkt hinter den angeleuchteten Tropfen stellt.

Diese Fläche habe ich soweit verschoben, dass der "Durchgangsstrahl" nicht auf diese fällt. Der Schein der am Rand der Fläche zu sehen ist, ist der "Zero order glow". Er ist ja im Grunde "Schuld", dass der tertiärte Bogen in Natura (fast)nicht zu erkennen ist.

Und prompt wurde der tertiäre sichtbar...



Aber so richtig zufrieden war ich damit nicht. Der Tropfen hatte eine Größe von ungefähr 1,5mm und war nahezu rund.
Ich vergrößerte ihn auf ca.3mm was zur Folge hatte, dass der primäre und sekundäre Bogen verzerrt wurden.
Bedingt durch die Schwerkraft war es ein typischer Tropfen, so wie ihn Kinder malen würden.

Um das Ganze besser sichtbar zu machen und auch den Aufbau besser zu zeigen änderte ich die Projektionsebene.

Macht Euch selbst ein Bild davon. Demnächst werde ich ausführlicher Berichten, ich muss glaube ich "labormässige" Bedingungen schaffen, damit diese diletantischen Versuchsaufbauten auf meinem Schreibtisch ein Ende haben



Viele Grüße
Micha

[Elmar Schmidt]

Hallo Michael,

gratuliere, das könnte eine andere Erstsichtung sein, sicher bin ich aber nicht.

Das mit den Verzerrungen bei Tropfenvergrößerung ist lästig, scheint aber unumgehbar, um genügend Intensität für die höheren Ordnungen durch den Tropfen zu bringen.

Ansonsten bräuchtest Du eine innen weiße, in Hälften teilbare Projektionskugel, um wenigstens die Verzerrungen durch die ebenen Schirme auszuschließen.

Drittens müßtest Du mal in die ISS, damit die Tropfen schön rund und groß werden

Gruß, Elmar

[Alexander Haußmann]

Hallo Micha,

gabs eigentlich schon Anzeichen des Fünften im Dunkelband zu sehen? Ich würde annehmen, dass dieser im Laboraufbau besser zu sehen sein müsste als in natura. Denn da ist wahrscheinlich die Hintergrundhelligkeit ein Problem. Ansonsten ist das Kontrastverhältnis beim Einzeltropfen höher als für den 3. und 4. Bogen, nur die Gesamthelligkeit ist nicht mehr sehr groß.

Ich hab grad eine Tabelle mit den Stoßparametern zur Hand, da siehts folgendermaßen aus (normiert auf den Tropfenradius):

1. 0,86
2. 0,95
3. 0,974
4. 0,984
5. 0,989

Bei den Tropfendurchmessern im mm-Bereich muß man dann schon ziemlich genau arbeiten, aber es wär interessant zu sehen, was die Ringblenden bewirken. Zur Herstellung der Blenden würde ich Diafilm empfehlen. Aber wahrscheinlich reicht es schon, 70-80% des Radius zentral abzuschatten.

Ansonsten: Sehr schöne Experimente!

Grüße, Alex.

[Michael Großmann]

Hallo Zusammen,

so....ich hab mir nochmal ein paar Gedanken gemacht wie ich die Bogengeometrie besser in den Griff bekomme.

Den Wassertropfen habe ich nun nicht hängend, sondern auf der Kanüle sitzend positioniert. Dadurch ist die Kugelform zumindest bis zu einem Durchmesser von ca. 2mm relativ gewahrt. Größere Durchmesser stauchen den Tropfen zusammen, was wieder Verzerrungen der Kaustiken hervorruft. Diese Verzerrungen bleiben allerdings nicht ganz aus. Schon allein das "aufsitzen" auf der Kanüle bringt einige störende Begleiterscheinungen mit sich.
Neben den Verzerrungen erzeugt auch die Kanüle eine Art "Horizontalkreis", man denkt ihn sich einfach weg

Das Hauptproblem gerade bei der 3. und 4. Ordnung ist der "Zero order glow". Der komplett angeleuchtete Tropfen verschluckt einfach die beiden Ordnungen, was es wie schon erwähnt in der Natur schwierig macht diese beiden Ordnungen zu beobachten.
Im Versuch hat man aber die Möglichkeit mit ein paar Mogeleien das zu umgehen.

Zum einen habe ich ein Loch in die projezierende Fläche geschnitten, damit ein Großteil des aus dem Tropfen austretende Licht durchgelangen kann ohne eine reflektierende Wirkun zu haben. Trotzdem sieht man an der Langzeitbelichtungen einen hellen Lichtkreis ! Ohne dieses Loch wäre die Blendwirkung enorm und der tertiäre Bogen wäre nicht zu erkennen.

Des weiteren habe ich VOR dem Tropfen mit einer Bleistiftspitze das einfallende Licht in den Tropfen minimiert, eben auch aus dem Grund, damit nicht zuviel Licht in den Tropfen gelangt und somit auch weniger Streulicht dahinter erzeugt wird.

Bei den Rückstreuenden Bögen habe ich durch hin- und herschieben der Lichtquelle den Stoßparameter verändert, um deutlich zu machen wie sich Primär- und Sekundärbogen zueinander verhalten.
Dabei wurde dann die Ordnung sichtbar, die in Natur noch schwerer zu entdecken seien wird, als die 3. oder 4. Ordnung; die 6. Ordnung !
Sie befindet sich innerhalb des primären Bogens, d.h. genau in dem Bereich, in der sich die schönen Interferenzbögen bilden und auch eben in dem Bereich, in den sehr viel Licht hinein gestreut wird.
Durch die Methode den Stoßparameter zu verändern, "schneide" ich sozusagen diese 1. Ordnung aus. Die Austrittsrichtung (nicht der Winkel!) der 6. Ordnung ist nämlich auch die des Sekundärbogens, also der 2. Ordnung.
Bei meinem Versuch hat der Lichtkegel den Tropfen nahezu an der rechten Tropfenseite (aus Sicht der Lampe) gestreift.

Genug geplappert, die Experten entschuldigen bitte meine Versuchserklärungen, ich hoffe es ist in weiten Zügen alles korrekt, ich will hier ja keinen Müll verbreiten!

Hier 2 Bilder:

tertiärer Bogen


primär, sekundär, sextär (?)


Viele Grüße
Micha

[Claudia Hinz]

Ja, was soll man dazu noch sagen ... einfach klasse, was Du da in Deinem stillen Kämmerlein so auf die Beine stellst.



LG Claudia

[Elmar Schmidt]

Schick, Micha!

Frage: sind in Bild 1 die 3. od. 4. Ordnung zu sehen oder nicht?

Wenn ich Bild 2 richtig verstehe, hast Du so am Stoßparameter gedreht, daß i.w. nur eine Tropfenhälfte beiträgt. Dann treten die 1. und 2. Ordnung wegen des anderen Lichtumlaufsinns im Tropfen nur gegenüberliegend auf, womit der 6. Ordnung Raum gegeben ist, die sonst ganz sicher in der Streuscheibe vor der Primärkaustik verschluckt wird, wie man rechts sieht.

Hut ab, Du bist echt der King der Weißlicht-Laborbögen. Es wäre nun allmählich interessant zu erfahren, ob das jemand schon gemacht hat, evtl. mit "Schusterkugeln" (große, wassergefüllte, kugelige Flaschen).

Gruß, Elmar

[Michael Großmann]

Hi,

@Claudia: Vielen Dank
@Elmar:

Wenn ich Bild 2 richtig verstehe, hast Du so am Stoßparameter gedreht, daß i.w. nur eine Tropfenhälfte beiträgt. Dann treten die 1. und 2. Ordnung wegen des anderen Lichtumlaufsinns im Tropfen nur gegenüberliegend auf, womit der 6. Ordnung Raum gegeben ist, die sonst ganz sicher in der Streuscheibe vor der Primärkaustik verschluckt wird, wie man rechts sieht.

Bei den Rückstreuenden Bögen habe ich durch hin- und herschieben der Lichtquelle den Stoßparameter verändert, um deutlich zu machen wie sich Primär- und Sekundärbogen zueinander verhalten...

Durch die Methode den Stoßparameter zu verändern, "schneide" ich sozusagen diese 1. Ordnung aus. Die Austrittsrichtung (nicht der Winkel!) der 6. Ordnung ist nämlich auch die des Sekundärbogens, also der 2. Ordnung.

Du hast es richtig erkannt. Das Licht fällt nur ganz knapp an einer Seite des Topfens ein. Dadurch hat die 6. Ordnung "freie Bahn" Die hat ja sonst keine Chance!

Bei Bild 1. ist die 3. Ordnung zu sehen, die 4. hab ich mit weißem Licht (noch) nicht sichbar machen können.

Viele Grüße
Micha

[Elmar Schmidt]

Bei Bild 1. ist die 3. Ordnung zu sehen

Au ja, jetzt sehe ich sie auch, rechts der Mitte und leicht unkreisförmig, danke!

Das mit der 6. ist genial, aber wie Du ja auch schreibst: die wird man in der Natur nicht sehen, darauf tät ich sogar wetten, und Dein Bild 2 ist an sich der Beweis.

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Bei der Sichtung von Hintergrundliteratur hab ich eine andere (kleine?) "Herausforderung" gefunden, nämlich daß es in der Natur mal den Fall eines tiefen Sekundärbogens OHNE den Primären geben könnte, wenn nämlich die Sonne zw. 42 und 52 Grad hoch steht (wie jetzt mittags noch bis Mitte September...), vorausgesetzt natürlich, man sieht den Primärbogen nicht unter dem Horizont so wie wie Claudia eben wieder in Davos.

Gibt's von so was Fotos?

Gruß, Elmar

[Alexander Haußmann]

Hallo Micha & alle Mitlesenden,

sehr schöne Bilder! Das ist bestimmt nicht einfach, den Versuchsaufbau "unter Kontrolle" zu halten, wenn jemand im Haus eine Tür zuschlägt u.ä. Dürfte ähnlich sein, wie Fotos am Mikroskop zu machen. Vor allem die Überlegung mit den zwei Tropfenseiten ist natürlich gut, sonst könnte man den 6. vom 1. nie trennen.

@Elmar: Sowas habe ich vor ca. 4 Jahren schonmal beobachtet, in der flachen Niederlausitz. Besonders fotogen wars aber nicht, der sekundäre ist in der Natur ja meistens sowieso nicht sehr stark. Die Bedingungen waren aber wirklich gut , nur stand eben die Sonne für den primären noch einige Grad zu hoch.

Grüße,
Alex