Lichtbrechung

In der Abbildung scheint der gerade Stab an der Wasseroberfläche geknickt, obwohl er es nicht ist.

Man glaubt, den Gegenstand in der Richtung zu sehen, aus der die Strahlen ins Auge gelangen. Beim Übergang von einem Stoff zu einem anderen kann Licht jedoch seine Richtung ändern. Der Grund dafür ist, dass sich Licht in unterschiedlichen Stoffen verschieden schnell ausbreitet.

Wasser ist optisch dichter als Luft, weil die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts im Wasser kleiner ist. Luft ist optisch dünner als Wasser.

Das Licht von der Münze unter Wasser wird beim Übergang von Wasser zu Luft von der Geraden abgelenkt. Die Ablenkung eines Lichtstrahls von der Geraden nennt man Brechung.

Auch die Aufspaltung von weißem Licht durch ein Prisma beruht auf Brechung. Die verschiedenen Farbanteile werden unterschiedlich stark gebrochen, weil sie unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten haben.

Glas oder Wasser ist optisch dichter als Luft. Beim Übergang von Luft in Wasser wird Licht so gebrochen, dass es näher beim Einfallslot verläuft – man spricht von Brechung zum Lot. Der Einfallswinkel ist größer als der Brechungswinkel. Brechungs- und Einfallswinkel werden gegen das Lot auf die Grenzfläche gemessen.

Beim Übergang von einem optisch dichteren Medium in ein optisch dünneres Medium (z. B. von Wasser in Luft) wird ein Lichtstrahl vom Lot gebrochen. Der Brechungswinkel ist größer als der Einfallswinkel.

In dem Bild fällt ein Lichtstrahl von unten in das Gefäß mit Wasser. Dabei wird der Lichtstrahl zum Lot gebrochen, weil Wasser optisch dichter als Luft ist. Beim Übergang von Wasser in Luft wird der Lichtstrahl vom Lot gebrochen.

Wenn man den Einfallswinkel verändert, verläuft bei einem bestimmten Winkel der gebrochene Lichtstrahl an der Grenzfläche entlang. Bei weiterer Vergrößerung des Einfallswinkels kann der Lichtstrahl das dichtere Medium nicht verlassen. Das Licht wird an der Grenzfläche totalreflektiert. Der Grenzwinkel der Totalreflexion hängt vom Material ab. Er beträgt für den Übergang von Wasser in Luft 49 Grad.