Physik

Analytische Beschreibung der Lichtkrümmung bei kontinuierlicher Brechung

Teilnehmer:innen

Luis Spöcker (19)

Schule/Institution/Betrieb

Störck-Gymnasium, Bad Saulgau

Projektbetreuung

Dr. Marc Bienert

Partnerinstitution

Schülerforschungszentrum Südwürttemberg (SFZ), Standort Bad Saulgau

Region

Südwürttemberg

Jahr

2024

Sparte

Jugend forscht

Bei meiner letzten Teilnahme ging es um den Effekt der Krümmung eines Lichtstrahls in einer wässrigen Zuckerlösung mit einem Verlauf des Brechungsindizes in verschiedener Tiefe. In diesem Nachfolgeprojekt beantworte ich die Frage, wie man die gekrümmte Kurve des Lichts durch eine Funktion beschreiben kann. Ich verwende ein Schichtmodell, indem ich die Zuckerlösung von unten nach oben in gleiche Bereiche mit konstant angenommenen Brechungsindex unterteile. Die Schichtdicke lasse ich dann infinitesimal klein werden, woraus eine Differentialgleichung resultiert. Bei einem linearen Verlauf des Brechungsindex beschreibt ein Kosinus hyperbolicus die Lösung, welche von den Parametern Einfallswinkel, Brechungsindex der obersten Schicht und dem Gradient des Brechungsindex abhängt. Mit meiner Lösung sind sowohl die Krümmungen als auch die Totalreflexion beschreibbar. Ich vergleiche die analytische Lösung mit meiner numerischen Simulation und dem Experiment.

1. Preis Regionalwettbewerb Südwürttemberg

Wettbewerb 2025

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