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Eine Reflexion ist das Zurückwerfen auftreffender Lichtstrahlen an und von einer Oberfläche. Ein Spiegel ist eine Oberfläche, die das meiste Licht, das auf sie fällt, reflektiert. Diesmal wird jedoch kein ebener Spiegel, sondern ein gekrümmter Spiegel oder auch „sphärischer Spiegel“ beobachtet. Es gibt zwei verschiedene Varianten der sphärischen Spiegel:Hohlspiegel, konkaver Spiegel oder Sammelspiegel: nach innen gewölbtWölbspiegel, konvexer Spiegel oder Zerstreuungsspiegel: nach…
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Jetzt kostenlos anmeldenEine Reflexion ist das Zurückwerfen auftreffender Lichtstrahlen an und von einer Oberfläche. Ein Spiegel ist eine Oberfläche, die das meiste Licht, das auf sie fällt, reflektiert. Diesmal wird jedoch kein ebener Spiegel, sondern ein gekrümmter Spiegel oder auch „sphärischer Spiegel“ beobachtet.
Es gibt zwei verschiedene Varianten der sphärischen Spiegel:
Stelle dir die Hülle einer Kugel vor. Die Kugel ist rund und hat überall den gleichen Radius und Durchmesser. Jeder Punkt in dieser Hülle besitzt somit die exakt gleiche Krümmung. Würdest du jetzt z.B. ein Drittel dieser Kugelhülle abschneiden, bekommst du die Form eines Hohl- und Wölbspiegels. Die Form eines konkaven oder konvexen Spiegels stellt also einen Teil einer Kugel dar. Der Mittelpunkt der Kugel, aus der der sphärische Spiegel besteht, wird als Krümmungsmittelpunkt M definiert.
Abb. 1: Krümmungsmittelpunkt M
Quelle : https://physikbuch.schule/spherical-mirrors.html
Durch das Verspiegeln der Innenfläche des abgeschnittenen Kugelstückes erhältst du einen Hohlspiegel, während das Verspiegeln der Außenseite einen Wölbspiegel kreiert.
Grundsätzlich gilt das Reflexionsgesetz, das wir bereits bei der Reflexion am ebenen Spiegel definiert haben, auch bei der Reflexion an Hohl- und Wölbspiegeln. Dabei verläuft das Winkellot immer von der Tangente des Treffpunktes von Lichtstrahl und Spiegel zum Krümmungsmittelpunkt M. Um uns die Besonderheiten eines sphärischen Spiegels genauer anzuschauen, untersuchen wir die folgenden 4 Hauptstrahlarten genauer:
Abb. 2: Mittelpunktstrahl, Brennpunktstrahl, Parallelstrahl und Scheitelstrahl
Quelle: https://physikbuch.schule/spherical-mirrors.html
Bei sphärischen Spiegeln ist die Bildentstehung zum Teil nach der Distanz der Lichtquelle zum Spiegel zu unterscheiden. Das Bild entsteht wieder auf die gleiche Weise, wie beim ebenen Spiegel. Die Randstrahlen werden reflektiert und der Bildpunkt B entsteht dort, wo sich die Bahnen der reflektierten Lichtstrahlen kreuzen. Nur wenn ein Bildpunkt B entsteht, ist ein erkennbares Spiegelbild. Bei Hohl- und Wölbspiegel sind die Reflexionsverhalten natürlich verschieden.
Wir differenzieren 3 Fälle:
Abb. 3: Fall 3 (links), Fall 1 (rechts)
Quelle: https://physikbuch.schule/spherical-mirrors.html
Merke dir: Lichtstrahlen, die sich nicht treffen bzw. sich von einander entfernen sind divergente Strahlen. Strahlen, die sich treffen, nennt man konvergent.
Bei diesen Spiegeln brauchen wir nicht in der Distanz zum Spiegel zu unterscheiden. Konvergente Spiegel kreieren immer virtuelle Bilder (Bildpunkt B entsteht hinter dem Spiegel). Außerdem entsteht das Bild stets aufrecht und verkleinert.
Du hast sicher gemerkt, dass sich manchmal nur die „Bahnen der reflektierten Lichtstrahlen“ kreuzen und manchmal die wirklichen reflektierten Lichtstrahlen. Dies zu unterscheiden ist wichtig zur Beurteilung, ob ein reelles oder virtuelles Bild entstanden ist. Wir Menschen können sowohl reelle, als auch virtuelle Bilder sehen.
Virtuelle Bilder entstehen, wenn sich die reflektierten Strahlen nicht treffen bzw. wenn divergente Lichtstrahlen nach der
Reflektion entstehen. Damit ein Bild wahrgenommen werden kann, muss ein Bildpunkt entstehen, der dort ist, wo sich die reflektierten Strahlen treffen. Verlängern wir die Laufbahn von divergenten reflektierten Lichtstrahlen in den Spiegel hinein, so treffen sie sich „hinter der Spiegelfront“ und ein Bildpunkt B entsteht. Das Bild ist somit kein echtes bzw. kein reelles Bild, sondern existiert nur „im Spiegel“. Virtuelle Bilder können nicht projiziert werden, da der Bildpunkt nicht im eigenen Raum entsteht.
Reelle Bilder entstehen, wenn sich zwei reflektierte Lichtstrahlen treffen (konvergente Lichtstrahlen). Der Bildpunkt entsteht somit im Raum und nicht im Spiegel. Am Standort des Bildpunktes B könnte man zum Beispiel eine Leinwand aufstellen und das Spiegelbild projizieren.
Die bisherigen Erkenntnisse zur Reflexion an sphärischen Spiegeln folgten einer minimalen Idealvorstellung, nämlich der, dass jeder Parallelstrahl nach der Reflektion durch den Brennpunkt verläuft. Es ist ein Fakt, dass diese Vorstellung nicht der Realität entspricht, jedoch hilft sie bei der Vereinfachung der Bildentstehung.
In Wahrheit verlaufen Parallelstrahlen minimal neben dem Brennpunkt. Dieses Verhalten nennt man Aberration.Dabei gilt folgendes:
Abb. 5: Sphärische Aberration
Quelle: https://physikbuch.schule/spherical-mirrors.html und https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1350423
Hierbei entsteht also eine Brennfläche, statt nur einem Brennpunkt. Diese wird Katakaustik genannt.
Es gibt 2 Arten von sphärischen Spiegeln: konkave Spiegel (Hohlspiegel) vs. Konvexe Spiegel (Wölbspiegel)
Es ist zwischen Parallel-, Brennpunkt-, Mittelpunkt und Scheitelstrahlen zu unterscheiden
Die Bildentstehung bei Hohlspiegeln unterscheidet sich nach der Distanz der Lichtquelle zum Spiegel
Das Bild am Wölbspiegel ist stets virtuell, aufrecht und verkleinert
Ein reelles Bild kann projiziert werden, während ein virtuelles Bild nur „im Spiegel“ ist und nicht projiziert werden kann.
Die leichte Abweichung der reflektierten Strahlen zum Brennpunkt wird Aberration genannt
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