Erklärung — drei Phänomene
Reflexion
Trifft eine Welle auf eine Grenzfläche, wird ein Teil zurückgeworfen — sie wird reflektiert. Alle Winkel misst man dabei zum Lot (der Senkrechten auf die Grenzfläche):
- Grenzfläche:An einer Grenzfläche oder einem Hindernis ändert eine Welle ihre Richtung: sie wird reflektiert, gebrochen oder gebeugt.
- Reflexionsgesetz:Der zurückgeworfene Teil verlässt die Fläche unter \(\alpha=\alpha'\); alle Winkel werden zum Lot gemessen.
- Brechung:Beim Medienwechsel ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit, und es gilt \(n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta\).
- Beugung:An engen Öffnungen läuft die Welle in den Schattenraum; am stärksten bei Spaltbreite \(\approx\lambda\).
\(\alpha=\alpha'\)
Einfallswinkel = Reflexionswinkel (beide zum Lot gemessen)
Brechung
Geht die Welle in ein anderes Medium über, ändert sich ihre Geschwindigkeit — und damit ihre Richtung. Beim Übergang in ein optisch dichteres Medium (größere Brechzahl n, kleinere Geschwindigkeit) knickt der Strahl zum Lot hin:
\(n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta\)
n: Brechzahl, \(\alpha\): Einfalls-, \(\beta\): Brechungswinkel
Der gestrichelte Strahl wird reflektiert (gleicher Winkel), der violette gebrochen — er knickt ins dichtere Medium zum Lot hin.
Beugung
Trifft eine Welle auf ein Hindernis mit einer Öffnung oder Kante, läuft sie auch in den geometrischen Schattenraum hinein — sie wird gebeugt. Die Beugung ist umso stärker, je kleiner die Öffnung im Vergleich zur Wellenlänge ist (stärkste Beugung bei Spaltbreite \(\approx\lambda\)). Beugung ist die Voraussetzung für Interferenz am Spalt.
Brechung an Glas
Licht trifft aus Luft (\(n_1=1{,}0\)) unter \(\alpha=30^\circ\) auf Glas (\(n_2=1{,}5\)). Wie groß ist der Brechungswinkel \(\beta\)?
Allgemeine Hinweise
Zum Lot
Alle Winkel werden zum Lot (Senkrechten) gemessen, nie zur Fläche.
Rechner-Modus
Bei \(\sin/\arcsin\) auf Grad (DEG) achten.
Beugung
Stark, wenn Spalt ≈ Wellenlänge.
Vertiefung
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