Lichtbrechung

Optik

Lichtbrechung

  • Verlaufen Lichtstrahlen immer geradlinig?
  • Wie funktioniert ein Prisma?
  • Warum können wir unter Wasser schlecht sehen?
  • Wie entsteht eine Fata Morgana …
  • … und wie ein Regenbogen?
  • Tritt ein Lichtstrahl von einem transparenten Medium (Medium 1) in ein anderes Medium (Medium 2) über, so wird er (im allgemeinen) gebrochen.

  • Neben dem gebrochenen Lichtstrahl tritt auch noch ein reflektierter Strahl auf.

  • Einfallender Strahl, reflektierter Strahl, Einfallslot und gebrochener Strahl liegen in einer Ebene (Einfallsebene).

  • Die Brechung ist umso stärker, je größer der Einfallswinkel ist.

  • Das Medium, in dem der Lichtstrahl mit dem Lot den kleineren (größeren) Winkel bildet ist das optisch dichtere (optisch dünnere) Medium.

    Beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium wird also der Strahl zum Lot hin gebrochen.

    Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium wird der Strahl vom Lot weg gebrochen.

  • Überschreitet der Lichtstrahl beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium den Einfallswinkel \({\alpha _{Gr}}\), so tritt Totalreflexion ein. Man bezeichnet \({\alpha _{Gr}}\) als Grenzwinkel der Totalreflexion.

Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium

Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium

*Qualitativ und quantitativ sind zwei Begriffe, die im Physikunterricht häufig benutzt werden.

Qualitativ (wörtlich: "der Beschaffenheit nach"): keine zahlenmäßige Beschreibung, sondern eher Beschreibung in Worten;

Quantitativ (wörtlich: "der Größe nach"): präzise, in der Physik meist zahlenmäßige Beschreibung;

 

Verständnisfragen

1.) Ein Lichtstrahl tritt unter dem Winkel \({\alpha_{1}}\) auf die Grenzfläche von Luft zu Wasser. Welche Aussage über den Brechungswinkel \({\alpha_{2}}\) in der Luft ist richtig?

2.) Kann ein Lichtstrahl beim Übergang von Glas zu Wasser total reflektiert werden?

 

Der genaue Zusammenhang zwischen Einfallswinkel und Brechungswinkel kann grafisch dargestellt werden. Wie mit dem Diagramm umzugehen ist, wird dir weiter unten erklärt. Fortgeschrittene können auch das Brechungsgesetz als Formel benutzen.

Hinweis: Der Kurvenverlauf Luft-Glas hängt von der Glassorte ab. Hier wurde der Verlauf für Kronglase bzw. Plexiglas dargestellt.

Bei der Benutzung des Diagramms muss man darauf achten, ob der Lichtstrahl vom optisch dünneren Medium ins optisch dichtere Medium geht oder umgekehrt.

Wie man mit diesem Diagramm umgeht sollen die folgenden drei Beispiele zeigen.

Beispiel 1 (rot): Der Strahl geht von Luft nach Glas, der Einfallswinkel ist \({\alpha _L} = 60^\circ \). Gesucht ist der Brechungswinkel αG. [ca. \(36^\circ \)]

Beispiel 2 (grün): Der Strahl geht von Glas nach Luft, der Einfallswinkel ist \({\alpha _G} = 20^\circ \). Gesucht ist der Brechungswinkel αL. [ca. \(31^\circ \)]

Beispiel 3 (blau): Der Grenzwinkel der Totalreflexion beim Übergang von Glas nach Luft ist zu bestimmen. In diesem Fall ist der Winkel in Luft \(90^\circ \). [ca. \(42^\circ \)]

*Qualitativ und quantitativ sind zwei Begriffe, die im Physikunterricht häufig benutzt werden.

Qualitativ (wörtlich: "der Beschaffenheit nach"): keine zahlenmäßige Beschreibung, sondern eher Beschreibung in Worten;

Quantitativ (wörtlich: "der Größe nach"): präzise, in der Physik meist zahlenmäßige Beschreibung;


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