Optik

Lichtbrechung

Übergang von Wasser zu Luft

  • Verlaufen Lichtstrahlen immer geradlinig?
  • Wie funktioniert ein Prisma?
  • Warum können wir unter Wasser schlecht sehen?
  • Wie entsteht eine Fata Morgana …
  • … und wie ein Regenbogen?

Übergang von Wasser zu Luft

Versuchsaufbau zur Brechung von Licht am Übergang Wasser-Luft
Verlauf der Lichtstrahlen beim Übergang von Wasser nach Luft.
Mit dem nebenstehend abgebildeten Versuch kann die Brechung von Licht beim Übergang von Wasser nach Luft untersucht werden. Das Licht einer Halogenlampe, die sich hinter dem Wasserbecken befindet, wird durch einen speziellen Spiegel im Wasser abgelenkt und tritt durch mehrere schmale Spalte aus. So entstehen einzelne Lichtstrahlen, die auf die Grenzfläche Wasser-Luft treffen.

Aufgabe

Drucke die Zeichnung aus und ermittle durch Ausmessen,

  1. wie groß beim Strahlengang 1 der Brechungswinkel ist.
  2. ob beim Strahlengang 2 gerade der Grenzwinkel der Totalreflexion erreicht ist.
Lösung

Auswertung der Brechung am Übergang Wasser-Luft
Stefan Richtberg

  1. Der Brechungswinkel \({\alpha_1}\) muss wie im Bild rechts dargestellt gemessen werden. Er beträgt etwa 50°.
  2. Der Winkel \({\alpha_2}\) beträgt etwa 48°. Dies entspricht dem Grenzwinkel der Totalreflexion. Dieser ist hier also gerade erreicht.

 

Versilbern eines Reagenzglases

Eine hübsche Anwendung des Übergangs des Lichts vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium ist das sogenannte "Versilbern eines Reagenzglases":

  • In ein Reagenzglas wird ein Bleistift gesteckt. Solange sich das Reagenzglas außerhalb des Wassers befindet, ist der Bleistift gut durch die Wand des Reagenzglases zu sehen.
  • Taucht man nun das Reagenzglas samt Bleistift in das Becherglas, welches auf einer hellen gut beleuchteten Unterlage steht, und blickt auf das Reagenzglas in der skizzierten Richtung, so ist der Bleistift im eingetauchten Teil des Glases nicht mehr zu sehen, das Reagenzglas scheint an der Oberfläche versilbert zur sein.
Aufgabe

Erkläre mit Hilfe einer Skizze, wie es zur "Versilberung" des Reagenzglases kommt.

Lösung

Strahlengang beim Versilbern eines Reagenzglases
Licht vom hellen Untergrund gelangt durch die Wand des Becherglases ins Wasser. Es trifft weiter durch die Wand des Becherglases an die Grenzfläche zwischen Glas und Luft. Da Glas optisch dichter als Luft ist, kann es - wenn der Einfallswinkel groß genug ist - zur Totalreflexion des Licht am Reagenzglas kommen.

Das totalreflektierte Licht trifft schießlich ins Auge und "überstrahlt" dasjenige Licht, welches vom Bleistift ausgehend ins Auge gelangtt. Ist der Untergrund hell genug (z.B. gut beleuchtete helle Tischplatte), so hat man den Eindruck von einem "versilberten" Reagenzglas.

Druckversion