68 4Wenn Licht „total“ reflektiert wird Was verstehen wir unter Totalreflexion? Leyla und Jakob stehen vor einem Aquarium. Ein Fisch schwimmt an die Wasseroberfläche und holt sich dort sein Futter. Die beiden beobachten ihn und schauen dabei von unten zur Wasseroberfläche. Leyla sagt: „Eigenartig, ich kann gar nicht durch die Wasseroberfläche sehen“. Jakob meint: „Ich sehe gespiegelte Fische, wie gibt’s das?“ (Abb. 68.1). Ein Wasserspiegel (Abb. 68.2) Fülle ein Glas etwa drei Viertel mit Wasser. Hebe es hoch und schaue von schräg unten auf die Wasseroberfläche. Sie wirkt nicht durchsichtig, sondern wie ein Spiegel. Halte ein kleines Bild an das Glas. Wie musst du das Bild halten, damit du es an der Wasseroberfläche gespiegelt siehst? Das Licht des kleinen Bildes wird an der Wasseroberfläche nicht gebrochen. Es wird wie bei einem Spiegel vollständig („total“) reflektiert. Diese Spiegelungen an durchsichtigen Flächen nennen wir „Totalreflexion“. Die Totalreflexion tritt bei der Lichtbrechung vom Lot auf ( Seite 67). Dabei tritt das Licht von einem lichtdurchlässigen Material wie Wasser in ein anderes lichtdurchlässiges Material wie Luft über. Totalreflexion tritt nur dann auf, wenn das Licht in ein Material übertritt, in dem es sich schneller fortbewegt. Beim Übergang von Wasser zu Luft kann es daher zur Totalreflexion kommen (Lichtgeschwindigkeit Wasser: 225 000 km ___ s , Lichtgeschwindigkeit Luft: 299705 km __ s , siehe Abb. 67.6). Beim Übergang von Luft zu Wasser kann Totalreflexion nicht auftreten. Am Übergang von Wasser zu Luft wird das Licht ab einem Winkel von etwa 49° vollständig (total) reflektiert (Abb. 68.5). Die gespiegelte Münze (Abb. 68.3, Abb. 68.4) Fülle eine durchsichtige, rechteckige Wanne mit Wasser. Lege eine Münze in einem Abstand von etwa 15 cm hinter die Wanne. Wie musst du auf die Wasseroberfläche schauen, damit du eine Spiegelung der Münze sehen kannst? Versuche mithilfe von Abb. 68.4 zu erklären, wieso du die Münze in der spiegelnden Wasseroberfläche sehen kannst. 68.1 Spiegelnde Wasseroberfläche eines Aquariums V1 68.2 Ein Wasserspiegel A1 V2 68.3 Die gespiegelte Münze – Der Versuchsaufbau A2a A2b Tritt Licht von Wasser in Luft über, so wird es an der Grenzfläche total reflektiert, wenn der Einfallswinkel ausreichend groß ist. Totalreflexion tritt nur auf, wenn das Licht in ein Material übertritt, in dem es schneller ist. M 68.5 Licht, das von unten auf die Wasseroberfläche trifft, wird ab einem Winkel von etwa 49° total reflektiert. Lot Luft Wasser 49° Münze scheinbares Bild 68.4 Die gespiegelte Münze – Der Lichtweg 68.6 Ein geschliffener Diamant funkelt durch Lichtbrechung und Totalreflexion. Arbeitsheftseiten 36–37 Animation yu8x3q Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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