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Grundwissen

Reflexionsgesetz

Das Wichtigste auf einen Blick

Das Reflexionsgesetz besagt:

  • Der einfallende Strahl, das Einfallslot und der reflektierte Strahl liegen in einer Ebene.
  • Der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel sind gleich groß. Es gilt \(\alpha = \alpha '\).
  • Weiter ist der Lichtweg umkehrbar. Das heißt fällt das Licht aus der Richtung des reflektierten Strahls ein, so wird es in die Richtung des einfallenden Strahls reflektiert.
Aufgaben Aufgaben

 

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Abb. 1 Reflexion eines Lichtstrahl an einem Spiegel

Fällt ein Lichtstrahl wie in Abb. 1 auf einen Spiegel, so wird der Lichtstrahl an der Spiegeloberfläche (regelmäßig) reflektiert. Der Lichtstrahl ändert also seine Ausbreitungsrichtung.

Das Reflexionsgesetz beschreibt dabei, wie genau der Lichtstrahl seine Ausbreitungsrichtung ändert, also wohin der Lichtstrahl reflektiert wird bzw. in welche Richtung sich der Lichtstrahl nach der Reflexion weiter ausbreitet.

Definitionen zur Beschreibung des Reflexionsgesetzes

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Abb. 2 Begriffe beim Reflexionsgesetz

Bei der allgemeinen Formulierung des Reflexionsgesetzes werden folgende Begriffe genutzt (vgl. Abb. 2):

  • Als einfallenden Strahl (blau) bezeichnet man den auf die Oberfläche treffenden Lichtstrahl.
  • Als ausfallenden oder reflektierten Strahl (grün) bezeichnet man den von der Oberfläche zurückgeworfenen Lichtstrahl.
  • Als Einfallslot (rot) bezeichnet man die Senkrechte (Orthogonale) auf die Oberfläche in dem Punkt, in dem der einfallende Strahl auf die Oberfläche trifft bzw. in dem der reflektierte Strahl die Oberfläche verlässt.
  • Als Einfallsebene (gelb) bezeichnet man diejenige Ebene, in der der einfallende Strahl, das Einfallslot und der reflektierte Strahl liegen.
  • Als Einfallswinkel (blau) bezeichnet man den Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und dem Einfallslot. Die Weite des Einfallswinkels bezeichnet man meist mit \({\alpha}\).
  • Als Ausfalls- oder Reflexionswinkel (grün) bezeichnet man den Winkel zwischen dem Einfallslot und dem reflektierten Strahl. Die Weite des Reflexionswinkels bezeichnet man meist mit \({\alpha '}\).
Reflexionsgesetz

Die Weite des Reflexionswinkel \(\alpha '\) zwischen Lot und reflektiertem Strahl ist genau so groß wie die Weite des Einfallswinkel \(\alpha\) zwischen einfallendem Strahl und Lot.

Es gilt also: \(\alpha = \alpha '\)

Dabei liegen der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und das Lot in einer Ebene, der sog. Einfallsebene. 

Häufig sagt man auch einfach "Der Einfallswinkel ist gleich dem Ausfallswinkel", meint dabei aber natürlich jeweils die Weiten der Winkel. 

Hinweis: Man wählt Einfalls- bzw. Ausfallswinkel als Winkel zwischen einfallendem bzw. reflektiertem Strahl und dem Einfallslot, damit bei senkrechtem Einfall des Lichts auf den Spiegel, bei dem die Ablenkung des Lichts \(0^\circ \) beträgt, auch die beiden Winkel die Weite \(0^\circ \) haben.

Umkehrbarkeit des Lichtweges

Lichtwege sind in der Regel umkehrbar. Was dies bedeutet, zeigen die beiden Bilder in Abb. 3 an einem einfachen Beispiel.

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Abb. 3 Demonstrationsexperiment zur Umkehrbarkeit des Lichtweges

Im linken Bild in Abb. 3 kommt das Licht von links und wird am Spiegel reflektiert. Durch Ablesen der Winkelskala sieht man, dass das Reflexionsgesetz erfüllt ist.

Im rechten Bild in Abb. 3 fällt ein Lichtstrahl genau aus der Richtung auf den Spiegel, in die der Lichtstrahl zuvor reflektiert wurde. Du kannst erkennen, dass der nun reflektierte Lichtstrahl genau dort verläuft, wo zuvor der einfallende Lichtstrahl verlief: Der Lichtweg ist also umkehrbar.

Die Umkehrbarkeit des Lichtweges ist ein wichtiges Grundprinzip der geometrischen Optik und gilt auch bei viel komplexeren Phänomenen, z. B. bei der Brechung von Licht an Wasser.

Aufgabe

Welches Bild zeigt den richtigen Strahlverlauf bei der Reflexion am Spiegel?

Achtung: Beachte, dass die Einfallsebene hier genauso wie in der "Definition zur Beschreibung des Reflexionsgesetzes" schräg steht!

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Lösungsvorschläge

Lösung

Bild b) zeigt den richtigen Strahlverlauf, da \(\alpha  = \alpha ' \) gelten muss und einfallende und ausfallender Strahl in einer Ebene liegen müssen.

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