Lichtbrechung

Du kennst das bestimmt: Wenn du ins Schwimmbad schaust, sieht der Boden näher aus, als er wirklich ist. Das passiert, weil sich Lichtstrahlen verbiegen, wenn sie von einem durchsichtigen Material in ein anderes wechseln.

Diese Verbiegung nennt man Lichtbrechung. Sie tritt fast immer auf, wenn Licht die Grenze zwischen zwei verschiedenen Stoffen überquert - zum Beispiel von Luft ins Wasser oder von Luft ins Glas.

Merktipp: Stell dir vor, ein Auto fährt schräg von der Straße auf Sand - es wird auch "abgelenkt", weil der Untergrund anders ist!

Brechung zum Lot hin

Wenn Licht von einem "dünneren" Stoff (wie Luft) in einen "dichteren" Stoff (wie Wasser) geht, passiert etwas Faszinierendes. Der Lichtstrahl wird zum Lot hin gebrochen - das bedeutet, er knickt in Richtung einer gedachten senkrechten Linie ab.

Das Lot ist diese unsichtbare Hilfslinie, die senkrecht auf der Grenzfläche steht. Der Einfallswinkel α ist der Winkel zwischen dem ankommenden Strahl und dem Lot. Der Brechungswinkel β ist kleiner als der Einfallswinkel.

Du kannst das super im Schwimmbad beobachten: Deine Beine sehen unter Wasser kürzer und breiter aus, weil das Licht gebrochen wird, bevor es deine Augen erreicht.

Eselsbrücke: Von dünn zu dick → zum Lot hin!

Brechung vom Lot weg

Jetzt wird's umgekehrt! Wenn Licht von einem dichteren Stoff (Wasser) zu einem dünneren Stoff (Luft) wechselt, dann wird es vom Lot weg gebrochen. Der Brechungswinkel β wird jetzt größer als der Einfallswinkel α.

Das siehst du, wenn du von unter Wasser nach oben schaust. Die Welt über der Wasseroberfläche wirkt verzerrt und breiter, als sie wirklich ist.

Diese umgekehrte Brechung erklärt auch, warum Fische für uns schwerer zu fangen sind, als es aussieht - sie befinden sich nicht da, wo wir sie sehen!

Eselsbrücke: Von dick zu dünn → vom Lot weg!

Besonderheiten der Lichtbrechung

Es gibt ein paar coole Regeln, die du dir merken solltest. Erstens: Fällt Licht senkrecht ein (Einfallswinkel 0°), dann gibt's keine Brechung - der Strahl geht einfach geradeaus durch.

Zweitens ist der Lichtweg umkehrbar. Das bedeutet: Wenn du die Richtung umkehrst, nimmt das Licht exakt den gleichen Weg zurück. Drittens hängt das Ausmaß der Brechung davon ab, durch welche Materialien das Licht geht.

Die Tabelle zeigt dir: Bei 30° Einfallswinkel aus der Luft wird das Licht in Diamant am stärksten gebrochen (nur noch 11,9°), in Wasser am schwächsten (22,1°). Deshalb funkeln Diamanten so krass!

Prüfungstipp: Diamant bricht Licht am stärksten - deshalb ist er so wertvoll für Schmuck!

Totalreflexion

Hier wird's richtig spannend! Bei der Totalreflexion wird das Licht nicht mehr gebrochen, sondern komplett zurückgeworfen - wie bei einem perfekten Spiegel.

Das passiert nur, wenn Licht von einem dichteren zu einem dünneren Material geht UND der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel ist. Überschreitest du diesen magischen Winkel, wird das Licht zu 100% reflektiert.

Glasfaserkabel nutzen genau diesen Effekt! Das Licht springt immer wieder an den Wänden ab und kann so über riesige Entfernungen transportiert werden - so funktioniert dein Internet!

Alltagsbezug: Totalreflexion macht dein WLAN möglich - ohne sie gäbe es keine Glasfaserkabel!

Farbabhängige Brechung

Last but not least: Nicht jede Lichtfarbe wird gleich stark gebrochen! Rotes Licht verhält sich anders als blaues Licht, wenn es durch dasselbe Material geht.

Das ist der Grund, warum ein Prisma weißes Licht in alle Regenbogenfarben aufteilen kann. Jede Farbe wird etwas anders gebrochen und nimmt dadurch einen leicht anderen Weg.

Auch der Regenbogen funktioniert so: Wassertropfen in der Luft brechen das Sonnenlicht unterschiedlich stark, je nach Farbe. So entstehen die wunderschönen Farbstreifen am Himmel!

Wow-Faktor: Ohne farbabhängige Brechung gäbe es keine Regenbögen!