Abb.1
Brechung
Wie jedem bestimmt schon aufgefallen ist, ist wenn man z.B. bis zu den Knien im Wasser steht, die Beine kürzer erscheinen, als sie in Wirklichkeit sind. Hierzu zwei Versuche den man auch zu Hause, nachmachen kann:
Beispiel:
1.Stellt man einen Bleistift in eine Tasse
so scheint er gerade, gießt man nun Wasser hinzu
„bekommt“ der Stift einen Knick.
(Abb.1)
2.Steht man bis zu den Knien (z.B.: Im Schwimmbad)
im Wasser, dann hat man den Eindruck die Beine sind stark verkürzt.
Erklärung:
Dies wird durch den Übergang des Lichts
vom Wasser in Luft vorgetäuscht. Das Licht erfährt im Übergang
von einem durchsichtigen Stoff in einen anderen an der Grenzfläche
eine Richtungsänderung. In diesem Fall stellt der Bleistift (bzw.
die Beine) das Licht dar. Ein Teil des Lichts, dass schräg auf das
Wasser fällt wird reflektiert, der andere Teil dringt ins Wasser ein
und wechselt seine Richtung, deshalb erscheint der Bleistift nicht nur
geknickt sondern auch verkürzt und aus dem Wasser angehoben.
Nach dem gleichen Prinzip funktioniert auch
das „kurze“ Bein.
Nun untersuchen wir eine genaue Brechung eines Lichtbündels an der Grenzfläche Luft-Glas.
Erklärung zum „Knick“:
Man kann sich das vorstellen an z.B. einem einseitig mit Schmirgelpapier beklebten Holzbrett: Lässt man eine Spielzeugautoachse auf dem Brett fahren wechselt es seine Richtung beim Übergang der verschiedenen Oberflächen. Die Achse rollt mit verminderter aber gleicher Geschwindigkeit auf dem Brett weiter.
Am Beispiel Licht-Wasser heisst das: Während
ein Teil des Lichts einer “Lichtfront“ noch mit unveränderter Geschwindigkeit
im ersten Medium Luft weiter läuft, breitet sich der andere Teil schon
mit veränderter Geschwindigkeit im zweiten Medium Wasser aus. Durch
den Übergang in ein dichteres Medium bricht sich der Lichtstrahl am
Lot. Umso mehr je nach dem Verhältnis von c Luft/c Medium (c=Geschwindigkeit).
Das Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit bestimmt, wie stark
der Lichtstrahl geknickt wird. Es heisst Brechzahl. Die Brechzahl für
Luft-Glas z.B. beträgt 1,5.