Benutzer:Grottenolm/Experimentiermaterial

Was wir brauchen: Linsen

• Linsen und Prismen aus Fernglas klassischer Bauart (Bild!)(Flohmarkt. Schweiz: Brockenhaus): Praktisch alles drin, was wir nicht einfach selber machen können!
• billige Kunststofflinsen: reichen zum Experimentieren, jedoch nicht für vernünftige Geräte wie zB brauchbare Fernrohre
• Opernglas
• Fotoobjektiv / Diaprojektor / Linsenteleskop / Mikroskop (Okulare)
• Preiswerte 'Lesehilfe' (Lesebrille) mit ca. 3 Dioptrien aus dem Supermarkt
• Lupe mit einigen cm Durchmesser
• Ein alter Overheadprojektor liefert eine Fresnellinse, eine Sammellinse mit recht großem Durchmesser und einen Spiegel mit verspiegelter Oberfläche (im Gegensatz zu gewöhnlichen Spiegeln, bei denen die Rückseite des Glases verspiegelt ist, was immer dann stört, wenn der Spiegel sich im optischen Strahlengang befindet ((Reflexionen und Brechungen ergeben Mehrfachbilder))).
• Fadenzähler (gibt es beim Optiker) - gut ist es, gleich zwei identische zu kaufen
• alteingesessenen Optikern ein bisschen was abbetteln: Viele freuen sich wahrscheinlich, wenn jemand Interesse hat. Solange das nicht überhand nimmt ...

Was noch gebraucht wird

• Spalt (Bauanleitung für einen sehr einfachen, dennoch guten Spalt unten)

• Lichtquelle für einen starken, gebündelten Strahl (Bauanleitung kommt noch)

• Günstig: Laserpointer, manchmal besser Laserwasserwaage (letztere eher auf Dauerbetrieb ausgerichtet, aber nicht so handlich). Gute, starke Quelle für monochromatisches Licht

• Schirm zur Projektion von Bildern: Pergamentpapier, trübgeschliffene Glasplatte (Bauanleitung unten)

• Prisma: aus Fernglas, Zenitprisma eines astronomischen Teleskops oder selber kleben (Bauanleitung unten)

• Optische Bank: Zwar können alle Versuche auch direkt auf einem Tisch aufgebaut werden. Praktischer ist es jedoch, wenn man ein ca. zehn cm breites, resopalbeschichtetes Brett von ausreichender Länge zur Verfügung hat. Hier kann auch ein Maßband aufgeklebt werden, und das Ganze lässt sich auch einmal zur Seite stellen.

• Linsenhalterungen (stets beachten: Zu einer Kombination zusammengesetzte Linsen sollten sich immer möglichst genau auf der optischen Achse befinden!):
  • Kleine Abschnitte einer Pappröhre können an einer Stirnseite mit zwei sinnvoll angebrachten Schlitzen versehen werden, in die man dann eine Linse hineinklemmt
  • Knetmasse lässt sich ebenfalls gut verwenden
  • Füße aus Kerzenwachs, FIMO, Montageschaum - der Phantasie sind keine Grenzen gesetzt!

• Podeste zur Höhenanpassung: Bücherstapel oder das Konstruktionsspielzeug aus Kindertagen

• Ein Bogen schwarzer Fotokarton (im Bürofachgeschäft erhältlich)

Zum weiteren basteln

• Fresnel-Linsen aus alten Overhead-Projektoren
• Polarisationsfilter, erzeugt allerdings keine Ebene sondern Linie. Irgendwo zu bekommen? Fotogeschäft
• Relativ schlecht reflektierende Konvexspiegel aus Suppenkellen, hab da schon mal ein Horizontoskop draus gebaut. Als Hohlspiegel sicher weniger gut zu gebrauchen, da vermutl. kein Brennpunkt.

Grün: Ergänzungen Turnvater Jahn ^{01:42 17.01.2009}

Dank für die Ergänzungen!

Die Suppenkelle gibt mindestens ein Solarkraftwerk, mit dem man (sehr) kleine Kartoffeln garen kann. Wer möchte (in grober Näherung) die optimale Kartoffelgröße berechnen? Das wär doch eine nette Übungsaufgabe! Eine halbkugelförmige Suppenkelle sei exakt auf die Sonne ausgerichtet. etc.

Und die Katakaustik ist gleich mit abgehandelt.

Die Fresnel-Linse ist auch ein guter Vorschlag. Die gab es (gibt es noch?) auch bei Auto-Zubehör-Händlern als 'Weitwinkel'-Sichthilfe für die Heckscheibe.

Das mit dem Polarisationsfilter bitte ich Dich mal genauer zu erläutern. --Grottenolm 04:30, 17. Jan. 2009 (CET) PS: Die Fresnel-Linse wäre als Solare Kartoffelgaranlage wahrscheinlich sogar wesentlich wirkungsvoller, vorausgesetzt, die Kartoffel wird richtig plaziert. Grottenolm 04:41, 17. Jan. 2009 (CET)

Polarisation hat ja auf jeden Fall was mit Optik zu tun, wäre da einmal durch partielle Reflexion, zum Anderen aber am Gitter, mittels Polarisationsfilter. Als Experiment fällt mir da nur was mit optischer Aktivität ein, also ein selbst bebautes Polarimeter oder so.

Bei der Suppenkelle war die Halbkugelförmigkeit auch zur Verwendung als Konvexspiegen der kritische Punkt, hab einige Spittel-Läden abgeklappert. -- Turnvater Jahn ^{05:19 17.01.2009}.

Dass Polarisation dazugehört: Keine Diskussion. An Polarimeter als praktische Anwendung hatte ich da auch gedacht. Zucker hat jeder zu Hause, und das Wasser kommt aus dem Hahn ... Wer ein Polfilter bzw zwei hat bei seiner Fotoausrüstung, hat's natürlich einfacher. Es gibt das auch als Polarisationsfolie, ich weiß nur nicht, wo man die bekommt. Ich möchte aber möglichst immer auch Methoden anbieten, die ohne Extraanschaffungen auskommen. Müssen wir uns nur noch aus ein paar Objektträgern eine Küvette kleben. (Prisma geht so auch: drei OT, unten wasserdicht, mit stark lichtbrechender Flüssigkeit füllen - fertig) --Grottenolm 13:25, 17. Jan. 2009 (CET) PS: Was genau meintest Du mit "Linie, keine Ebene"?

Die Anschaffungsfrage stellte sich mir bei Polfiltern eben auch. Das mit dem Prisma ist auf jeden Fall eine sehr gure Idee!

Wegen der Linie statt Ebene: Bei einer Lampe mit Spalt (und nicht Loch!) wird ja eine senkrechte Eben ausgeleuchtet, sprich der Lichtkegel ist horizontal platt gedrückt, vertikal aber nicht. Somit lässt sich der Licht"strahl" z.B. in seinem Verlauf uber einen Tisch verfolgen, was beim Laser nicht der Fall wäre, hier bräuchte man dann Nebel oder Rauch, um seinen Verlauf durch den Raum sichtbar zu machen. -- Turnvater Jahn ^{15:45 17.01.2009}

Da hast Du völlig recht, die Verfolgbarkeit des Strahlverlaufs ist eine wertvolle Eigenschaft. In anderen Situationen kann der Laser einen Vorteil bieten: Um den Ablenkwinkel für die Beugung erster Ordnung eines Gitterspektroskops zu finden, also die Stelle, wo ich das Fernglas aufstellen muss, leuchte ich einfach mal den normalen Strahlengang entlang auf einen Schirm, dann habe ich die Stelle sofort. Beim kontinuierlichen Spektrum einer Lampe, Kerze ist die Leuchtkraft des Spektrums erster Ordnung so gering im Vergleich zum weißen Licht der nullten Ordnung, dass gar nichts zu sehen ist. Bei dieser Gelegenheit fallen mir grade paar Dinge ein, die man noch mit so nem Laser anfangen kann. Stichworte: Qualität einer Linse; Sauberkeit der Oberfläche ...
Danke für das Lob wg Prisma! Wenn man durch dieses Ding hindurch zum ersten mal ein Emissionsspektrum von Ca oder Sr sieht - das ist ein Moment für's ganze Leben. <taschentuch!/>
Zum Polarisationsfilter: Im Fotogeschäft, aber die sind nicht ganz billig. Vllt auch dort Folien, die sind ganz sicher billiger. --Grottenolm 01:53, 18. Jan. 2009 (CET)

Bauanleitungen

Ich bitte dringend um Mitteilung, falls ich mich irgendwo unklar ausgedrückt habe!

Da ich Deine technischen Möglichkeiten und Beschränkungen nicht kenne, sind die Anleitungen in handwerklicher Hinsicht sehr knapp gehalten. Individuelle Fragen zu technischen Einzelheiten kannst Du jederzeit auf meiner Diskussion oder per Email an mich stellen. Ganz wichtig: für mich gibt es keine 'dummen' Fragen! Da kann ein FAQ draus werden.

Lichtquelle mit gebündeltem Strahl

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Prisma und Küvette aus Objektträgern ("Wasserflohaquarium")

Material:

• Vier Objektträger (OT) für Mikroskopie (gibt es als 50er- oder 100er-Packung beim Optiker)
• Alleskleber (nicht wasserlöslich!)

Alle Objektträger werden vor dem Verkleben peinlich blank geputzt, eine spätere Reinigung des Prismas ist kaum noch möglich, denn es handelt sich dann doch um ein sehr zerbrechliches Gebilde.

Zwei Qbjektträger werden an einer Längsseite mit reichlich Kleber verbunden, sodass sie ein V bilden. Bevor diese Klebung völlig ausgehärtet ist, wird ebenfalls mit reichlich Klebstoff der dritte OT als 'Deckel' auf dem V angebracht. Das V muss hierbei noch beweglich sein. Die Klebung aus Schritt  1 darf deshalb keinesfalls ausgehärtet sein. Den vierten OT zerbrechen wir. Ein Bruchstück bildet den Boden des Prismas. Nachdem die Klebung der Dreikantsäule einigermaßen fest geworden ist, wird die Dreikantsäule wiederum mit reichlich Kleber auf den Boden aufgesetzt. Alles gut trocknen lassen!

Analog können wir eine Küvette bauen, in diesem Fall werden vier OT zu einer Säule verklebt. Die Seitenwände sollten möglichst gut parallel stehen.

Zur Verwendung wird das entstandene Behältnis nun einfach mit Wasser oder (zur Erhöhung der Brechkraft) konzentrierter Zuckerlösung (sehr gut umrühren, sonst droht Schlierenbildung!) gefüllt. Nun ist auch klar, warum wir mit Kleber nicht sparen dürfen: Das Ganze muss wasserdicht sein. (Notiz: Eine Frage für Denker mit Grundkenntnissen der Optik (Brechzahl!): Welche Zucker- oder Salzkonzentration ist ideal? Keine Zahlen, Formeln ... Ein Halbsatz ist die Antwort)

Mattscheibe als Projektionsfläche

Material:

• Eine oder zwei kleine Glasscheiben, 2-3 mm dick (ca. 10x10 cm sind für die meisten Zwecke ausreichend)
• Nass-Schleifpapier (400er oder feiner)

Anmerkung: Objektträger sind hierfür nicht geeignet. Sie zerbrechen allzu leicht schon beim Schleifen.

Nur eine Fläche einer jeden Scheibe anschleifen!

Eine einzelne Scheibe wird direkt auf dem plan liegenden, nassen Schleifpapier mit mäßigem Druck in alle Richtungen bewegt, bis die Fläche schön gleichmäßig trüb ist.

Alternativ: zwei Stücke Schleifpapier trocken aneinander reiben und den Abrieb auffangen. Dieser wird nun auf eine Glasscheibe gegeben, mit sehr wenig Wasser angefeuchtet und die zweite Scheibe darauf in alle Richtungen bewegt (mäßiger Druck und nur sehr wenig Überhang Zeichnung kommt noch), bis keine einzelnen Kratzer mehr zu sehen sind. Dass die Ränder der Scheiben nicht so schön gleichmäßig trüb werden, schadet nicht. Auch Scheuerpulver (Küche) ist geeignet (ebenfalls etwas nass machen). Scheuermilch kann direkt verwendet werden.

Die letztgenannten Verfahren liefern gleich zwei Mattscheiben. Eine davon können wir gut für die Herstellung des Spaltes gebrauchen!

Ein guter Spalt

Anmerkung: Grundsätzlich wären als spaltbildende Begrenzung auch Rasierklingen oder Teppichmesserklingen geeignet, sie sind jedoch aufgrund der enorm feinen Schneide viel zu empfindlich, und wenn sie einmal Macken haben, taugen sie nichts mehr. Wer will, kann es trotzdem versuchen - einfacher als die im Folgenden beschriebene Selbstherstellung ist es natürlich. Vor Improvisationen mit Karton, Alu-Folie etc. sei dringend gewarnt. Mit solch schnell gebastelten Spalten kommt beim Experimentieren keine Freude auf.

Keine Angst! Die Anleitung sieht viel schlimmer aus, als es tatsächlich ist.

Material:

• zwei Stücke Blech, ca. 3x5 cm, mindestens 2 mm dick, ideal aus Aluminium (leicht bearbeitbar), Messing ist gut bearbeitbar, allerdings nicht ganz korrosionsbeständig, Stahlblech geht auch (da ist auch eine geringere Dicke ausreichend); aber: Kein Kupfer, Blei oder worauf man sonst noch kommen könnte. Stabilität muss vorhanden sein!
• Holzbrett (oder Spanplatte), groß genug, damit die beiden Bleche nebeneinander drauf passen
• zwei kurze Holzschrauben mit Unterlegscheiben
  • Metallbohrer: Hier haben wir zwei Möglichkeiten
    • Eine Bohrergröße, zwei unterschiedlich dicke Schrauben oder
    • Zwei verschiedene Bohrer und beide Schrauben passend zum kleineren Bohrer
  • Feile / alternativ Schleifpapier gröberer Körnung (120 - 150)
  • Mattscheibe aus vorhergehender Bauanleitung

Zunächst werden an den Blechen die geradesten Kanten gesucht: Schnittkanten der Bleche aneinander drücken und dicht vor's Auge gehalten gegen eine Lichtquelle blicken. Die beste Kombination ist die, bei der am wenigsten Licht durchkommt (Anmerkung: Maschinengefertigte Kanten sind fast immer genau, also bestens geeignet. Andernfalls muss mit einer Metallfeile oder auf plan liegendem Schleifpapier nachgearbeitet werden). Die gefundenen Kanten werden markiert.

Nun wird in jedes Blech ein Loch gebohrt, fern der markierten Kante.
Danach werden die markierten Kanten unter Einsatz von Feile oder Schleifpapier einseitig abgeschrägt auf einen Winkel von ca 45 Grad. Keinesfalls die 'Unterseite', also die nicht angeschrägte Fläche angreifen. Weniger ist hier besser! Es soll eine Art Schneide entstehen, also möglichst scharf; wichtiger ist jedoch, die Geradlinigkeit zu erhalten. Diese Schneiden werden zum Schluss auf einer Mattscheibe einzeln unter mäßigem Druck möglichst genau senkrecht 10 bis 20 mal hin und her bewegt, also quasi wieder etwas stumpf geschliffen (Bild unten). Danach sind die Schneiden sehr gerade, sodass ein gut parallel begrenzter Spalt entstehen wird.

Das Holzbrett bekommt nun einen Ausschnitt, rund mit Lochsäge oder schlitzförmig mit Stichsäge oder Laubsäge - letztere aber nur für ein sehr dünnes Brett (max. 10 - 12 mm, das sich jedoch im Gebrauch schwieriger aufstellen lässt - oder eine Reihe (nicht zu) dicht aneinander gereihter Bohrungen von ca. 10 mm Durchmesser (vorbohren mit ca. 5 mm!) und anschließender Nacharbeit mit der Feile, damit der gewünschte Strahlenkegel frei von Begrenzungen durch den hölzernen Unterbau in die experimentelle Optik fallen kann.

Die Öffnung muss groß genug sein, damit das Licht des Spaltes ungehindert seinen Weg findet, und klein genug, damit die Schrauben noch Halt finden. Ausser direkt durch den Spalt darf kein Licht durchfallen! Eine Spalthöhe von über 2  cm ist schon Luxus - also überflüssig. Die Schrauben werden nur gerade so fest eingedreht, dass die Bleche nur noch schwer beweglich sind. Die Bleche dürfen nicht verzogen werden!

Ronchi-Gitter

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Messerschneide und Lichtquelle für die Foucault-Probe

Material für die Messerschneide:

• Grundbrett ca. 20 x 30 cm
• Leiste als Führung
• Holzklotz
• schmales, langes Brett
• ein Stück Teppichmesserklinge oder eine Rasierklinge
• Klebstreifen zu Befestigung
• Klebstoff oder einige Schrauben

Die Führungsleiste wird an einer Längsseite des Grundbrettes befestigt. Das schmale Brettchen bringen wir am Holzklotz an. An seinem oberen Ende befestigen wir mit Klebeband die Klinge. (Siehe Zeichnung!)

Material für die Lichtquelle:

• Taschenlampe
• Alufolie (möglichst nicht die ganz dünne!)

In die Alufolie wird mit einer Stecknadel ein feines Loch gestochen und die Folie anschließend über dem Lichtaustritt der Lampe befestigt (Gummi oder Klebeband). Damit haben wir eine sehr punktförmige Lichtquelle.