Ist das dieselbe Erscheinung wie die obere Luftspiegelung?

Nein. Die obere Luftspiegelung gehört zur Temperaturinversion, wenn kalte Luft unter warmer liegt; das Bild der Strahlkrümmung ist ein anderes.

Warum verwendet man n sin θ = const?

Für horizontal homogene Schichten liefert das Brechungsgesetz in differentieller Form die Erhaltung dieser Größe längs des Weges.

Kann man genaue Winkel für eine Straße bekommen?

Dafür braucht man gemessene Temperaturprofile; hier nur ein einstellbarer Gradient zur qualitativen Demonstration.

Wo bleibt die Turbulenz?

Das Flimmern der „Pfütze“ kommt von Luftfetzen; das Modell ist glatt und zeigt keine Schwankungen.

Luftspiegelung (untere)

Gradient n(y) über heißem Asphalt: Strahlen krümmen sich — Himmelslicht wirkt wie eine Pfütze.

Zum Modell

Die untere Luftspiegelung über heißem Asphalt: die Luft am Boden ist heißer und dünner, daher wächst der Brechungsindex n mit der Höhe. In horizontal homogenen Schichten bleibt längs des Strahls n sin θ erhalten, und Strahlen vom Himmel biegen sich nach oben zum Auge — ein heller Fleck wirkt wie eine Pfütze. Das Profil n(y) ist linear, die Strahlverfolgung ist lehrhaft, ohne Meteorologie. Es gibt keine obere Luftspiegelung, keine anderen Gradienten und kein Flimmern durch Turbulenz. Man ändert |dn/dy|, die Augenhöhe und den Strahlwinkel am Auge.

Für wen: Jahrgangsstufe 8–11: Brechung in inhomogener Atmosphäre, untere Luftspiegelung.

Wichtige Begriffe

untere Luftspiegelung
Gradient des Brechungsindex
Brechung
Atmosphäre
Horizont
Invariante n sin θ
Strahlkrümmung

So funktioniert es

Über einer heißen Fläche ist die Luft am Boden verdünnt: n(y) wächst mit der Höhe. In waagerechten Schichten bleibt längs des Strahls n sin θ erhalten, deshalb biegen sich Strahlen vom Himmel nach oben zum Auge. Die „Pfütze“ auf dem Asphalt ist Himmelslicht, kein Wasser. Das Profil ist linear, ohne Turbulenz.

Häufige Fragen

Ist das dieselbe Erscheinung wie die obere Luftspiegelung?: Nein. Die obere Luftspiegelung gehört zur Temperaturinversion, wenn kalte Luft unter warmer liegt; das Bild der Strahlkrümmung ist ein anderes.
Warum verwendet man n sin θ = const?: Für horizontal homogene Schichten liefert das Brechungsgesetz in differentieller Form die Erhaltung dieser Größe längs des Weges.
Kann man genaue Winkel für eine Straße bekommen?: Dafür braucht man gemessene Temperaturprofile; hier nur ein einstellbarer Gradient zur qualitativen Demonstration.
Wo bleibt die Turbulenz?: Das Flimmern der „Pfütze“ kommt von Luftfetzen; das Modell ist glatt und zeigt keine Schwankungen.

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