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Erklärung — drei Phänomene
Reflexion
An einer Grenzfläche oder einem Hindernis ändert eine Welle ihre Richtung.
- Reflexion:ein Teil der Welle wird an der Grenzfläche zurückgeworfen.
- Lot:alle Winkel werden zur Senkrechten auf der Grenzfläche gemessen, nie zur Fläche selbst.
Reflexionsgesetz
\(\alpha=\alpha'\)
Einfallswinkel = Reflexionswinkel (beide zum Lot gemessen)
Brechung
- Ursache:im neuen Medium ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(c\) anders, dadurch knickt die Welle ab.
- Richtung:ins optisch dichtere Medium (größere Brechzahl \(n\), kleineres \(c\)) knickt sie zum Lot hin.
- Bekannt:Brechzahl und Brechungsgesetz kennst du aus der Optik (Klasse 11).
Brechungsgesetz (Snellius)
\(n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta\)
n: Brechzahl, \(\alpha\): Einfalls-, \(\beta\): Brechungswinkel
Der gestrichelte Strahl wird reflektiert (gleicher Winkel), der violette gebrochen — er knickt ins dichtere Medium zum Lot hin.
Der reflektierte Strahl hat denselben Winkel wie der einfallende (α = α'). Der gebrochene Strahl knickt beim Übergang ins dichtere Medium zum Lot hin (β < α). Es gilt \(n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta\).
Beugung
- Beugung:hinter einer Öffnung oder Kante läuft die Welle auch in den geometrischen Schattenraum.
- Stärke:je kleiner die Öffnung im Vergleich zu \(\lambda\), desto stärker; am deutlichsten bei Spaltbreite \(\approx\lambda\).
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 \(\beta\)?
Gesetz\(n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta\)
Umstellen\(\sin\beta=\dfrac{n_1\sin\alpha}{n_2}=\dfrac{1{,}0\cdot\sin30^\circ}{1{,}5}=0{,}333\)
Ergebnis\(\beta=\arcsin(0{,}333)\approx19{,}5^\circ\) — zum Lot hin gebrochen.
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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.