Unsichtbares sichtbar gemacht

Luft ist nicht immer gleich dicht. In ihr vermischen sich die verschiedensten Stoffe, zusätzlich ist sie unterschiedlich warm und das führt zu Dichteschwankungen. Für das menschliche Auge allerdings sind diese Dichteschwankungen unsichtbar.

Im PhotonLab hatte ich die Möglichkeit diese Dichteschwankungen in der Luft sichtbar zu machen. Das geschah mit der Technik der Schlierenoptik. Das Verfahren findet häufig Anwendung in der Strömungstechnik. So kann beispielsweise der Luftstrom um einen Flugzeugflügel veranschaulicht werden und dadurch sein Strömungsverhalten technisch verbessert werden.

In meinem Praktikum im PhotonLab wollte ich daher in einem einfachen Versuch die Funktionsweise der Schlierenoptik veranschaulichen. Bei meinem Versuchsaufbau mit den Materialien des PhotonLab verwendete ich eine Linse hinter meiner Lichtquelle, einer Glühlampe. Diese Linse brachte das in alle Richtungen streuende Licht der Glühlampe in einen parallelen Strahlengang.

Das parallel ausgerichtete Licht fällt dann auf die Probe, deren optische Dichte ich untersuchen wollte. In diesem Fall wollte ich die Temperaturschwankungen und die daraus resultierenden Dichteschwankungen der Luft, die eine Kerzenflamme verursacht, sichtbar machen.

Nachdem das parallele Licht die aufsteigende Luft der Kerze passiert hatte, wird es durch eine Sammellinse auf einen Brennpunkt fokussiert.

Dort befindet sich der entscheidende Punkt des Aufbaus. Durch eine Schlierenkante wird der größte Teil des einfallenden Lichts abgeschirmt. Fast nur Licht, das durch die Dichteschwankungen der heißen Kerzenluft gebrochen wurde und deshalb nicht exakt auf diesen Brennpunkt fokussiert ist, gelangt hinter die Schlierenkante. Dieses verbleibende Licht wird zum Schluss mit einer weiteren Linse auf den Schirm abgebildet, wo ein typisches Helligkeitsmuster erkennbar ist. So konnte ich die schlierenartigen Schattenmuster auf dem Schirm beobachten.