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Totalreflexion 05:57 min

Textversion des Videos

Transkript Totalreflexion

Vielleicht hast du schon einmal beobachtet, dass die Scheibenwischer eines Autos die Wischgeschwindigkeit dem Regen anpassen können. In modernen Autos passiert das ganz automatisch. Regnet es stark, wischen die Scheibenwischer einfach schneller. Beruhigt sich der Regen, werden auch die Scheibenwischer langsamer.

Videoübersicht

Wie genau die Scheibenwischer das machen und woher sie wissen, wie stark es regnet, erfährst du in diesem Video zur Totalreflexion. Dafür wiederholen wir zunächst das Reflexionsgesetz. Im Anschluss lernst du den Begriff der Totalreflexion kennen und unter welchen Bedingungen es zu diesem Phänomen kommt. Und danach erklären wir dir, wie die Totalreflexion im Regensensor zum Einsatz kommt.

Das Reflexionsgesetz

Zunächst wiederholen wir kurz das Reflexionsgesetz. Denn Reflexion spielt in diesem Video ja eine Hauptrolle. Trifft Licht auf einen ebenen Spiegel, wird es nach den Regeln des Reflexionsgesetztes reflektiert. Es gilt dabei: Einfallswinkel alpha gleich Ausfallswinkel alpha Strich. Auch eine so genannte Grenzfläche kann als durchsichtiger Spiegel wirken.

Unterschied zur normalen Reflexion

Eine solche Grenzfläche entsteht zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen optischen Dichten. Zum Beispiel zwischen Wasser und Luft. Was macht nun aber die Totalreflexion so besonders? Bei der normalen Reflexion wird immer nur ein Teil des Lichtes reflektiert. Ein gewisser Teil geht durch die Grenzfläche durch. Man sagt es wird absorbiert.

Als Totalreflexion bezeichnet man nun die Situation, bei der das gesamte Licht, das auf eine solche Grenzfläche trifft, reflektiert wird. Damit es zu einer solchen Totalreflexion kommt, müssen jedoch zwei Bedingungen erfüllt sein. Licht wird total reflektiert, wenn…

Erstens das Licht aus einem optisch dichteren Medium auf die Grenzfläche zum optisch dünneren Medium trifft. Wasser ist beispielsweise optisch dichter als Luft. Der Lichtstrahl müsste also beim Medienpaar Wasser Luft aus dem Wasser kommen. Die zweite Bedingung betrifft den Einfallswinkel. Es gibt nämlich einen bestimmten Einfallswinkel, ab dem es zur Totalreflexion kommt. Den so genannten Grenzwinkel.

Der Grenzwinkel

Ist der Einfallswinkel alpha kleiner als der Grenzwinkel alpha grenz, wird ein Teil des Lichtes reflektiert. Der andere Teil durchdringt die Grenzfläche und wird gebrochen. Ist der Einfallswinkel gleich dem Grenzwinkel, verläuft ein Teil in der Grenzschicht, der andere Teil wird reflektiert. Und erst wenn der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel ist, wird das gesamte Licht reflektiert.

Wir halten also fest: für die Totalreflektion muss der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel sein. Wie groß dieser Grenzwinkel ist, hängt von den beiden aneinander grenzenden Medien ab. Und genau das nutzt der Regensensor eines Autos aus, um den Scheibenwischern zu sagen wie schnell sie wischen müssen.

Funktionalität eines Regensensors

Ein Regensensor besitzt besondere Bauteile. Zum einen die Lichtquelle. Sie schickt Licht aus dem Glas der Autoscheibe auf die Grenzfläche zur Luft außerhalb des Autos. Diese Lichtquelle ist so eingestellt, dass der Einfallswinkel größer ist als der Grenzwinkel des Medienpaares Glas und Luft. Deshalb wird das Licht total reflektiert und trifft komplett auf einen Detektor. Dieser vermittelt den Scheibenwischern dann elektronisch, dass es gerade nicht regnet und sie nicht wischen müssen.

Regnet es nun auf die Autoscheibe, entsteht an den betropften Stellen der Scheibe der Medienübergang Glas zu Wasser. Für diesen neuen Grenzwinkel ist aber der Einfallswinkel der Lichtquelle nicht eingestellt. Deshalb findet an diesen Stellen keine Totalreflektion mehr statt. Und so gelangt auch nicht mehr das gesamte Licht in den Detektor. Das nimmt der Detektor als Anlass, die Scheibenwischer zu alarmieren.

Zusammenfassung zur Totalreflexion

Je stärker es regnet, desto weniger Licht gelangt in den Detektor. Und je weniger Licht der Detektor registriert, desto schneller befiehlt er den Scheibenwischern zu wischen. Lass uns noch einmal zusammenfassen, was du über Totalreflexion erfahren hast: Licht kann nicht nur an Spiegeln, sondern auch an Grenzflächen zwischen zwei optisch unterschiedlich dichten Medien reflektiert werden.

Zu einer Totalreflexion kommt es unter zwei Bedingungen: Erstens muss das Licht aus dem optisch dichteren Medium auf die Grenzfläche zum optisch dünneren Medium treffen. Zweitens muss der Einfallswinkel größer sein als der Grenzwinkel, der vom Medienpaar abhängt. Abschließend ein kleiner Forschungsauftrag für dich.

Übungsaufgabe

Die Lichtquelle des Regensensors leuchtet jederzeit. Doch man sieht kein Licht, das die Scheibe durchleuchtet. Wie kann das sein? Versuche herauszufinden, wo sich diese Lichtquelle an der Scheibe befindet. Und vor allem, welche Art von Licht man nicht sehen kann! Viel Spaß beim Nachforschen!

Informationen zum Video
9 Kommentare
  1. Default

    Ich versteh jetzt aber nicht wie gross jetzt der grenzwinkkel sein soll?

    Von Familie Wenzel, vor 13 Tagen
  2. Img 2780

    Sehr gutes Video, DANKE...

    Von Erik S., vor 16 Tagen
  3. Default

    gut

    Von Tanja Becker27, vor etwa einem Monat
  4. Karsten

    @Markus W.

    Sie haben recht der obere Pfeil wird leider zum Lot hingebrochen und sollte vom Lot weggebrochen werden. Wir werden dies zeitnah ändern.

    LG

    Von Karsten Schedemann, vor 6 Monaten
  5. Default

    Super Video, wie immer !!!

    Eine Sache ist mir aufgefallen. Bei 2:51 wird der gebrochene Lichstrahl eingezeichnet. Dieser müsste, wenn er vom opt. dichteren Medium kommt, vom Lot weg gebrochen werden. Im Video sieht es so aus, als würde er zum Lot in gebrochen werden.

    VG

    Von Markus W., vor 6 Monaten
  1. Karsten

    @D Tamir

    Das Licht, im Regensensor kann eigentlich jedes Licht sein. Es ist nur wichtig, dass es im passenden Winkel auf die Scheibe trifft.

    Von Karsten Schedemann, vor 9 Monaten
  2. Default

    Spitze!!!
    Ist das Scheibenwischerlicht Infrarot?

    Von D Tamir, vor 9 Monaten
  3. Images

    Ich finde Aufgaben könnten länger sein!!!

    Von Gina ., vor etwa einem Jahr
  4. Default

    ERSTER

    Von Veit Robin, vor mehr als einem Jahr
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