Wieso bekommt man beim Joggen Seitenstechen?

In Zeiten der Ausgangsbeschränkungen auf Grund der CoVid-19-Pandemi, bekommt Joggen als Individualsport für viele eine größere oder sogar neue Bedeutung. Wer bei dem schönen Wetter in den letzten Tagen draußen war, hat vermutlich so viele Jogger gesehen, wie schon lange nicht mehr. Ein häufig auftretendes Phänomen beim Joggen ist Seitenstechen. Jeder kennt es und hat es selbst schon einmal gespürt, aber wie entsteht eigentlich Seitenstechen und was kann man dagegen tun?

 

Tatsächlich gibt es von der Wissenschaft hier noch keine eindeutige Aussage in Bezug auf die Entstehung von Seitenstechen. Die am häufigsten zitierte Theorie besagt, dass als wichtigster Atemmuskel das Zwerchfell beim Joggen stärker beansprucht wird und es dadurch zu einer Sauerstoffunterversorgung kommen kann. Dies Unterversorgung äußert sich dann in einem stechenden Schmerz im unteren Rippenbereich, wo das Zwerchfell liegt.

Eine weitere Möglichkeit könnte allerdings die durch körperliche Anstrengung bedingte Ausdehnung der Milz sein. Die Folge ist eine Spannung im umliegenden Bauchbereich, was sich wiederum als der typische Seitenstechen-Schmerz äußern könnte. Auch die Bewegung der anderen inneren Organe bei sportlicher Tätigkeit könnte einen ähnlichen Effekt haben.

Was bewiesenermaßen dagegen hilft ist regelmäßiges Training. Trainierte Jogger leiden deutlich seltener unter Seitenstechen. Auch ein gezieltes Training der Bauch und Rumpfmuskulatur für eine stabile Haltung beim Laufen kann Seitenstechen vorbeugen. Direkt vor dem Laufen sollte man außerdem etwa 3 Stunden keine feste Nahrung zu sich nehmen, um nicht auch noch den Magen zu beanspruchen. Tritt akut Seitenstechen beim Laufen auf, hilft in der Regel nur das Tempo zu reduzieren und auf gleichmäßiges Laufen und vor allem auch Atmen achten.

Gefährlich ist das unangenehme Stechen übrigens nicht. Es ist lediglich eine nervige Nebenwirkung für alle, die sich endlich mal wieder zum Joggen aufraffen konnten.

 

Quellen:

https://www.gesundheit.de/wissen/haetten-sie-es-gewusst/allgemeinwissen/wie-entsteht-seitenstechen

https://www.runnersworld.de/verletzungen-vorbeugung/seitenstechen/

 

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Wie entsteht Morgen- bzw. Abendrot?

Auch wenn die Tage schon immer kürzer werden, kann man im Moment häufig sehr schöne Sonnenuntergänge oder für Frühaufsteher auch Sonnenaufgänge bewundern. Der orangene bis tiefrote Himmel kurz nachdem die Sonne hinter dem Horizont verschwindet, bzw. kurz bevor sie aufgeht, ist eines der schönsten Himmelsphänomene. Aber wie kommt es eigentlich, dass der Himmel und vor allem die angestrahlten Wolken sich in solch kräftigen Farben zeigen?

Tagsüber ist ein wolkenloser Himmel strahlend blau. Hier taucht bereits die erste Frage auf: Warum ist das so?

Das Sonnenlicht, das uns in der Regel weiß erscheint, besteht tatsächlich aus allen Farben des Regenbogens (vgl. Wie entsteht ein Regenbogen). Das Licht all dieser Farben überlagert ergibt weißes Licht. Dieses weiße Licht dringt dann in die Erdatmosphäre ein. Dort trifft es auf Moleküle in der Luft – vorwiegend Stickstoff und Sauerstoff. An diesen Molekülen wird das Licht der Sonne gestreut, es verändert also seine Richtung. Licht verschiedener Wellenlängen und damit verschiedener Farben wird allerdings nicht gleichstark gestreut. Kurzwelliges blaues Licht wird deutlich stärker gestreut, als langwelliges rotes Licht. Da bei hohem Sonnenstand tagsüber der Weg des Lichts durch die Erdatmosphäre relativ kurz ist, wird hauptsächlich das blaue Licht gestreut. Das gestreute Licht ist das, was wir dann sehen. Der Himmel erscheint somit blau.

Morgens oder auch abends, wenn die Sonne tief über dem Horizont steht bzw. gerade auf oder untergeht, ist der Weg des Lichts bis zu uns deutlich länger. Der Weg ist so lang, dass das blaue Licht so weit gestreut wird, dass es zum großen Teil gar nicht mehr bei uns ankommt. Was wir dann sehen ist die Streuung des roten Lichts und der Himmel oder auch die angestrahlten Wolken erscheinen rot. Wolken strahlen deshalb, weil sie das Licht der Sonne ganz einfach reflektieren. Aus diesem Grund sind sie tagsüber auch weiß (vgl. Warum sind Wolken weiß).

Wenn du nun das nächste Mal einen Sonnenuntergang bestaunst, weißt du jetzt auch wie dieses spektakuläre Farbenspiel entsteht.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/himmelsblau-und-abendrot/

https://wetterkanal.kachelmannwetter.com/wie-entsteht-morgenrot-und-abendrot/

Wie entsteht eine (totale) Mondfinsternis?

Diesen Freitag (27.7.2018) gibt es mal wieder ein astronomisches Großereignis. Eine totale Mondfinsternis. Vielleicht hast du auch schon davon gehört, es wird nämlich die längste in diesem Jahrhundert. Aber was genau ist eigentlich eine (totale) Mondfinsternis und wie entsteht sie?

Da der Mond im wesentlichen nur aus Gestein besteht ist er nicht in der Lage selber zu leuchten. Wir können ihn nur deswegen sehen, weil er von der Sonne angestrahlt wird und das Licht der Sonne reflektiert. Der Mond kreist ja bekanntlich um die Erde, wodurch auch die Mondphasen entstehen und wir den Mond nicht immer komplett sehen können. Je nachdem wie er im Verhältnis zur Erde und zur Sonne steht, sehen wir nur eine Sichel, bei Vollmond den ganzen Mond, oder bei Neumond auch mal gar nichts. Eine Mondfinsternis kann nur bei Vollmond entstehen, da der Mond von der Erde aus gesehen dann genau auf der gegenüberliegenden Seite zur Sonne steht. Wenn die Neigung der Rotationsebene des Mondes dann noch stimmt, kann es sein, dass der Mond durch den Schatten der Erde läuft. Ist das der Fall entsteht eine Mondfinsternis. Eine totale Mondfinsternis bedeutet, das wirklich der komplette Mond vom Erdschatten bedeckt ist und nicht nur ein Teil, wie bei einer partiellen Mondfinsternis. Je nachdem wie die Mond-Erde-Sonne-Konstellation zu diesem Zeitpunkt ist, kann die Mondfinsternis nur von einem bestimmten Teil der Erde aus beobachtet werden. Im Falle der Finsternis am Freitag ist das auch in Europa der Fall, wobei die Finsternis von Deutschland aus betrachtet bereits vor Mondaufgang einsetzt, so dass dieser beim Aufgehen schon teilweise verdeckt ist.

Der Mond ist übrigens auch während der Finsternis zu sehen, da ein Teil des Sonnenlichts von der Erdatmosphäre gestreut und auf den Mond geworfen wird. Allerdings ist dieses Licht viel schwächer, so dass der Mond nur schwach zu sehen ist. Meist erscheint der Mond dann leicht rötlich, weshalb er auch als Blutmond bezeichnet wird.

Die Finsternis beginnt in Deutschland etwa um 19:15, wobei wie bereits erwähnt, der Mond erst kurz vor 21:00Uhr aufgeht und dann schon teilweise verfinstert ist. Um 21:30 beginnt die Hauptphase, die dann bereits zu sehen ist. Die Maximale Verdunklung ist um 22:21 erreicht. Für weiter Uhrzeiten und Phasen der Mondfinsternis siehe:

https://www.timeanddate.de/finsternis/mond/2018-juli-27

Eine Mondfinsternis kann übrigens, im Gegensatz zur Sonnenfinsternis, gefahrlos mit bloßem Auge beobachtet werden. Die nächste totale Mondfinsternis ist dann erst im Januar 2019.

 

Quelle:

https://www.timeanddate.de/finsternis/totale-mondfinsternis

Wie entstehen Hoch- und Tiefdruckgebiete?

Sie sind in jedem Wetterbericht enthalten: Hoch- und Tiefdruckgebiete. Sie bekommen sogar Namen. Jedes Jahr ändert sich, ob Tiefdruckgebiete männliche Namen und Hochdruckgebiete weibliche  bekommen oder anders herum. Aber wie entstehen eigentlich Gebiete unterschiedlichen Drucks?

Dazu muss als erstes gesagt werden, dass die Entstehungen durch viele teils sehr komplexe Wettermechanismen hervorgerufen werden. Ich will hier bloß ein einfaches grundlegendes Modell erklären.

Wenn sich die Luft in Bodennähe z.B. durch Sonneneinstrahlung aufwärmt, steigt sie auf Grund geringerer Dichte nach oben. Wenn das großflächig passiert, dann sinkt in diesem Areal der Druck, es entsteht also ein Tiefdruckgebiet. Der durchschnittliche Luftdruck in Bodennähe beträt 1013 hPa (hektopascal) also 1,013 bar. In Tiefdruckgebieten herrscht ein Luftdruck etwa zwischen 980 und 1000 hPa. Beim Aufsteigen kühlt sich die Luft ab und damit steigt auch die relative Luftfeuchtigkeit (vgl. Wie entsteht ein Gewitter? oder Die eingefrorene Windschutzscheibe). Es kommt also zu Wolkenbildung oder sogar Regen. Außerdem entstehen Winde, da Luft von Gebieten höheren Drucks in das Tiefdruckgebiet strömt um das Druckgefälle auszugleichen. Deshalb verbindet man Tiefdruckgebiete meist mit eher schlechtem Wetter. Die Luftmassen, die in einem Tiefdruckgebiet aufsteigen müssen aber ja irgendwo wieder runterkommen. An diesen Stellen entsteht dann ein Hochdruckgebiet durch den genau umgekehrten Effekt. Auch die Effekte der Wolkenbildung werden hier umgekehrt, sodass in Hochdruckgebieten meist eher schönes Wetter herrscht. Hochdruckgebiete haben etwa einen Luftdruck von 1040 bis 1065 hPa.

Wie gesagt ist das bloß eine sehr grobe Erklärung der Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten, aber das Prinzip lässt sich an Hand dieser Erklärung darstellen.

 

Quellen:

https://www.goruma.de/erde-und-natur/meteorologie/hoch-und-tiefdruckgebiete

https://content.meteoblue.com/de/meteoscool/grosswetterlagen/hoch-und-tiefdruckgebiete

Wie entsteht der Kältekopfschmerz „Gehirnfrost“

So langsam beginnt wieder die Zeit, in der man gerne mal ein Eis essen geht oder zur Erfrischung kalte Getränke zu sich nimmt. Doch beides kann ein unangenehmes Phänomen zur Folge haben: Den sogenannten Kältekopfschmerz oder auch „Hirnfrost“. Aber was genau ist eigentlich die Ursache dieses stechenden Schmerzes im Kopf?

Tatsächlich gibt es noch keine eindeutige, detaillierte Erklärung wie genau der Schmerz zustande kommt. Die verbreitetste Theorie, zu der auch schon Studien vorliegen ist, dass der Kältereiz am Gaumen die Blutgefäße in diesem Bereich erweitert. Grundsätzlich reagieren Gefäße auf Kälte eher mit einer Verengung. Allerdings konnte in Studien beobachtet werden, das im Falle des Hirnfrosts genau das Gegenteil passiert. Die Gefäße erweitern sich schlagartig. Eine Erklärung dafür ist eine Art Schutzmechanismus des Gehirns. Um das Gehirn vor einer Unterkühlung zu schützen werden die Gefäße erweitert und damit die Durchblutung gesteigert. Diese kurzzeitig stärkere Durchblutung hat einen leichten Druckanstieg im Kopf zur Folge, was wir dann als unangenehm stechenden Schmerz empfinden.

Um die Dauer des Schmerzes zu reduzieren muss der Gaumen schnellstmöglich wieder erwärmt werden. Das geht zum Beispiel indem die warme Zunge darauf gepresst wird oder, falls vorhanden, ein warmes Getränk getrunken wird. Gänzlich verhindern lässt sich der Hirnfrost durch langsames essen oder trinken, so dass der Gaumen zwischen jedem Stück Eis oder jedem Schluck kalten Getränks Zeit hat sich wieder zu erwärmen.

Gefährlich ist der Hirnfrost übrigens nicht. Zumindest nicht so lange er nach wenigen Sekunden wieder nachlässt.

 

Quellen:

https://www.chirurgie-portal.de/neurologie/themen/brain-freeze-gehirnfrost.html

Wie entsteht der Föhn (Wind)?

An außergewöhnlich warmen Tagen hört man oft im Wetterbericht, dass der Föhn dieses warme Wetter beschert. Aber was ist Föhn eigentlich und wie entsteht er?

Der im Sprachgebrauch als Föhn bezeichnete Wind ist grundsätzlich erst einmal ein warmer Fallwind, der bei uns in Deutschland von den Alpen her über Bayern und Baden- Württemberg nach Norden weht. Aber wie entsteht dieser Wind und warum ist er so warm?

Voraussetzung, dass überhaupt ein Wind von Süden her über die Alpen zu uns weht ist, dass auf unserer Seite der Alpen, also über Deutschland, ein Tiefdruckgebiet liegt. Auf der Südseite der Berge in Italien muss hingegen ein Hochdruckgebiet liegen. Durch den höheren Druck auf der einen und den niedrigen Druck auf der anderen Seite der Berge entsteht eine Sogwirkung, die die Luft von Süden her über die Alpen drückt. Auf der Luvseite der Berge, also die dem Wind zugewandte Seite, steigt die Luft nach oben und kühlt sich dabei ab. Im Normalfall erst einmal mit ca. 1°C pro 100 Meter Höhenunterschied. Ab einer gewissen Höhe und Temperatur fängt allerdings die Luftfeuchtigkeit an zu kondensieren und es bilden sich Wolken. Bei dieser Kondensation wird Wärme frei, wodurch die weiterhin aufsteigende Luft sich nun nicht mehr ganz so stark abkühlt (ca. 0,5°C pro 100 Meter). Mit zunehmender Wolkenbildung fängt es auf der Luvseite irgendwann an zu regnen. Das ist dann der sogenannte Steigungsregen, den man oft in den Bergen beobachten kann. Irgendwann hat die Luftmasse den Kamm des Berges erreicht und wird ab dort dann von dem Tiefdruckgebiet Richtung Tal „gezogen“. Da sich bei dieser Abwärtsbewegung der Luftmasse die absolute Luftfeuchtigkeit, also der tatsächliche Anteil an Wasserdampf in der Luft nicht oder nur geringfügig ändert, kann sich die Luft auf dem Weg nach unten wieder mit 1°C pro 100 Meter erwärmen. Die Folge daraus ist, dass die Erwärmung durch das hinab fallen auf der Leeseite (windabgewandt) stärker ist als die Abkühlung auf der Luvseite. Die Luft kommt bei uns in Deutschland somit wärmer an als sie in Norditalien auf die Alpen trifft. Folglich beschert uns ein Föhn immer eine warme Wetterlage, die gerade im Süden Deutschlands zusätzlich noch von Norden her anrückende Wolken vertreibt.

Das ist nicht die einzige Erklärung, wie ein Föhn entstehen kann aber eine, die zumindest das Grundprinzip erklärt, warum dieser Wind so warm ist und gutes Wetter bringt. Hoffen wir also auf viel Föhn in diesem Frühling.

 

Quellen:

http://www.br.de/themen/wissen/meteorologie-wetter-foehn-106.html

http://www.wetter.de/cms/was-ist-foehn-und-wie-entsteht-er-1752881.html

Wie entsteht ein Tornado?

Viele von euch haben es wahrscheinlich mitbekommen: Am Donnerstagnachmittag gab es in der Nähe von Würzburg einen  Tornado, der erhebliche Sachschäden anrichtete. Normalerweise kennt man Tornados nur aus Filmen oder Dokumentationen aus Amerika. Aber auch in Deutschland können die gefährlichen Wirbelstürme entstehen. Doch wie genau entsteht so ein Tornado?

Grundsätzlich müssen dafür zwei Luftmassen aufeinander treffen, die sich stark unterscheiden. Die Eine ist sehr feucht, warm und in Bodennähe, wohingegen die Andere deutlich kälter und in höheren Lagen sein muss. Da kalte Luft schwerer ist als warme, entsteht eine Verwirbelung der Luft. Die warme Luft steigt auf, während die kalte Luft nach unten fällt. Dieser Wirbel, der zur Bildung einer Gewitterwolke führt ist aber erst einmal horizontal ausgerichtet. Damit der für einen Tornado ausschlaggebende vertikale Wirbel entstehen kann, benötigt es zusätzlich einen starken Seitenwind, der in der Lage ist den horizontalen Wirbel aufzurichten. Der Wirbel, der sich nun in die vertikale gedreht hat, bildet in seinem Inneren einen Unterdruck, der weitere warme Luft aus Bodennähe ansaugt. Durch diesen Effekt verstärkt sich der Wirbel. Er wird immer schneller und breitet sich in Richtung Boden aus. Erst wenn der Fuß des Wirbels den Erdboden erreicht hat spricht man von einem Tornado. Durch den beschriebenen Effekt der Verstärkung können in einem Tornado Windgeschwindigkeiten von bis zu 500 Km/h entstehen. Die extrem hohen Windgeschwindigkeiten und der starke Unterdruck im Inneren des Tornados sorgen für die zerstörerische Kraft des Wirbelsturms. Tornados werden auf einer Skala von 0-6 in ihrer Stärke eingeordnet. Da die tatsächlichen Windgeschwindigkeiten nur schwer zu messen sind, beruhen die Kategorien auf dem Ausmaß der Zerstörung des Sturms. Sie reichen von 0 mit abgebrochenen Ästen bis hin zur totalen Zerstörung selbst massiver Stahlbetonbauten in der Kategorie 6. Ein Tornado dieser Stärke wurde allerdings noch nie in der Natur beobachtet.

Der Tornado vom Donnerstag wird wohl in die Kategorie 1 -2 einzuordnen sein. Einige Dächer wurden teilweise abgedeckt und größere Hallen wurden zum Einsturz gebracht. Glücklicherweise wurde bei diesem Sturm aber niemand verletzt.

Quellen:

http://www.sturmwetter.de/texte/tornadoentstehung.htm

http://www.br.de/nachrichten/unterfranken/inhalt/windhose-kuernach-unwetter-100.html

Flimmern über heißen Oberflächen

Jetzt in der warmen Jahreszeit wieder häufig zu beobachten: Ein merkwürdiges Flimmern auf Asphalt, schwarzen Fensterbänken oder anderen heißen Oberflächen. Hast du dich schon einmal gefragt woher das kommt? Hier gibt es die Erklärung.

Zuerst einmal benötigt es dafür eine heiße Oberfläche. Und zwar eine, die deutlich wärmer ist, als die Luft darüber. Diese Luft erwärmt sich im Bereich direkt über der heißen Oberfläche, z.B. Asphalt. (Es funktioniert natürlich auch mit anderen Wärmequellen) Wärmere Luft steigt immer nach oben, da mit steigender Temperatur die Dichte der Luft sinkt und sie somit leichter wird. Die aufsteigende Luft macht dadurch wieder Platz für „frische“ Luft, die auf die Oberfläche strömen kann und sich wiederum erhitzt. Außerdem kühlt die warme Luft beim Aufsteigen langsam wieder ab, so dass sich im Bereich über dem Asphalt mehrere Luftschichten unterschiedlicher Temperatur bilden. Die Aufwärtsbewegung dieser Schichten erfolgt aber in der Regel nicht gleichmäßig, sondern wild durcheinander. In der Technik nennt man eine solche Strömung „turbulent“. Wenn nun Licht, das später in unser Auge fallen soll, durch diese turbulente Strömung aus verschieden warmen Luftschichten fällt, wird es in jeder Luftschicht unterschiedlich gebrochen. (Für eine ausführliche Erklärung des Begriffes Brechung von Licht siehe: Wie entsteht eigentlich ein Regenbogen? ) Dieses „Wirrwarr“ aus gebrochenem Licht sehen wir dann als Flimmern, das aufzusteigen scheint, da sich die Luftschichten ja weiterhin nach oben bewegen.

Das gleiche Phänomen ist übrigens auch für die scheinbar nasse Straße verantwortlich. Licht kann nämlich an einer Grenze zwischen zwei unterschiedlich warmen Luftschichten auch reflektiert werden. (Für Begriffserklärung Reflexion siehe ebenfalls: Wie entsteht eigentlich ein Regenbogen? Was wir auf dem Boden als Pfütze sehen, ist eigentlich die Spiegelung des Himmels.

Im Allgemeinen nennt man eine solche Spieglung „Fata Morgana“. Dabei kann nicht nur der Himmel, sondern auch andere Gegenstände oder ganze Bergketten gespiegelt werden. Allerdings sollte für eine gut sichtbare Fata Morgana kein Wind wehen, um die Luftschichten möglichst nicht zu verwirbeln. Ist das der Fall, so entsteht eine deutliche Grenze zwischen einer kühleren und einer wärmeren Luftschicht, an der sich das Licht dann spiegeln kann.

In der Abbildung sieht man die Grenzschicht zwischen den Luftschichten (schwarzer Strich). Der Baum wird an dieser Schicht gespiegelt. Das Licht ist mit grauen Pfeilen gekennzeichnet. Aus Sicht des Betrachters, sieht es so aus, als wäre der Baum an der Stelle des grünen Punktes. In Wirklichkeit ist er deutlich weiter weg. Der Baum kann zwar bei einer einfachen Spiegelung auf dem Kopf stehen, doch ist das oft nicht so genau zu erkennen.

So kann es in der Wüste vorkommen, dass Nomaden Wasserstellen, Gebirgszüge oder sogar Städte an Stellen vermuten, an denen weit und breit nichts ist. Eine gespiegelte Stadt muss natürlich existieren, sie kann aber noch viel weiter weg sein als vermutet.

 

Quellen:

https://www.helles-koepfchen.de/lichterscheinungen/luftspiegelung-fata-morgana.html

https://physik.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Hitzeflimmern

Wie entsteht eigentlich ein Regenbogen?

Jeder hat schon einmal einen Regenbogen gesehen und sich an seiner Farbenpracht erfreut. Gerade weil einem Regenbogen meist ein Regenschauer vorausgeht und mit der wieder auftauchenden Sonne auf der einen, und der schwarzen Wolkenwand auf der anderen Seite ein wundervolles Lichtspiel entsteht. Doch wie genau entsteht eigentlich ein Regenbogen? Wie kann aus hellem, blendendem Sonnenlicht und einer Weltuntergang ähnlichen Regenfront ein so farbenfrohes Gebilde entstehen?

Die Antwort gibt uns die Optik, ein Teilbereich der Physik. Die Gesetze der Optik erklären unter Anderem Phänomene wie Spiegelung, Brechung oder Streuung – alles Begriffe, die man schon einmal gehört hat – aber was steckt dahinter?

Um den Regenbogen zu verstehen, muss man erst wissen, was genau eigentlich Sonnenlicht ist. Licht im Allgemeinen ist elektromagnetische Wellen. Ähnlich wie auch Radiowellen oder andere Funksignale. Entscheidend für die Eigenschaften einer elektromagnetischen Welle ist deren Wellenlänge, also der Abstand, nachdem die Schwingung der Welle wieder den gleichen Punkt erreicht hat, wie der Startpunkt. Man kann sich das genau wie eine auf und ab Bewegung von beispielsweise Wasserwellen oder einem in Schwingung gebrachten Seil vorstellen.

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In dieser Abbildung ist eine solche Welle zu sehen. Die hier eingezeichnete Periodendauer entspricht der Wellenlänge. Dieser Bereich wiederholt sich unendlich oft in der Welle. Die Amplitude ist ein Maß für die Intensität, ist hier aber erst mal uninteressant.

Das Spektrum der Wellenlängen einer elektromagnetischen Welle reicht von Nanometern ( ein Millionstel Millimeter) bis mehrere 100 Kilometer. Der Bereich, den wir als sichtbares Licht wahrnehmen liegt etwa zwischen 400 und 800 Nanometer.

So viel zu der grundsätzlichen Erklärung was Licht denn eigentlich ist.

Das Phänomen, das hauptsächlich für die Entstehung eines Regenbogens verantwortlich ist, ist die Brechung von Licht. Brechung kann immer dann auftreten, wenn Licht von einem Medium in ein Anderes über eine Grenzfläche übergeht. Ein Beispiel ist der Übergang von Luft nach Glas oder auch Wasser. Bei dem Durchdringen einer solchen Grenzfläche kann das Licht, je nach Bedingungen und Eigenschaften, seine Richtung ändern. Vielleicht hast du dich auch schon einmal gewundert, warum man, wenn man mit dem Kopf unter Wasser ist, nicht einfach so nach draußen schauen kann, wenn man nicht gerade senkrecht nach oben schaut. Auch hier tritt eine Brechung des Lichts ein. Das Licht außerhalb des Wassers erreicht die Wasseroberfläche und läuft dann aber nicht geradlinig weiter, sondern ändert seine Richtung und gelangt so nicht mehr in unser Auge.

Hier nochmal eine Veranschaulichung der Brechung von Licht an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser.

Der Brechungswinkel, der in der Abbildung mit β gekennzeichnet ist, hängt von der Wellenlänge des einfallenden Lichts ab. Ein Lichtstrahl aus blauem Licht (ca. 450nm) wird also anders gebrochen als ein Lichtstrahl rotes Licht ( ca. 700nm).

Um nun zu verstehen, warum aus Sonnenlicht ein Regenbogen aus mehreren Farben werden kann, muss man wissen, dass Sonnenlicht eine Überlagerung des gesamten Lichtspektrums ist. D. h. Sonnenlicht besteht im Prinzip aus allen Farben, deren Überlagerung uns aber weiß bzw. farbneutral vorkommt.

Wenn also Sonnenlicht von der einen Seite auf die dunkle „Regenwand“ auf der anderen Seite trifft, wird das Licht der Sonne in jedem einzelnen Regentropfen gebrochen, wobei der Wellenlängen abhängige Brechungswinkel das bis dato weisliche Licht in ein Spektrum aus Farben auffächert. Dieses breite Band an Farben sehen wir dann als Regenbogen. Die Reihenfolge der Farben in einem Regenbogen (violett, blau, grün, gelb, orange, rot) ist folglich auch immer die Selbe.

Eine Frage bleibt allerdings noch offen: Angenommen das Sonnenlicht kommt aus Sicht des Betrachters von rechts, dann ist die Regenwand auf der linken Seite. Wie kommt nun das Licht, das von rechts nach links verläuft wieder zum Betrachter in der Mitte zurück?

Hier findet ein weiteres Phänomen der Optik statt. Die Reflexion oder Spiegelung. Reflexion findet genau wie die Brechung an Grenzflächen zwischen verschiedenen Medien statt. Im Gegensatz zur Brechung gilt hier allerdings der bekannte Satz: “ Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel“ egal für welche Wellenlänge. Was passiert also nachdem der Lichtstrahl der Sonne auf einen Regentropfen getroffen ist? An der ersten Grenzschicht von Luft nach Wasser wird das Licht gebrochen und in seine Farben auf gespaltet. Das nun regenbogenfarbene Licht läuft weiter durch den Tropfen durch, bis es auf die zweite Grenzschicht trifft. Das Ende des Regentropfens also ein Übergang von Wasser nach Luft. Hier wird ein Teil des auftreffenden Lichts reflektiert, also zurückgeworfen. Dieser Teil ist das Licht, dass wir dann als Regenbogen sehen können.

Wenn du jetzt das nächste Mal einen Regenbogen siehst und dich jemand fragt, wie das eigentlich möglich ist, kannst du ihm oder ihr dieses Phänomen ausführlich erklären.