Licht und geometrische Optik

25.4: Brechung 8
⇒ Transparency Brechung ebener Wasserwellen (wellen.jpg)
An der Grenzlinie ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen, weil sie in ein
Gebiet mit anderer Wassertiefe eintreten.
Wir können auch die Brechung von einem Lichtstrahl im Wasser schön demonstrieren.
⇒ Experiment 499: Reflexion und Brechung in Wasser
Überlegen wir was passiert wenn wir eine Punktquelle im Glas betrachten. Die von ihr
ausgehenden Lichtstrahlen treffen unter verschiedenen Winkeln auf die Grenzfläche zwischen
Glas und Luft. Alle austretende Strahlen werden von der Normalen weggebrochen.
Mit zunehmendem Einfallswinkel wird der Brechungswinkel größer, bis ein kritischer Einfallswinkel
θ k erreicht wird, für den der Brechungswinkel gleich 90 ◦ ist.
⇒ Transparency Reflexion und Transmission gegen Einfallswinkel (tir1.jpg)
Für einen Lichtstrahl, dessen Einfallswinkel größer als dieser kritische Winkel θ k ist, tritt
keine Brechung auf, sondern ausschließlich Reflexion in das dichtere Medium zurück. Dieses
Phänomen wird als Totalreflexion bezeichnet.
⇒ Transparency Totalreflexion (tir2.jpg)
Für den kritischen Winkel gilt
sin θ k = n 2
n 1
Totalreflexion kann nur austreten, wenn Licht aus einem Medium mit der Brechzahl n 1
in ein anderes mit kleinerer Brechzahl n 2 < n 1 übergeht. Wir können den Effekt auch in
Wasser demonstrieren.
Der kritische Winkel für Glas berechnen wir aus
sin θ k = 1,00
1,50 = 0,667
weil die Brechzahl von Glas 1,5 ist. Damit beträgt der kritische Winkel θ k der Totalreflexion
42 ◦ . Die Brechzahl von Wasser ist 1,33. Damit ist der kritische Winkel in Wasser 49 ◦ .
Diamant hat eine sehr hohe Brechzahl, 2,42, was einen kritischen Winkel von nur 24 ◦
entspricht.
Ein Lichtstrahl der senkrecht durch eine der beiden Kathetenseiten eines gleichschenkligen
rechtwinkligen Glasprismas in dieses eintritt, wird totalreflektiert und verlässt das Prisma
senkrecht zur anderen Kathetenseite:
⇒ Transparency Lichtstrahl in einem Prisma (prisma.fig)
Licht und geometrische Optik Lecture 32, 11/07/2002