Das Brechungsgesetz

Das Brechungsgesetz
Physik Klasse 9

Versuch

Wir lenken Laserlicht unter verschiedenen Winkeln in einen mit gefärbtem Wasser gefüllten Glastrog. Der Strahl wird dabei zum Lot hin gebrochen.

Versuch

Wir legen auf den Boden eines Troges einen Spiegel so hin, dass das Licht ihn wieder verlassen kann.

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Lichtbrechung Luft Wasser

Beim Übergang von Luft in Wasser wird Licht zum Einfallslot hin, beim Übergang von Wasser in Luft vom Lot jedoch weg gebrochen.

Dies können wir im Alltag zum Beispiel oft beobachten:

  • Ein schräg ins Wasser eingetauchtes Paddel scheint einen Knick zu haben.
  • Fische scheinen im Wasser höher als tatsächlich zu schwimmen.
  • Taucher schätzen Entfernungen oft zu kurz.
  • Ein Teil des Lichtes wird an der Wasseroberfläche reflektiert, daher auch die Spiegelung im Wasser.

Versuch

Wir betrachten die quantitative Brechung an einer optische Scheibe mit einem Halbzylinder.

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Trifft ein Lichtbündel schräg auf die Grenzfläche zweier durchsichtiger Medien, so teilt es sich auf:
Ein Teil wird reflektiert; der andere wird an der Grenzfläche der beiden Medien gebrochen.
Dabei ist dass Streckenverhältnis a:b ist für alle Einfallswinkel konstant. Es wird auch Brechzahl genannt.



Licht Brechzahl Formel

a:b = n = konstant

Wird das Lichtbündel zum Lot hin gebrochen, so sagen wir, das Licht tritt von einem optisch dünnerem Medium in ein optisch dichteres Medium über. Wird das Lichtbündel vom Lot weggebrochen, so sagen wir, das Licht tritt von einem optisch dichterem Medium in ein optisch dünneres Medium über.
Denn in einem optisch dichterem Medium ist die Lichtgeschwindigkeit kleiner als in einem optisch dünnerem Medium.

Lichtbrechung bei Glas

Versuch

Wir untersuchen die Lichtbrechung an einer planparallelen Glasplatte.

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Lichtstrahlen werden verschoben, wenn sie schräg durch eine planparallele Platte fallen. Lege eine Glasplatte auf eine bedruckte Buchseite. Die Schrift wird dann parallel verschoben.
Bemerkung: Bei Glas erfolgt die Brechung genauso wie bei Wasser, nur mit einer anderen Brechzahl.

Versuch

Wir leiten Licht durch ein Prisma.

Sind die beiden Grenzflächen eines Glaskörpers gegeneinander geneigt, so erhält man ein Prisma.

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Ein Prisma lenkt Lichtstrahlen aus ihrer Richtung ab.



Totalreflexion

Versuch

Wir demonstrieren eine Totalreflexion mit Hilfe eines Lasers und Wasser.

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Bei einem bestimmten Winkel tritt Totalreflexion ein. Mit anderen Worten: Das Licht verlässt das Wasser nicht.

Versuch

Wir leiten Licht durch einen gebogenen Glasstab.

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Dies wendet man zum Beispiel bei Lichtleitern an.
Deshalb erscheint die Straße im Sommer manchmal nass.

Zusammenfassung

Licht wird an der Grenzfläche zwischen Glas und Luft ähnlich abgelenkt, wie beim Übergang von Wasser nach Luft. Beim Durchgang durch planparallele Platten wird ein Lichtbündel durch zweimalige Brechung parallel versetzt. Beim durchqueren eines Prismas wird die Richtung des Lichtes geändert. Mit jeder Lichtbrechung ist eine Reflexion verbunden. Wenn Licht aus Wasser oder Glas auf die Grenzfläche zu Luft flach auftrifft, erfolgt Totalreflexion; dabei wird kein Licht mehr gebrochen.


Hier finden Sie eine Übersicht über weitere Beiträge zum Thema Strahlenoptik, elektromagnetische Induktion, darin auch Links zu Aufgaben.



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