Wenn Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei Stoffen bzw. Materialien trifft, so wird das Licht zum Teil reflektiert, zum Teil verändert es an der Grenzfläche die Richtung. So entsteht eine Brechung des Lichtes, wenn Licht von einem optisch dichterem Stoff in ein optisch dünneren Stoff gelangt (und natürlich umgekehrt). Man kann sich die Regeln der Lichtbrechung relativ einfach merken:
- Beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Stoff wird der Lichtstrahl zum Lot hin gebrochen.
- Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Stoff wird der Lichtstrahl vom Lot weg gebrochen.
- Überschreitet der Lichtstrahl einen gewissen Einfallswinkel, so tritt eine Totalreflexion ein.
Die Lichtbrechung
Trifft das einfallende Licht in einem Winkel a auf die Grenzfläche, dann wird es in der Regel abgelenkt (siehe Bild). Der physikalische Vorgang, der dabei abläuft, wird als Brechung bezeichnet. Dabei sollte man aber nicht vergessen, dass ein Lichtstrahl, der senkrecht auf eine Grenzfläche trifft, keine Brechung erfährt.
Für den reflektierten Lichtstrahl gilt das Reflexionsgesetz, wonach gilt, dass einfallender Lichtstrahl, reflektierter Lichtstrahl und Einfallslot in der gleichen Ebene liegen und der Einfallswinkel und Reflexionswinkel gleich sind. Für den gebrochenen Lichtstrahl gilt das Brechungsgesetz:
- Beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Stoff wird der Lichtstrahl zum Lot hin gebrochen, d.h der Einfallswinkel a ist größer als der Brechungswinkel b . Dies ist z.B. beim Übergang von Luft in Glas (“Glas ist optisch dichter”).
- Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Stoff wird der Lichtstrahl vom Lot weg gebrochen, d.h. der Einfallswinkel a ist kleiner als der Brechungswinkel b . Dies ist z.B. beim Übergang von
- Überschreitet der Einfallswinkel beim Übergang von einem optisch dichteren in ein optisch dünneres Medium einen bestimmten Grenzwinkel, so wird der Lichtstrahl total reflektiert (hierbei gilt das Reflexionsgesetz)
Unterschied zwischen Lichtbeugung und Lichtbrechung
Wie bereits erwähnt, findet Lichtbrechung beim Übergang eines Lichtstrahls zwischen verschiedenen Medien mit unterschiedlichen optischen Dichten statt. Wenn Licht auf eine Grenzschicht trifft, ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit (zwei verschiedene Medien) und so ändert sich auch die Ausbreitungsrichtung. Im Gegensatz dazu beruht die Lichtbeugung nicht durch Brechung an Grenzflächen zwei verschiedener Medien, sondern kommt durch Interferenz zustande. Beugung bedeutet nichts anderes, als die Ablenkung eines Lichtstrahls an einem Hindernis (z.B. Spalt oder Gitter). Nach dem Hindernis “bewegt” sich das Licht hinter dem Hindernis bzw. Spalt weiter. Bei der Lichtbrechung wird der Lichtstrahl hingegen “abgelenkt”.
Formeln der Lichtbrechung
Das Gesetz von Snellius gibt den Zusammenhang zwischen Ein- und Ausfallswinkel eines Lichtstrahles und den optischen Dichten der beiden beteiligten Medien wieder
Snellius hatte dabei entdeckt, dass das Verhältnis von Einfalls- und Brechungswinkel (bzw. der Sinus des jeweiligen Winkels) eine Konstante ist, nämlich das Verhältnis der Brechungszahlen n der jeweiligen Medien.
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