Brechung und Totalreflexion
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Fällt Licht schräg auf die Grenzfläche zwischen zwei lichtdurchlässigen
Stoffen, wird es gebrochen.
Beim Übergang von einem optisch dünneren Stoff in einen optisch dichteren
wird ein Lichtbündel zum Einfallslot hin gebrochen.
Beim Übergang von einem optisch dichteren Stoff in einen optisch dünneren
wird ein Lichtbündel vom Einfallslot weg gebrochen.
Je größer der Einfallswinkel ist, desto stärker wird das Licht aus
seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt.
Die Brechung genügt folgendem Gesetz:
Dabei sind n1 und n2 die Brechzahlen der beiden
Medien.
Ein Teil des auf die Grenzfläche treffenden Lichts wird reflektiert.
Je größer der Einfallswinkel ist, desto mehr Licht wird reflektiert.
Beim Übergang von einem optisch dichteren Stoff in einen optisch dünneren
wird das Licht ab einem bestimmten Grenzwinkel vollständig reflektiert
(Totalreflexion). |
Steckt man einen geraden Stab in Wasser, erscheint er an der Wasseroberfläche
abgeknickt (die rote Linie zeigt im Bild den geraden Verlauf). Dies geschieht
durch die Brechung der Lichtstrahlen, die vom Stab in unser Auge fallen.
Die Abhängigkeit der Brechung vom Einfallswinkel
sieht man am besten an der Winkelscheibe.
Je größer der Einfallswinkel, desto größer ist die Brechung des Lichtstrahls.
Ein Teil des Lichtes wird immer reflektiert.
Beim Verlauf des Lichtstrahls vom optisch dichteren Medium (Glas) ins optisch
dünnere Medium (Luft) gibt es einen Grenzwinkel, ab dem das Licht nicht
mehr gebrochen, sondern nur noch reflektiert wird. Diesen Effekt nennt man
Totalreflexion.
Bei benaueren Untersuchungen der Brechungswinkel stellt man eine Gesetzmäßigkeit
zwischen ihnen fest.
Dabei sind n1 und n2 die Brechzahlen der beiden Medien.
| Hier einige Beispiele für Brechzahlen: |
| Stoff |
Brechzahl n |
| Luft |
1 |
| Wasser |
1,33 |
| Spiritus |
1,36 |
| Plexiglas |
1,5 |
| Glas |
1,53 |
| Diamant |
2,42 |
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An einer planparallelen Platte oder einem Prisma wird ein Lichtbündel
zweimal gebrochen. Hinter der planparallelen Platte ist das Lichtbündel
parallelverschoben, hinter dem Prisma ist noch stärker aus seiner ursprünglichen
Richtung abgelenkt, und zwar in Richtung der Basis des Prismas.
Durchläuft ein Lichtbündel ein Medium, in dem sich der Brechungsindex
ändert (z.B. eine inhomogene Zuckerlösung), wird es gebogen. Dieser Effekt
tritt auch innerhalb unserer Atmosphäre auf. Dadurch erscheint die Sonne
beim Sonnenuntergang etwas abgeplattet.
