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Reflexion von Licht: Gesetz und Spiegelbild
Bei der Reflexion wird ein Teil des auftreffenden Lichts an einer Oberfläche in das ursprüngliche Medium zurückgeworfen. Dabei gilt: Einfallswinkel und Reflexionswinkel sind gleich groß – beide werden zum Lot gemessen.
Auf dieser Seite lernst du, Lichtwege zu zeichnen, Winkel zu berechnen und Spiegelung, diffuse Reflexion und Absorption zu unterscheiden.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie Licht an einer Oberfläche zurückgeworfen wird
Trifft Licht auf einen Körper, kann ein Teil reflektiert, also zurückgeworfen werden. Ein anderer Teil kann absorbiert werden: Der Körper nimmt dann Lichtenergie auf. Bei durchsichtigen Stoffen kann außerdem Licht in den Stoff eindringen und seine Richtung ändern.
Reflexion
Reflexion ist das Zurückwerfen von Licht an einer Grenzfläche in das Medium, aus dem es gekommen ist.
Im Strahlenmodell stellst du den Lichtweg als gerade Linie mit Pfeil dar:
- Der einfallende Strahl läuft zur Oberfläche.
- Der reflektierte Strahl läuft von der Oberfläche weg.
- Der Auftreffpunkt ist die Stelle, an der das Licht die Oberfläche erreicht.
- Das Lot steht am Auftreffpunkt senkrecht auf der Oberfläche.
Das Lot ist eine gedachte Hilfslinie. Es bildet mit der Oberfläche einen Winkel von $90^\circ$.
Wie das Reflexionsgesetz funktioniert
Der Einfallswinkel $\alpha$ liegt zwischen dem einfallenden Strahl und dem Lot. Der Reflexionswinkel $\beta$ liegt zwischen dem reflektierten Strahl und dem Lot.
Das Reflexionsgesetz lautet:
$$\alpha=\beta$$
Außerdem liegen einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl in einer Ebene. Lichtwege sind umkehrbar: Vertauschst du die Laufrichtungen, kann das Licht denselben Weg zurücklegen.
Bei senkrechtem Einfall verläuft der Strahl auf dem Lot. Dann sind beide Winkel $0^\circ$, und das Licht läuft auf demselben Weg zurück.
Eine optische Skizze anfertigen
- Zeichne die Oberfläche.
- Markiere den Auftreffpunkt.
- Zeichne dort das Lot senkrecht zur Oberfläche.
- Zeichne den einfallenden Strahl mit Pfeil zum Auftreffpunkt.
- Miss den Einfallswinkel zwischen Strahl und Lot.
- Trage auf der anderen Seite des Lots den gleich großen Reflexionswinkel ab.
- Zeichne dort den reflektierten Strahl mit Pfeil vom Auftreffpunkt weg.
Ein Lichtstrahl trifft mit einem Einfallswinkel von $35^\circ$ auf einen Spiegel.
Nach dem Reflexionsgesetz gilt $\alpha=\beta$. Deshalb beträgt auch der Reflexionswinkel $35^\circ$.
Der entscheidende Schritt ist die Wahl der Bezugslinie: Beide Winkel werden vom Lot aus gemessen.
Warum manche Flächen spiegeln und andere nicht
Ob ein Spiegelbild entsteht, hängt von der Oberflächenstruktur ab.
Regelmäßige Reflexion
An einer glatten, ebenen Oberfläche werden parallel einfallende Lichtstrahlen geordnet und wieder parallel reflektiert. Dadurch kann ein Spiegelbild entstehen.
Eine ruhige Wasseroberfläche oder ein ebener Spiegel wirkt im Verhältnis zur Wellenlänge des Lichts glatt.
Diffuse Reflexion
An einer rauen Oberfläche wird Licht in viele Richtungen reflektiert. Diese Verteilung heißt diffuse Reflexion oder Streuung.
Eine raue Fläche besteht im Strahlenmodell aus vielen kleinen, unterschiedlich geneigten Teilflächen. An jeder Teilfläche gilt das Reflexionsgesetz. Weil die lokalen Lote verschieden ausgerichtet sind, laufen die reflektierten Strahlen in unterschiedliche Richtungen.
Diffuse Reflexion macht beleuchtete, nicht selbst leuchtende Gegenstände aus vielen Blickrichtungen sichtbar. Ein deutliches Spiegelbild entsteht dabei nicht.
Absorption ist dagegen keine Form der Reflexion. Bei ihr wird Lichtenergie vom Material aufgenommen.
Wie das Bild im ebenen Spiegel entsteht
Von einem Gegenstand gelangt Licht zum Spiegel und wird von dort in dein Auge reflektiert. Dein Wahrnehmungssystem ordnet das ankommende Licht einer geradlinigen Ausbreitung zu. Deshalb erscheint es so, als käme das Licht von einem Punkt hinter dem Spiegel.
Dort befindet sich jedoch keine wirkliche Lichtquelle. Das Bild heißt deshalb virtuelles Bild.
Für einen ebenen Spiegel gilt:
- Gegenstand und Bild sind zur Spiegelfläche symmetrisch.
- Das Bild ist genauso groß wie der Gegenstand.
- Der Bildpunkt liegt ebenso weit hinter dem Spiegel wie der zugehörige Gegenstandspunkt davor.
Eine Kerze steht $30\,\text{cm}$ vor einem ebenen Spiegel. Ihr virtuelles Bild erscheint $30\,\text{cm}$ hinter dem Spiegel.
Zwischen Kerze und Bild liegen damit $30\,\text{cm}+30\,\text{cm}=60\,\text{cm}$. Das Bild selbst befindet sich nicht auf der Spiegeloberfläche.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Reflexion von Licht
- Lichtweg: einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl
- Gesetz: Einfallswinkel ist gleich Reflexionswinkel
- Glatte Fläche: regelmäßige Reflexion und Spiegelbild
- Raue Fläche: lokale Reflexion in viele Richtungen
- Ebener Spiegel: gleich großes virtuelles Bild
- Anwendungen: nasse Fahrbahn und Reflektoren
Abschluss-Check
Du hast das Thema verstanden, wenn du in einer Skizze zuerst das Lot einzeichnest, Winkel konsequent zu ihm misst und aus der Oberfläche begründen kannst, ob ein Spiegelbild oder diffuse Streuung zu erwarten ist.