Brechung des Lichtes

1. Beobachtung:

Ein Holzstab erscheint im Wasser geknickt.
Dieses Phänomen ist durch eine besondere Eigenschaft des Lichts erklärbar:
Lichtstrahlen, welche in durchsichtige Materialien eindringen, ändern bei Eintritt an der Grenzfläche ihre Richtung. Leitet man einen gebündelten Lichtstrahl in einem schrägen Winkel in Wasser, so wird er am Übergang zwischen Luft und Wasser abgeknickt. 

2. Brechungsgesetz:

Beim Übergang eines Lichtstrahls von einem optisch dünnen in einen optisch dichteren Körper wird der Lichtstrahl zum Lot hin gebrochen.

Beim Übergang eines Lichtstrahls von einem opt. dichten in einen opt. dünneren Körper wird der Lichtstrahl vom Lot gebrochen.

Der Brechungswinkel (ß) kann berechnet werden, wenn die sogenannten Brechzahlen (n) der beiden Medien bekannt sind.
Aufgrund des Phänomens der Brechung von Licht erscheinen Objekte, welche im Wasser liegen, näher an der Oberfläche wie sie tatsächlich sind. So wird auch meistens die Wassertiefe von glasklaren Gewässern viel zu gering eingeschätzt.

 

Totalreflexion

1. Beobachtung:
Trifft ein Lichtstrahl auf einen optisch dünneren Stoff, so wird er nicht gebrochen sondern reflektiert, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Grenzwert überschreitet.

2. Anwendungsbeispiele:
Umkehrprisma, Lichtwellenleiter, Periskop, Feldstecher

3. Lichtwellenleiter:

Dünne, biegsame Glasfasern werden als Lichtleiter zur Nachrichten­übermittlung verwendet.

 

Dispersion

1. Beobachtung:

Kurzwelliges Licht bricht sich am Prisma stärker als langwelliges (Dispersion).
Ein besonderes Medium stellt das Prisma dar. Schickt man weißes Licht durch ein Prisma, werden die verschiedenen Lichtwellenanteile des Lichts an den beiden Grenzflächen zweimal gebrochen.
Kurzwelliges Licht wird generell stärker gebrochen als langwelliges, daher kann mit Hilfe eines Prismas weißes Licht in seine Wellenanteile zerlegt werden. Dieses Phänomen der Dispersion wurde erstmals von Isaac Newton in dem 1704 erschienenen Buch "Optik" beschrieben.  

Dispersion kann auch in der Natur eindrucksvoll beobachtet werden: Im Regenbogen brechen die feinen Wassertröpfchen die Sonnenstrahlen und zeigen dadurch das Spektrum des weißen Sonnenlichts. Dem Farbenfeuer eines geschliffenen Diamanten oder dem farbigen Glitzern eines Tautropfens liegt dasselbe Phänomen zugrunde.