Reflexion von Licht: Elemente, Gesetze, Anwendungen und Experimente

Die Lichtreflexion ist das optische Phänomen, bei dem ein Lichtstrahl die Richtung ändert und reflektiert wird, wenn er auf die Trennfläche zweier Medien trifft, ohne diese Fläche zu überqueren.

Es ist ein grundlegendes Phänomen, das in der Natur auftritt und das im klassischen Griechenland untersucht wurde. Die Gesetze, die die Reflexion des Lichts regeln, wurden jedoch erst im 17. Jahrhundert ausgesprochen. Es war der niederländische Wissenschaftler W. Snell, der die Gesetze von Reflexion und Brechung definierte. Auf diese Weise erhielten diese Gesetze den Namen Snells Gesetze.

Die Reflexion selbst ist ein allgemeines Phänomen, das alle Wellen betrifft, obwohl der Fall des Lichts am repräsentativsten ist. Jedes Mal, wenn Licht auf einen Körper trifft, tritt Reflexion auf. Je nachdem, welche Farben des Spektrums der Körper absorbiert und reflektiert, sehen wir den Körper der einen oder anderen Farbe.

Reflexion ist auch in alltäglichen Dingen wie der Bildung von Bildern in Spiegeln gegenwärtig. Diese Bilder können aus den Gesetzen der Reflexion erklärt werden. Es ist auch in den auf der Wasseroberfläche reflektierten Bildern zu sehen, obwohl es in diesem Fall auch das Phänomen der Brechung gibt.

Elemente

Bei der Untersuchung der Lichtreflexion müssen folgende Elemente berücksichtigt werden: das Licht, die beiden Medien, die Trennfläche der Medien, der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und die Normale zur Trennfläche .

In der Physik umfasst der Begriff Licht das gesamte im elektromagnetischen Spektrum enthaltene Strahlungsfeld, wobei der Ausdruck sichtbares Licht dem vom menschlichen Auge wahrgenommenen Teil des Spektrums überlässt.

In der Reflexion müssen wir zwei Medien unterscheiden. Das erste ist das Mittel, mit dem sich die Welle fortbewegt. Die zweite erreicht es entweder nicht oder durch sie tritt die Brechung der Welle auf. Zwischen beiden Mitteln besteht die sogenannte Trennung der Medien.

Die Normale ist eine Linie senkrecht zur Trennebene des Mediums. Der einfallende Strahl wird als Lichtstrahl bezeichnet, der die Trennfläche durch das erste Medium erreicht. Andererseits ist der reflektierte Strahl derjenige, der reflektiert wird, nachdem der einfallende Strahl mit dieser Oberfläche getroffen wurde.

Reflexionsgesetze

Während Euklid im dritten Jahrhundert v. Chr. Als erster einige Reflexions- und Brechungsgesetze veröffentlichte, ist es sicher, dass 1621 mit dem niederländischen Astronomen und Mathematiker Willebrord Snell van Royen die gegenwärtigen Gesetze der Reflexion und Brechung festgelegt wurden .

Als nächstes werden die beiden Reflexionsgesetze aufgedeckt.

Erstes Gesetz

Das erste Gesetz ist in der folgenden Aussage zusammengefasst: Der einfallende Strahl, die Normale (oder senkrecht zur Ebene) und der reflektierte Strahl befinden sich in derselben Raumebene.

Zweites Gesetz

Das zweite Reflexionsgesetz besagt, dass der Reflexionswinkel genau dem Einfallswinkel entspricht.

Fermats Prinzip

Aus dem Fermat-Prinzip lassen sich sowohl die bisherigen Reflexionsgesetze als auch die Brechungsgesetze ableiten. Dieses Prinzip bestätigt, dass die Flugbahn, die einem Lichtstrahl zwischen zwei Orten des Raums folgt, immer die kürzestmögliche Zeit nutzt.

Totalreflexion des Lichts

Die innere Totalreflexion des Lichts tritt auf, wenn das Licht auf ein Medium mit einem Brechungsindex n ₂ trifft, der geringer ist als der des Mediums, in dem es sich befindet, n ₁ . In diesem Fall kann das Licht die Trennfläche beider Medien nicht passieren und wird vollständig reflektiert.

Dies tritt natürlich nur bei Einfallswinkeln auf, die höher sind als die des sogenannten kritischen Winkels.

Die Totalreflexion ist die Ursache für die Blitze, die in einem geschliffenen Diamanten zu beobachten sind.

Arten der Reflexion

Es gibt verschiedene Arten von Reflexionen: spiegelnd, diffus oder gemischt. Ob eine oder eine andere Art von Reflexion auftritt, hängt hauptsächlich von der Art der Oberfläche ab, die sich auf ihrem Weg befindet.

Spiegelreflexion

Wenn Licht auf eine polierte und glatte Oberfläche trifft, findet eine Spiegelreflexion statt.

Diffuse Reflexion

Trifft Licht jedoch auf eine unpolierte Oberfläche, kommt es zu Reflexionen in alle Raumrichtungen. Es heißt also, es habe eine diffuse Reflexion gegeben.

Gemischte Überlegungen

Wie der Name schon sagt, tritt eine gemischte Reflexion auf, wenn eine Kombination der beiden vorherigen vorliegt.

Anwendungen

Die Reflexion von Licht hat verschiedene Anwendungen. So wird beispielsweise das Phänomen der Totalreflexion im sogenannten Porro-Prisma genutzt, das bei der Herstellung von Ferngläsern zum Einsatz kommt.

Totalreflexion wird auch für die Ausbreitung von Licht in Glasfaserkabeln verwendet. Wenn Sie zu Hause eine Internetverbindung über Glasfaser haben, sollten Sie auf diese Weise wissen, dass ein Teil Ihrer Verantwortung in der Totalreflexion des Lichts liegt.

Retroreflexion

Retroreflexion ist eine Anwendung der Lichtreflexion, die darin besteht, Licht unabhängig von seinem Einfallswinkel zur Quelle oder Quelle zurück zu reflektieren. Um dies zu erreichen, werden flache reflektierende Oberflächen verwendet.

Eine spezifische Anwendung der Retroreflexion ist in Verkehrssignalen gegeben. Dadurch kann das Licht der Scheinwerfer direkt in die Ursprungsrichtung reflektiert werden. Somit wird das Signal verstärkt, so dass der Fahrer die Warnung vor einer Gefahr erhält.

Experimentieren

Das Phänomen der Reflexion des Lichts kann mit einfachen, selbstgemachten Experimenten überprüft werden, wie wir sie Ihnen als Nächstes vorschlagen. Sie können dies ohne Risiko zu Hause tun und prüfen, wie die Physik Ihnen zur Verfügung steht.

Experiment der Totalreflexion von Licht

Um dieses Experiment durchzuführen, sind nur ein Glas, Wasser, Milch und ein Laserpointer erforderlich.

Füllen Sie zuerst das Glas mit Wasser und geben Sie dann ein paar Tropfen Milch hinzu. Richten Sie den Laserpointer anschließend auf das Gefäß unterhalb des Wasserspiegels. Auf diese Weise durchquert der Lichtstrahl des Zeigers das Wasser und wird mit der Luft auf der Wasserabscheidefläche reflektiert.

Dank der im Wasser gelösten Milchtropfen ist es außerdem möglich, den gesamten Weg der Lichtwelle zu verfolgen und sowohl den einfallenden Strahl als auch den reflektierten Strahl perfekt zu beobachten. In jedem Fall ist es das Ideal, das Experiment in einem Raum mit wenig Licht durchzuführen, um die Zeichnung der reflektierten Welle besser zu verstehen.

Ursachen

Wie wir zuvor erklärt haben, tritt dieses Phänomen nur auf, wenn das Licht von einem Medium mit einem höheren Brechungsindex zu einem Medium mit einem niedrigeren Index übergeht. In gleicher Weise muss das Licht die Trennung der Medien mit einem Winkel beeinflussen, der größer ist als der sogenannte kritische Winkel.

Fazit

Die Reflexion von Licht ist ein natürliches Phänomen, das uns täglich in unserem Leben begleitet. Dies ist so weit, dass wir die Farben dadurch wahrnehmen. Es gibt Hinweise darauf, dass er bereits im klassischen Griechenland studiert hat, obwohl Snell erst im 17. Jahrhundert damit begann, die Regeln zu definieren, die es regeln.

Gegenwärtig sind seine Anwendungen vielfältig. Einige hätten Sie sich sicherlich nicht vorgestellt, und sie greifen in unerwartete Prozesse wie die Übertragung von Informationen über Glasfaserkabel ein.

Physik ist nicht nur in allem, was uns umgibt, Licht begleitet uns auch untrennbar bei unserer Entdeckung der Realität. Nicht umsonst, es ist ihr zu verdanken, dass wir die Welt um uns herum wahrnehmen.