Reflexion von Licht

Trifft Licht auf einen Körper bzw. auf eine Oberfläche, so wird es zumindest zum Teil zurückgeworfen (reflektiert). Dieser Vorgang heißt Reflexion.

Bei rauen Oberflächen wird das Licht in alle möglichen Richtungen reflektiert - man spricht von Streuung. Dieser Art der Reflexion kennst Du bereits aus dem Abschnitt zur Ausbreitung von Licht.

Wir wollen nun untersuchen, wie das Licht an einer glatten Oberfläche wie einem Spiegel reflektiert wird.

Reflexion von Licht am ebenen Spiegel

Ein ebener Spiegel ist eine glatte Oberfläche, die nicht gekrümmt, sondern völlig gerade ("eben") ist, an der der größte Teil des auftreffenden Lichts reflektiert wird. Trifft ein Lichtstrahl auf die Oberfläche eines ebenen Spiegels, so wird er in eine bestimmte Richtung reflektiert.

einfallender Lichtstrahl EinfallslotDer der Winkel des einfallenden Lichtstrahls, der sogenannte Einfallswinkel \alpha ("alpha"), wird dabei zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und dem sogenannten Einfallslot gemessen. Das Einfallslot ist eine dünne (gedachte) Hilfslinie, die durch den Auftreffpunkt des Lichts verläuft und senkrecht zur Oberfläche steht. Das Einfallslot dient uns also dazu, den Einfallswinkel zu messen:

Um den Zusammenhang zwischen dem Einfallswinkel und dem Reflexionswinkel \beta ("beta", Winkel des reflektierten Lichtstrahls) zu messen, wird folgender Versuch durchgeführt:

Versuch

Ein schmales Lichtbündel ("Lichtstrahl") trifft unter verschiedenen Einfallswinkeln auf einen ebenen Spiegel. Mit Hilfe einer Winkelscheibe kann der Einfallswinkel \alpha sowie der Reflexionswinkel \beta gemessen werden:

Reflexion am ebenen Spiegel

Auch zur Messung des Reflexionswinkels dient das Einfallslot (s.o.): Der Reflexionswinkel \beta ist der Winkel zwischen dem Einfallslot und dem reflektierten Lichtstrahl. Wie man sieht, liegen einfallender und reflektierter Lichtstrahl sowie das Einfallslot (durchgezogene Linie) in einer Ebene.

Die Winkelscheibe wird nun mit dem Spiegel so gedreht, dass sich nacheinander die Einfallswinkel 10°, 20°, 30° ... 80° ergeben. Die zugehörigen Reflexionswinkel werden abgelesen und in eine Tabelle eingetragen.

Tabelle

Einfallswinkel \alpha 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80°
Reflexionswinkel \beta 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80°

Auswertung

Wie man erkennen kann, ist der Reflexionswinkel \beta immer genauso groß wie der Einfallswinkel \alpha.

Im oberen Bild lässt sich gar nicht erkennen, welches der einfallende und welches der reflektierte Lichtstrahl ist. Würde man einen zweiten Lichtstrahl deckungsgleich zum reflektierten Strahl auf den Spiegel treffen lassen, so würde dieser deckungsgleich zum ersten einfallenden Lichtstrahl reflektiert werden.

Man sagt: Der Lichtweg ist umkehrbar.

Bei der Reflexion am ebenen Spiegel gilt also folgendes Gesetz:

Reflexionsgesetz

Für einen ebenen Spiegel gilt das Reflexionsgesetz:

1) Der einfallende Strahl, das Einfallslot und der reflektierte Strahl liegen in einer Ebene.

2) Der Einfallswinkel ist stets genauso groß wie der Reflexionswinkel.     \alpha=\beta

    Der Lichtweg ist umkehrbar.

Reflexionsgesetz

Wie entsteht ein Spiegelbild?

Stellt man einen Gegenstand vor einen Spiegel und schaut von der gleichen Seite in den Spiegel, so sieht man ein Bild des Gegenstandes. Das Bild hat die gleiche Größe und Entfernung vom Spiegel wie der Gegenstand.

Mit Hilfe des Reflexionsgesetzes lässt sich die Entstehung eines Spiegelbildes erklären:

Damit wir einen Gegenstand sehen können, muss Licht vom Gegenstand in unser Auge treffen. Licht breitet sich normalerweise geradlinig aus. Daher nehmen wir an, dass das Licht, welches von einem Gegenstandspunkt in unser Auge trifft, aus der Richtung des reflektierten Lichts kommt.

Entstehung eines Spiegelbildes

Für uns scheint es also so, als käme das Licht von einem Punkt hinter dem Spiegel. Der Bildpunkt liegt dort, wo sich die geradlinig verlängerten Lichtstrahlen (gestrichelt) des reflektierten Bündels schneiden. Das gleiche gilt für alle Bildpunkte, so dass wir schließlich ein Bild des Gegenstandes hinter dem Spiegel sehen.

Da von dort jedoch in Wirklichkeit kein Licht kommt und man, wenn man hinter den Spiegel schaut, nicht wirklich ein Bild sieht, spricht man von einem virtuellen Bild. Dieses Bild lässt sich nicht auf einem Schirm abbilden.

Im Gegensatz dazu hast Du mit Hilfe der Lochblende ein reelles Bild auf einem Schirm erzeugt: Das Bild ließ sich mit dem Schirm auffangen, und das Licht, welches in Dein Auge gelangte, kam tatsächlich vom Schirm - dort, wo Du es gesehen hast!