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Reflexion und Brechung

Zwei Gesetze, die jeden weiteren Strahlengang tragen — beide werden immer zum Lot gemessen.

1 Erklärung

Das Reflexionsgesetz

An einer glatten Grenzfläche wird Licht zurückgeworfen — und jeder Winkel der Optik wird zum Lot gemessen.

  • Lot:Die Senkrechte auf der Fläche im Auftreffpunkt — Bezugslinie für jeden Winkel.
  • Einfallswinkel α:Zwischen einfallendem Strahl und Lot.
  • Reflexionswinkel α′:Zwischen reflektiertem Strahl und Lot.
  • Eine Ebene:Einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene.
  • Ebener Spiegel:Die reflektierten Strahlen scheinen aus einem Punkt hinter der Spiegelfläche zu kommen.
  • Virtuelles Bild:Gleich groß, aufrecht und ebenso weit hinter dem Spiegel wie der Gegenstand davor.
Reflexionsgesetz — Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel
α = α′
α

Einfallswinkel in Grad, gemessen zum Lot.

α′

Reflexionswinkel in Grad, ebenfalls zum Lot.

Einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene.

2 Erklärung

Brechung und Totalreflexion

Beim schrägen Übergang in einen anderen Stoff ändert Licht seine Richtung.

  • Ursache:Licht breitet sich in den beiden Stoffen unterschiedlich schnell aus.
  • Brechzahl n:Maß dafür, ohne Einheit — Luft ≈ 1,00; Wasser 1,33; Glas ≈ 1,5.
  • Optisch dichter:Größeres n — es wird zum Lot hin gebrochen.
  • Optisch dünner:Kleineres n — es wird vom Lot weg gebrochen.
  • Grenzwinkel:Ins dünnere Medium wächst β schneller als α; ab dem Grenzwinkel gibt es keinen gebrochenen Strahl mehr.
  • Totalreflexion:Das Licht wird dann vollständig zurückgeworfen — Grundlage der Lichtwellenleiter.
Brechungsgesetz nach Snellius
n1 · sin α = n2 · sin β
n1, n2

Brechzahlen der beiden Stoffe, ohne Einheit.

α, β

Winkel im Stoff 1 bzw. im Stoff 2 — beide zum Lot.

Ins dichtere Medium zum Lot hin, ins dünnere vom Lot weg.

Winkel und Medium ausprobieren

Je nach Einfallswinkel wird der Lichtstrahl im Wasser, im Glas und im Diamanten unterschiedlich stark abgelenkt.

Lichtbrechung

Einfallswinkel40°

Vergleiche die drei Stoffe bei gleichem Einfallswinkel — je optisch dichter, desto stärker der Knick.

3 Hinweise

Hinweise

Drei Stellen, an denen es in Klausuren regelmäßig schiefgeht:

Hinweis

Winkel immer zum Lot messen, nie zur Grenzfläche — sonst liegt jeder Wert um 90° daneben.

Hinweis

Totalreflexion gibt es nur vom dichteren ins dünnere Medium, nie umgekehrt.

Hinweis

Das Spiegelbild ist virtuell: Es lässt sich auf keinem Schirm auffangen.

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