Reflexion von Licht
Wir wissen bereits, dass Licht absorbiert, gestreut oder reflektiert werden kann.
Absorption von Licht bedeutet: das Licht wird von einem Gegenstand aufgenommen. Ein dunkler Gegenstand absorbiert Licht gut und wird in der Sonne schnell warm. Ein heller Gegenstand absorbiert Licht schlecht und wird in der Sonne langsamer warm.
Streuung von Licht bedeutet: Licht wird von einem Gegenstand aufgenommen und in alle Richtungen wieder ausgestrahlt. Wenn man Kreidestaub in die Luft pustest und mit Licht beleuchtet sieht man "Lichtstrahlen". Das sind Staubteilchen, die Licht in alle Richtungen streuen.
Reflexion von Licht bedeutet: Das Licht wird von einem Gegenstand „zurückgeworfen“. Anders als bei der Streuung wird das Licht nur in eine Richtung reflektiert.
Reflexion an einer glatten Oberfläche
Ein Gegenstand kann Licht gut reflektieren, wenn der Gegenstand eine gleichmäßige, glatte Oberfläche hat. Wenn der Gegenstand durchsichtig ist, wird ein Teil des Lichts reflektiert und ein Teil geht durch den durchsichtigen Gegenstand hindurch.
Das kannst du in einem kleinen Experiment selbst ausprobieren:
Experiment 1: Reflexion am Handy
Nimm ein Handy, wenn der Bildschirm dunkel ist und schaue von der Seite auf die Glasoberfläche des Displays. Du kannst sehen, dass deine Umgebung auf dem Glas des Handys gespiegelt wird. Allerdings ist das Spiegelbild ein schwaches Spiegelbild, denn das meiste Licht geht durch das Glas hindurch und wird vom Handybildschirm hinter dem Glas absorbiert (aufgenommen).
Dieses Verhalten kannst du in der folgenden Simulation selbst ausprobieren.
Experiment 2: Kennenlernen der Simulation
- Klicke auf "Einleitung".
- Auf der rechten Seite unten siehst du bei "Material" eine Schaltfläche auf der "Wasser" steht. Klicke auf "Wasser" und klicke dann in dem kleinen Menü das erscheint auf "Glas". Der untere Teil der Simulation sollte etwas dunkler geworden sein.
- Klicke mit der linken Maustaste dann auf den roten Einschaltknopf auf der Lampe. Die Lampe sendet Licht aus und du siehst einen Strahl, so als würde man Kreidestaub in den Lichtweg streuen, der das Licht nach allen Seiten streut.
- Klicke mit der linken Maustaste auf die Lampe, lasse die linke Maustaste gedrückt und bewege dann die Maus auf und ab. Die Lampe sollte sich auf einer Kreisbahn bewegen, so dass du die Richtung des Strahls ändern kannst.
- Ein Teil des Lichts wird von der Glasoberfläche reflektiert, der andere Teil des Lichts durchquert das Glas und ändert dabei seine Richtung. Uns interessiert zuerst das Licht, das von der Glasoberfläche reflektiert wird.
Quelle: PhET
Nachdem du die Simulation kennengelernt hast, kannst du ein erstes Experiment durchführen, bei dem Du die Winkel zwischen dem Strahl und dem Lot messen sollst.
Experiment 2: Vorbereitung der Messung
- Klicke wie in Experiment 1 wieder auf "Einleitung", stelle das untere Material auf "Glas" und schalte die Lampe ein.
- Stelle sicher, dass die kleine Box unten links neben "normal" angeklickt ist, so dass in der Mitte der Simulation eine gestrichelte Linie zu sehen ist. Diese gestrichelte Linie nennen wir "Lot". Das Lot steht senkrecht (90° oder rechter Winkel) auf der Glasoberfläche.
- Ziehe den Winkelmesser (das runde Instrument mit der Winkelskala) von dem Kasten unten links mit gedrückter linker Maustaste in die Simulation. In der Mitte des Winkelmessers siehst du einen kurzen schwarzen Strich. Setze den Winkelmesser so in die Simulation, dass der schwarze Strich und die 0°-Striche oben und unten auf dem Lot stehen und der 90°-Strich auf der Glasoberfläche ist.
- Unterhalb der Simulation siehst du ein Bild. Dein Bildschirm sollte so aussehen, wie auf dem Bild, wenn du alles richtig gemacht hast.
Quelle: PhET
So sollte deine Simulation aussehen:
Jetzt sollst du die Messung durchführen.
Experiment 2: Durchführung der Messung
- Stelle sicher, dass dein Experiment so aussieht, wie in dem gerade gezeigten Bild.
- Stelle den Lichtstrahl auf der linken Skala auf 10° ein (das ist der erste ganz lange Strich links von 0°). Lies den Winkel auf der rechten Skala ab und notiere beide auf einem kleinen Blatt.
- Wiederhole die Messung für die Winkel 20°, 35°, 50°, 60°, 73° und 85°.
- Was fällt dir auf, wenn du jeweils die beiden gleichzeitig gemessenen Winkel vergleichst? Eine möglich Antwort findest du, wenn du unterhalb der Simulation auf Lösung klickst.
Quelle: PhET
Mögliche Lösung: hier klicken...
Der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und dem Lot ist immer genauso groß, wie der Winkel zwischen dem reflektierten Strahl und dem Lot. Da alle Forscher das bei jeder Reflexion an einer geraden Fläche immer genau so beobachten, nennt man das ein Naturgesetz. Der Name dieses Naturgesetzes ist: "Reflexionsgesetz".
Das Reflexionsgesetz: Der Reflexionswinkel ist immer genau so groß wie der Einfallswinkel. Der einfallende Lichtstrahl, das Lot und der reflektierte Lichtstrahl befinden sich dabei in einer Ebene.
Übung
Im letzten Experiment hast du Winkel gemessen. Jetzt sollst du das Reflexionsgesetz anwenden, indem du Winkel zeichnest. Dazu brauchst du:
- einen gespitzten Bleistift
- ein Geodreieck
Aufgabe 1:
Lade folgendes Dokument herunter, drucke es aus und bearbeite die Aufgabe:
Viel Spass!
Wenn du dich nicht mehr erinnerst, wie man einen Winkel mit Hilfe des Geodreiecks zeichnet, schau doch mal im Mathebuch nach.
Noch ein Lernvideo
Exkurs:
Sehe dir folgendes Video zum Reflexionsgesetz an: Reflexion am ebenen Spiegel