Augmented Reality-Experimente zur Wellenphysik
- Autor:
- Albert Teichrew
Modelle
Es werden ebene oder kreisförmige Wellen mit der Wellenlänge von 3 cm modelliert, wobei auch andere Wellenlängen eingestellt werden können (Schieberegler Wellenlänge).
Sie breiten sich in der xy-Ebene auf der Höhe des Senders Q aus (Schieberegler Höhe). Die Amplitude A der Wellen wird auf die z-Achse aufgetragen.
Frequenz f bzw. Periodendauer T und Ausbreitungsgeschwindigkeit c werden so gewählt, dass eine sichtbare Schwingung visualisiert werden kann.
Es kann eine Animation der Wellenbewegung gestartet werden (Play-Button neben dem Schieberegler Zeit), die deutlich langsamer abläuft als die echte.
Es kann gewählt werden, welche Darstellung gerade sichtbar ist (Schieberegler Ansicht).
Außerdem können die Modelle über verschiedene Parameter angepasst werden (Schieberegler Anfang, Ende, Breite, Kante, Doppelspalt, …).
Es wird die folgende Farbcodierung verwendet:
Einzeln betrachtete Wellenanteile in Rot und Blau.
Überlagerung von mehreren Wellenanteilen in Violett.
Quadrat der Amplitude als Intensität in Orange.
Experimente
Es wird der Mikrowellensatz von 3B Scientific verwendet.
Ein Mikrowellensender strahlt ein eng begrenztes Bündel elektromagnetischer Wellen mit einer Frequenz von 9,4 GHz bzw. einer Wellenlänge von ca. 3 cm ab.
Das Signal wird von einem Empfänger in Form einer Sonde oder Hornantenne empfangen und als Spannung am Messgerät ausgegeben.
In den ausgewählten Teilexperimenten werden verschiedene Objekte vor den Sender gestellt:
eine mittig angeordnete Metallplatte als Reflektor für eine stehende Welle
eine versetzte Metallplatte als Beugungskante
mehrere Acrylblöcke zur Erzeugung von Gangunterschieden durch unterschiedliche optische Weglängen
ein Doppelspalt aus Metallplatten zur Vermessung von Interferenzmustern
Die Modelle und Experimente orientieren sich an den Entwicklungen im Rahmen der wissenschaftlichen Hausarbeit von Marlon Grasse:
https://www.geogebra.org/3d/sgqt3ahv
https://www.geogebra.org/3d/xszz2emk
https://www.geogebra.org/3d/rjjwkaux
https://www.geogebra.org/3d/x43n427c
Viele Dank für die Idee an XLAB – das Göttinger Experimentallabor für junge Leute!
