Sexl Physik 7, Schulbuch

13 | scheinbare Position Luft Wasser   13.1 Die Lichtbrechung bewirkt, dass ein gera- der Stab im Wasser abgeknickt erscheint. 13.2 Wird der Grenzwinkel der Totalreflexi- on überschritten, so wird der Lichtstrahl in das Wasser zurück reflektiert. 13.3 Totalreflexion an einem rechtwinkeligen Prisma. Der Grenzwinkel beim Übergang des Lichts von Glas in Luft beträgt etwa 42°. Be- trachte deine Umgebung durch ein totalreflek- tierendes Prisma! 13.4 Rückstrahler bestehen aus vielen kleinen, totalreflektierenden Prismen: Das von der Lichtquelle kommende Licht wird in sich zurückgeworfen. Untersuche, überlege, forsche: Brechzahl 13.1 Gibt es zwischen der Brechzahl und der Lichtgeschwindigkeit einen Zusammen- hang? Bilde mit den Werten aus 9.3 den Quotienten aus der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und in Wasser bzw. in Glas. Vergleiche die Ergebnisse mit 12.4 . Wir erkennen, dass die Brechzahl gleich dem Verhältnis der Ausbreitungs­ geschwindigkeit des Lichts im Vakuum und dem untersuchten Medium ist: n = c : c m Für den Übergang von einem Medium 1 in ein Medium 2 gilt daher: sin α / sin β = n 2 : n 1 = n 2,1 = c 1 : c 2 Man bezeichnet n 2,1 als Brechungsquotient . Der Brechungsquotient entspricht dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Lichts in zwei Medien. Jenes Medium, in dem sich das Licht schneller ausbreitet, bezeichnet man als das op­ tisch dünnere Medium und jenes, in dem sich das Licht langsamer ausbreitet, als optisch dichteres Medium . Aus den bisherigen Überlegungen dürfen wir schließen: Die Ursache der Lichtbrechung ist die unterschiedliche Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Medien. Reflexion und Brechung von Licht wurden von C hristian h uygens erklärt, indem er annahm, dass sich Licht wie eine Welle ausbreitet. Es gelang ihm, Reflexions und Brechungsgesetz aus der Wellentheorie herzuleiten (s. S. 17 und Physik 6, S. 88). Totalreflexion Wir betrachten den Übergang von Wasser in Luft. Was passiert, wenn wir den Ein­ fallswinkel des aus dem Wasser kommenden Lichtstrahls kontinuierlich vergrö­ ßern? Bei einem bestimmten Winkel wird der Strahl streifend austreten, schließ­ lich in das Wasser zurückreflektiert ( 13.2 ). Wir sprechen in diesem Fall von Totalreflexion, der dazugehörige Einfallswinkel β G wird als Grenzwinkel der To­ talreflexion bezeichnet. Fällt der Lichtstrahl vom Wasser kommend gegen die Wasseroberfläche und ist der Einfallswinkel kleiner als β G , so wird der Strahl zum Teil an der Wasseroberfläche reflektiert, zum Teil tritt er aus dem Wasser aus. Dabei wird er vom Lot weg gebro- chen. Ist der Einfallswinkel größer als β G , so wird der Strahl an der Wasseroberfläche vollständig reflektiert. Er kann das Medium nicht verlassen. Experiment: Totalreflexion 13.1 Du brauchst: Experimentierleuchte, Schlitz; Glaswanne, Wasser. Was ist zu tun? Lass einen Lichtstrahl vom Wasser kommend senkrecht auf die Grenz- fläche Wasser-Luft auftreffen. Vergrößere nun kontinuierlich den Einfallswinkel. Was beobachtest du? Untersuche, überlege, forsche: Totalreflexion 13.2 Setze in der Gleichung sin α / sin β = n für α = 90° und für n die Brechzahlen für Was- ser bzw. für Glas ein. Berechne β . Stelle eine Formel zur Berechnung des Grenzwinkels auf! Überprüfe deine Ergebnisse mittels Experiment. 13.3 Totalreflexion lässt sich auch im Alltag beobachten. Kohlensäurebläschen in einem Glas Mineralwasser glänzen, ebenso glänzt die schräg von unten betrachtete Wasser- oberfläche eines Aquariums. Erkläre den Effekt. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv