Beispiele für die Lichtbrechung
Was ist die Lichtbrechung?
Licht breitet sich an und für sich geradlinig aus. Triff Licht auf transparente (durchsichtige) Stoffe verschiedener Dichte, so werden die Lichtstrahlen
geknickt beziehungsweise gebrochen. Lichtstrahlen ändern in diesem Falle die Richtung.
Weshalb werden die Lichtstrahlen geknickt/gebrochen?
Licht wird von durchsichtiger/transparenter Materie gebremst. Im luftleeren Raum, beispielsweise im Weltall, ist Licht am schnellsten.
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt im Vakuum fast 300 000 Kilometer pro Sekunde. In Luft ist die Lichtgeschwindigkeit nur geringfügig langsamer.
In Wasser oder Glas ist der Unterschied jedoch bereits größer.
Dadurch werden die Lichtstrahlen an den Grenzflächen gebrochen bzw. geknickt.
Die Lichtgeschwindigkeit in Wasser beträgt nur mehr etwa 225.000 Kilometer pro Sekunde.
Die Lichtgeschwindigkeit in Glas beträgt etwa 200.000 Kilometer pro Sekunde.
Lichtbrechung zum Lot
Licht wird zum Lot gebrochen, wenn es von einem optischen dünneren Medium, beispielsweise Luft, in ein optisch dichteres Medium, z. Bsp. Wasser,
trifft. Der Brechungswinkel „Beta“ ist in diesem Falle kleiner als der Einfallswinkel „Alpha“. Der gebrochene Lichtstrahl befindet sich dann „näher beim Lot“.
Deshalb „Brechung zum Lot“. Der Grund: Das Licht wird vom Wasser „gebremst“ und ist im Wasser langsamer.
Brechung vom Lot
Sendet man Lichtstrahlen vom dichteren Medium (Wasser) in Richtung dünneres Medium (Luft), so werden die Lichtstrahlen vom Lot gebrochen!
Der Winkel zwischen dem gebrochenen Lichtstrahl (in der Luft) und dem Lot ist in diesem Falle größer! Der Lichtstrahl „geht vom Lot“ weg.
Deshalb „Brechung vom Lot“.
Wann bleibt der Lichtstrahl geradlinig? – Wann wird Licht nicht gebrochen?
Ein Lichtstrahl, der entlang des Lotes einfällt, wird nicht abgelenkt.
Verschiedene Dichte der Medien – Auswirkung auf die Brechung!
Umso dichter der Stoff, desto stärker die Lichtbrechung.
Bei der Abbildung sehen wir, dass der Lichtstrahl im gelben, dichteren Stoff Glas stärker zum Lot hin gebrochen wird, als der Lichtstrahl im weniger dichten, blauen Wasser.
Wasser hat einen Brechungsindex von 1,33.
Glas hat einen Brechungsindex von 1,50.
Totalreflexion
Ein Lichtstrahl wird an der Grenzfläche zwischen einem optisch dichteren zu einem optisch dünneren Stoff total reflektiert, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Betrag überschreitet.
Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Stoffen
Medium
Geschwindigkeit in km/s
Brechungsindex „n“
Vakuum
299 792 km/s
1
Luft
299 705 km/s
1,0003
Wasser
225 000 km/s
1,33
Ethanol
220 209 km/s
1,36
Quarzglas
205 337 km/s
1,46
Plexiglas
201 203 km/s
1,49
Glas
198 500 km/s
1,5 bis 2,0
Diamant
123 881 km/s
2,4