Brechung

An der Grenzschicht zweier optischer Medien ändert das Licht seine Ausbreitungsrichtung. (Bedingung α ≠ 0°)

 

Du hast bereits das Heimexperiment – die Münze in der Tasse  – durchgeführt. Dabei konntest du beobachten, dass du die Münze erst sehen konntest, als die Tasse fast vollständig mit Wasser gefült war. Licht ändert also beim Übergang von Wasser zu Luft seine Ausbreitungsrichtung. (Brechung und Brechungsgesetz)

Beobachtung:

  1. Bevor das Wasser in die Tasse gegossen wurde, war das 1 ct Stück nicht zu sehen.
  2. Je mehr Wasser in der Tasse war, desto mehr konnte man von dem 1 ct Stück sehen.

               Als die Tasse gefüllt war, konnte man das 1 ct Stück vollständig sehen.

 Erklärung:

  1.  Licht breitet sich gradlinig aus. Der gradlinige Weg des Lichtes von der Münze zum Auge wird durch den Rand der Tasse behindert. Daher ist die Münze nicht sichtbar.
  2.  Beim Übergang vom Wasser zur Luft  hat das Licht seine Ausbreitungsrichtung geändert. Diesen Vorgang nennt man optische Brechung.

            Durch die Änderung der Ausbreitungsrichtung, wird der Lichtstrahl an der Wasseroberfläche umgelenkt. Das Licht ändert seine Richtung und kann so zum Auge gelangen.

Beim Übergang von einem optisch dünnen zu einem optisch dichten Medium, wird der Strahl zum Einfallslot hin gebrochen.

α > ß

 Da der Lichtweg umkehrbar ist, gilt:

 Beim Übergang von einem optisch dichten zu einem optisch düünnen Medium, wird der Strahl vom Einfallslot weg gebrochen.

α < ß

GeoGebra Animation der Brechung bei variablen Einfallswinkeln und Medien:

Strahl 1 fällt senkrecht auf den Glaskörper und wird nicht gebrochen.

Luft – Glas:

Strahl 2 fällt in einem Winkel von ca. 50° auf den Glaskörper und wird gebrochen. Da Glas optisch dichter ist als Luft, wird der Strahl zum Lot hin gebrochen.

Glas Luft:

Strahl 2 trifft in einem Winkel von ca. 35° auf die untere Grenzschicht und wird beim Übergang in die Luft gebrochen. Da Luft optisch dünner ist als Glas, wir der Strahl vom Lot weg gebrochen.

Da der Lichtweg umkehrbar ist, müssen die Strahlen in der Luft vor und hinter dem Glaslörper parallel verlaufen.

Beide Fotos wurden aus exakt der gleichen Position aufgenommen. Zur besseren Sichtbalkeit wurde die Hellikeit im Raum variiert.

Arbeitsblatt zur Brechung