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Du möchtest erfahren, wie Licht an geraden Oberflächen oder einem ebenen Spiegel reflektiert? Da bist du bei StudySmarter genau richtig! In diesem Artikel zeigen wir dir, wie sich ein Lichtstrahl beim Aufprall auf einen Spiegel verhält und wie sich diese Reflexion auf unsere Wahrnehmung eines Spiegelbilds auswirkt. Dieses Thema ist der Optik, ein Teilgebiet der Physik, zuzuordnen.
Zunächst definieren wir unsere Rahmenbedingungen. Wir beobachten einen Lichtstrahl, der immer geradlinig verläuft. Wir befinden uns somit in der Strahlenoptik. Ein Spiegel ist eine glatte und ebene Oberfläche, die das meiste Licht, das auf sie fällt, wieder zurückwirft. Das „Zurückwerfen“ eines Lichtstrahls nennt man „Reflektion“.
Bei der Reflexion am ebenen Spiegel trifft der Lichtstrahl immer mit einem bestimmten Einfallswinkel auf den Spiegel und wird im Reflexionswinkel
reflektiert. Die Winkel
und
werden vom sogenannten Einfallslot aus, bis zum einfallenden oder reflektierten Lichtstrahl gemessen. Das Einfallslot dient als reine Messhilfe und stellt eine Senkrechte dar, die ihren Ursprung im Treffpunkt des Lichtstrahles und Spiegels besitzt. Bei diesem Verhalten des Lichtes ist herauszufinden in welchem Winkel
der Lichtstrahl reflektiert wird, wenn er mit einem bestimmten Winkel α auftritt.
Abb. 1: Lichtstrahl scheint auf einen Spiegel(Quelle: By Zátonyi Sándor (ifj.) - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10035697)
In diesem Versuch scheint eine Lichtquelle einen Lichtstrahl auf einen Spiegel. Die Front des Spiegels steht dabei genau auf der halbierenden Geraden einer Schablone zur Messung des Einfalls- und Reflexionswinkels. Die Gerade von der oberen „0“ zum Spiegel bildet hierbei das Einfallslot. Der Lichtstrahl besitzt somit einen Einfallswinkel von 50.
Zu Beobachten ist, dass der Lichtstrahl auf der anderen Seite des Lots in dem exakt gleichen Winkel reflektiert wird. Der Reflexionswinkel entspricht somit der Größe des Einfallswinkels. Sie sind nicht dieselben Winkel, da sie in verschiedene Richtungen verlaufen, jedoch besitzen der einfallende und reflektierte Lichtstrahl die identische Winkelgröße. Der Winkel des reflektierten Strahles kann somit auch als
definiert werden.
Aus diesen Erkenntnissen ergibt sich das sogenannte Reflexionsgesetz. Dieses besagt:
Das Ganze bedeutet:
Für viele sind die Theorien der Physik trockene Informationen. Versuchen wir also das Ganze auf unseren Alltag anzuwenden. Wir können sehen – das ist ein Fakt. Das Licht mit den Informationen darüber, was wir sehen, fällt somit in unsere Augen. Wir schauen aber nicht direkt in die Sonne oder in die Lampe in unserem Raum, das Licht fand also einen indirekten Weg in unsere Augen.
Wir schauen uns selbst im Spiegel an und sehen uns selbst als wären wir in einem anderen Raum im Spiegel. Genauer gesagt, können Tiefen im Spiegelbild wahrgenommen werden. Wir wenden jetzt die Reflexion am ebenen Spiegel auf unser Spiegelbild an:
Abb. 2: Reflexion am ebenen Spiegel im Bezug auf das eigene Spiegelbild(Quelle: https://physikunterricht-online.de/)
Als Beispiel nehmen wir eine brennende Kerze. Die Flammenspitze entsendet ein Lichtbündel, das heißt mehrere Lichtstrahlen zusammen, das von den 2 roten Linien markiert wurde. Die beiden Linien geben jeweils die Randstrahlen des Lichtbündels an. Diese Lichtstrahlen treffen auf den Spiegel und werden nach dem Reflexionsgesetz reflektiert. Die reflektierten Strahlen treffen dann in unser Auge. Wir sind Menschen und können nicht um die Ecke schauen, sondern nehmen an, dass etwas immer dort ist, wo der Lichtstrahl herkam. Der letzte Vektor oder „Richtung“ des Lichtstrahles war vom Spiegel zu unserem Auge. Für das Auge verlängert sich dieser Vektor in den Spiegel hinein und man nimmt daher das Spiegelbild vor uns, und hinter der Spiegelfront wahr. Es entsteht ein virtueller Bildpunkt und Spiegelbild eines realen Gegenstandes.
„Virtuell“ bedeutet, dass es kein reales Bild ist. Das Spiegelbild ist eine Abbildung der Realität durch Reflexion. Man könnte ein Spiegelbild nicht einfach auf eine Leinwand projizieren, wie einen Film mit einem Beamer. Würde man einen Film an die Wand projizieren, nehmen wir den Film wahr, weil das Licht vom Projektor auf die Wand und in unsere Augen reflektiert wird. Der Film den wir sehen ist wirklich auf der Wand. Bei einem Spiegelbild wirkt es nur so, als wäre in unserem Fall die Kerze hinter dem Spiegel.
Du warst sicher mal am See baden. Wir gehen jetzt davon aus, dass weder viel Wind bläst, noch irgendjemand im See schwimmt. Die Wasseroberfläche ist somit eben und glatt.
Abb. 3:Reflexion auf Wasseroberflächen(Quelle:Photo by James Wheeler from Pexels)
Dabei passiert das Gleiche wie beim Spiegel. Lichtstrahlen der Bäume am anderen Ufer treffen auf die Wasseroberfläche und werden in unsere Augen reflektiert. Es entsteht wieder ein virtueller Bildpunkt des Baumes, der das wahrzunehmende Spiegelbild des Baumes erklärt. Genau das Gleiche passierte in diesem Bild auch mit den Wolken und sogar dem Berg im Hintergrund, sodass eine Spiegelung der ganzen Landschaft im Hintergrund zusehen ist.
Du bist dir nicht ganz sicher was Lichtstrahlen oder die Strahlenoptik sind? Schau dir unsere anderen Themen zur Optik an oder lerne mit den Zusammenfassungen und Karteikarten anderer Schüler zum selben Thema auf StudySmarter. Viel Erfolg!
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