Brechung des Lichts — Physik, 14–17 Jahre
Licht ändert seine Richtung, wenn es in einen Stoff übergeht, in dem es sich mit einer anderen Geschwindigkeit ausbreitet. Das erklärt scheinbar geknickte Gegenstände, Linsen und viele optische Geräte.
Licht ändert seinen Weg
Wenn ein Lichtstrahl schräg in Glas oder Wasser eintritt, wird eine Seite der Wellenfront früher langsamer als die andere. Deshalb biegt sich der Strahl, ähnlich wie ein Einkaufswagen, dessen eines Rad zuerst auf einen dicken Teppich rollt. In einem optisch dichteren Stoff biegt er sich meist zum Lot hin.
Warum die Ablenkung erklären?
Ein Modell, nach dem sich Licht immer geradlinig bewegt, erklärt nicht, warum eine Münze beim Einfüllen von Wasser scheinbar ihren Platz wechselt oder wie eine Linse ein Bild erzeugt. Die Brechung liefert den Grund: Licht bewegt sich in verschiedenen Stoffen unterschiedlich schnell. So kann man die Ablenkung vorhersagen statt auswendig zu lernen.
Ein Strahl tritt in Glas ein
Ein Strahl tritt aus Luft mit einem Winkel von 30° zum Lot in Glas ein. Der Brechungsindex von Glas sei 1,5, der von Luft 1. Nach dem Snelliusschen Gesetz gilt 1 × sin 30° = 1,5 × sin r; also sin r = 0,5 ÷ 1,5 = 0,333. Damit ist r ungefähr 19,5° und liegt näher am Lot.
Die Winkelfalle
Viele messen den Winkel zur Oberfläche statt zum Lot. Das ist verständlich, weil die Oberfläche sichtbar und leicht zu erkennen ist, während das Lot eine gedachte Senkrechte darstellt. Bei Brechnungsrechnungen werden Einfalls- und Brechungswinkel immer zum Lot gemessen.
Optische Geräte
Bei Brillen wird Brechung genutzt, um Licht so abzulenken, dass die Netzhaut ein scharfes Bild erhält. Auch Kameras, Mikroskope und Ferngläser verwenden geformte Glas- oder Kunststoffteile, die Lichtstrahlen gezielt biegen. Material und Form werden so gewählt, dass ein bestimmtes Bild entsteht.
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