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Lichtbrechung / Brechung des Lichtes

Geschrieben von: Dennis Rudolph
Donnerstag, 29. September 2016 um 19:37 Uhr

Mit der Lichtbrechung / Brechung des Lichtes befassen wir uns in diesem Artikel. Kurzfassung der Inhalte:

  • Zunächst eine Erklärung, was man unter der Lichtbrechung versteht und welche Formel man verwendet.
  • Beispiele mit Zahlen um die Zusammenhänge zu verdeutlichen.
  • Aufgaben / Übungen damit ihr selbst trainieren könnt.
  • Ein Video, welches die Lichtbrechung erläutert.
  • Ein Frage- und Antwortbereich mit typischen Fragen zur Brechung des Lichtes.

Wir sehen uns gleich die Brechung des Lichtes an. Wer mit dem Begriff Licht noch gar nichts anfangen kann, der sollte erst einmal einen Blick in den Artikel Optik Grundlagen werfen. Dort werden entsprechende Grundlagen erklärt. Alle anderen können gleich mit diesem Artikel weitermachen.

Lichtbrechung Erklärung

Wie kann man sich das mit der Lichtbrechung vorstellen? Nun, geht doch mal ins Schwimmbad und stellt euch an den Rand eines Beckens. Und schaut jetzt in das Becken. Dann solltet ihr bemerken, dass das, was ihr im Wasser seht, irgendwie seltsam aussieht. Es sieht so aus, als hättet ihr einen "Knick" in der Optik.

Nehmen wir also mal ein Schwimmbecken mit Wasser (blau) und darüber ist natürlich Luft:

Lichtbrechung Schwimmbad

Und da geht nun von oben ein Lichtstrahl drauf, in rot eingezeichnet:

Lichtbrechung Schimmbad mit Lichtstrahl

Wie man sehen kann, macht der Lichtstrahl einen Knick, sobald er auf die Wasseroberfläche trifft. Dies ist auch nicht ungewöhnlich. Und man kann dies sogar berechnen.

Lichtbrechung Formel:

Wie kann man die Lichtbrechung berechnen? Dazu sehen wir uns die Formel zum Brechungsgesetz an. Dafür gilt: Licht geht an einer Grenzfläche von einem lichtdurchlässigen Medium in ein anderes lichtdurchlässiges Medium über. Zu folgender Grafik...

Lichtbrechung Grafik

.. gelten nun diese Formeln:

Lichtbrechung Formel

Dabei ist:

  • "α" ist der Einfallswinkel
  • "β" ist der Ausfallswinkel / Brechungswinkel
  • "c1" ist die Lichtgeschwindigkeit im ersten Stoff
  • "c2" ist die Lichtgeschwindigkeit im zweiten Stoff
  • "n" ist die Brechzahl
  • "n1" ist die Brechzahl des erstes Stoffes
  • "n2" ist die Brechzahl des zweiten Stoffes

Beispiele Brechung des Lichtes

Sehen wir uns noch Beispiele zur Brechung des Lichtes an.

Beispiel 1:

Die Lichtgeschwindigkeit in Luft sei 300.000 Kilometer pro Sekunde und die Lichtgeschwindigkeit in Wasser sei 225.000 Kilometer pro Sekunde. Wie groß ist die Brechzahl n?

Lösung: Wir können die Angaben direkt einsetzen und damit n = 1,33 ausrechnen.

Lichtbrechung Beispiel 1

Beispiel 2:

Licht trifft unter einem Winkel von 45 Grad auf eine Wasseroberfläche. Die Brechzahl sei n = 1,3. Berechne den Ausfallswinkel.

Lösung: Wir brauchen am Ende Beta, daher stellen wir die Formel erst einmal nach sinus Beta um. Dann setzen wir hier die 45 Grad und die 1,3 ein. Die rechte Seite der Gleichung berechnen wir mit dem Taschenrechner, welcher dabei unbedingt auf DEG stehen muss. Um vor Beta das Sinus wegzubekommen, müssen wir arcsin auf dem Taschenrechner benutzen. Arcsin ist auf dem Taschenrechner manchmal auch sin-1. Damit erhalten wir einen Ausfallswinkel von knapp 33 Grad.

Lichtbrechung Beispiel 2

Aufgaben / Übungen Lichtbrechung

Aufgabe 1: In diesem Abschnitt bekommt ihr Aufgaben / Übungen zur Lichtbrechung. Wer eine Frage oder Aufgabe nicht mag, der kann auf "Überspringen" klicken. Zu ersten Frage: Wofür steht das "n" bei den Gleichungen?

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Video Lichtbrechung

Brechung des Lichtes Videos

In diesem Video geht es um die Brechung des Lichtes. Dies wird erst einmal am Beispiel eines Fischfangs im Wasser erklärt, denn hier greift das Phänomen der Lichtbrechung. Die Begriffe Lot sowie optisch dichteres Medium und optisches dünneres Medium werden erläutert und wie das Licht an der Wasseroberfläche gebrochen wird. Dabei werden auch entsprechende Winkelbezeichnungen eingeführt. Im zweiten Beispiel wird von einem optisch dichteren Medium in das optische dünnere Medium gegangen, sprich eine Lichtquelle ist im Wasser und strahlt aus dem Becken heraus. Als drittes Beispiel haben wir einen Lichtstrahl, der auf eine Glasplatte trifft und es einen parallelen Versatz gibt. Dieses Video habe ich auf Youtube.com gefunden.


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Fragen und Antworten zur Lichtbrechung

In diesem Abschnitt sehen wir uns typische Fragen zur Brechung des Lichtes an.


F: Wie lerne ich das Thema Lichtbrechung am einfachsten?

A: Lest euch diesen Artikel zur Brechung des Lichtes noch einmal durch. Lernt dabei die Formeln kennen: Wofür stehen die einzelnen Variablen? Bei welcher Grafik werden diese eingesetzt? Ihr könnt auch das Beispiel noch einmal nachrechnen. Und euch an die Aufgaben / Übungen dransetzen.

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