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Lichtbrechung 07:25 min

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Transkript Lichtbrechung

Lichtbrechung

Hallo. Hast du dir einmal einen Sonnenuntergang am Meer angesehen? Oder von einem Hügel über ein weites Feld? Die Sonne wird wunderschön orangerot und verschwindet langsam am Horizont. Ist dir dabei auch aufgefallen, dass die Sonne irgendwie platter wirkt? Sie scheint jetzt nicht mehr rund, sondern eher oval zu sein. Wie ein Ei? Kannst du dir das erklären?

Die Antwort erfährst du in diesem Video, denn unser Thema ist die Lichtbrechung. Dazu wiederholen wir kurz, wie Licht sich ausbreitet und was Lichtwege sind. Dann schauen wir uns die Lichtwege an, wenn sie durch unterschiedliche Stoffe durchgehen, was uns direkt zur Lichtbrechung führt. Und abschließend zeige ich dir, wo uns die Lichtbrechung im Alltag begegnet und wir kommen zu unserer platten Sonne.

Lass uns also mit dem Licht anfangen. Licht wird von Lichtquellen, wie der Sonne oder einer Lampe ausgesendet. Nach dem Strahlenmodell breitet es sich dabei in alle Richtungen geradlinig aus. Fällt so ein Lichtstrahl in unser Auge, dann können wir direkt in die Lichtquelle sehen. Fällt das Licht auf einen Körper, wie zum Beispiel diesen Fisch, dann wird das Licht in alle Richtungen gestreut. Gelangt ein Teil dieses gestreuten Lichts in unser Auge, dann sehen wir den Fisch.

All diese Lichtwege sind dabei umkehrbar. Das heißt, die Lichtwege könnten genauso in umgekehrter Richtung verlaufen, wenn man die Position von Auge und Lichtquelle vertauschen würde.

Ok. Kommen wir zur Lichtbrechung. Lichtbrechung tritt auf, wenn ein Lichtstrahl durch Stoffe mit einer unterschiedlichen optischen Dichte hindurch verläuft. Hier haben wir die Grenzfläche zwischen Luft und Wasser, also zum Beispiel ein ruhiger See oder ein Wasserbecken. Luft ist das optisch dünnere Medium und Wasser ist optischer dichter.

Fällt nun ein Lichtstrahl schräg auf diese Grenzfläche, dann gibt es zwei Phänomene. Ein Teil des Lichtes wird reflektiert, wie bei einem Spiegel. Ein anderer Teil geht durch das Wasser. Doch dabei ist die Ausbreitungsrichtung verändert, der Lichtstrahl wird wortwörtlich gebrochen. Das kannst du gut beobachten, wenn du einen Löffel in ein Wasserglas stellst. Der Löffel sieht regelrecht abgeschnitten und versetzt aus.

In der Zeichnung können wir das gut verdeutlichen, wenn wir ein Lot zur Grenzfläche zeichnen. Der Einfallswinkel Alpha zwischen dem einfallenden Strahl und dem Lot ist größer als der Brechungswinkel Beta zwischen dem gebrochenen Strahl und dem Lot. Für diese Situation können wir festhalten, dass das Licht beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium zum Lot hin gebrochen wird.

Spannend dabei ist auch, dass je größer der Einfallswinkel wird, desto stärker wird der Lichtstrahl auch gebrochen. Umgekehrt gilt, je kleiner der Einfallswinkel, desto geringer die Brechung. Fällt der Lichtstrahl genau senkrecht auf die Grenzfläche, dann wird er gar nicht gebrochen.

Wie auch bei der regelmäßigen Reflexion liegen immer alle Strahlen und das Lot in einer Ebene. Auch bei der Lichtbrechung gilt, dass der Lichtweg umkehrbar ist. Kommt also das Licht aus dem Wasser und will an die Luft, dann wird es ebenfalls gebrochen. Nur diesmal vom Lot weg. Der Lichtweg des gebrochenen Strahls verläuft in umgekehrte Richtung. Es gilt also: Vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium wird das Licht vom Lot weg gebrochen.

Zu guter letzt ist die Stärke der Brechung von den beteiligten Medien abhängig. Die Brechung von Luft zu Wasser ist nicht so stark, wie beispielsweise die Brechung von Luft zu Glas. Glas ist optisch noch dichter als Wasser und der Lichtstrahl wird noch stärker zum Lot hingebrochen.

Im Alltag kann die Lichtbrechung für einige Verwirrung sorgen. Hast du schon einmal versucht nach einem Fisch im Wasser zu greifen? Man greift immer daneben, richtig? Um den Fisch zu sehen, muss das gestreute Licht in unser Auge fallen. Dabei wird es vom vom Wasser zur Luft gebrochen, also vom Lot weg. Das dumme ist nur, dass wir diese Brechung nicht bemerken, wenn wir auf die Wasseroberfläche schauen. Wir denken, der Fisch wäre in gerader Linie unter der Oberfläche. Greifen wir nun dort hin, greifen wir ins Leere. In Wirklichkeit liegt der Fisch viel tiefer. Dieses Phänomen nennt man optische Hebung.

Und genau diese optische Hebung kommt auch bei unserer platten Sonne zum tragen. Wenn es bei uns Abend wird, fällt das Licht der Sonne schräg in die Erdatmosphäre. Dabei wird es zum Lot hin gebrochen, weil das Weltall durch sein Vakuum das optisch dünnere Medium und die Erdatmosphäre das optisch dichtere Medium ist. Allerdings fällt das Licht vom unteren Teil der Sonne flacher auf die Atmosphäre, als das Licht vom oberen Teil. Dadurch wird der untere Teil stärker gebrochen als der obere und somit auch stärker optisch angehoben. Und auf diese Weise scheint für uns auf der Erde die Abendsonne eine platte Form zu haben.

So, fassen wir mal das Wichtigste zusammen: Wenn Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei optisch verschiedenen Medien trifft, dann wird ein Teil reflektiert und ein Teil gebrochen. Beim Übergang vom optisch dünneren zum dichteren Medium wird das Licht zum Lot hin gebrochen. Vom dichteren zum dünneren Medium wird es vom Lot weg gebrochen. Und die Stärke der Brechung ist vom Einfallswinkel und von der optischen Dichte der Medien abhängig.

Zum Abschluss habe ich noch einen kleinen Heimversuch für dich: Lege eine Münze in eine Müslischüssel stelle sie auf einen Tisch und geh’ einen Schritt zurück, so dass du die Münze über den Schüsselrand gerade nicht mehr sehen kannst. Bitte nun einen Freund, die Schüssel langsam mit Wasser zu füllen.

Was wird wohl passieren? Probier’s gleich aus!

44 Kommentare
  1. hab viel gelernt

    Von I Pohl, vor 2 Monaten
  2. mal wieder ein Supper Viedeo macht weiter so

    Von Vivi S., vor 2 Monaten
  3. Hallo D Knaust,

    was dann passiert, siehst du in diesem Video:

    https://www.sofatutor.com/physik/videos/brechungsgesetz

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten Schedemann, vor 3 Monaten
  4. Was wäre, wenn das Licht aus dem Wasser kommt, in die luft scheint und dann wieder ins Wasser ? Wie ist dann der Winkel???"

    Von D Knaust, vor 3 Monaten
  5. Ich habe eine Frage an die Redaktion. Wie lange gibt es SofaTutor schon? Würdet mich sehr freuen wenn eine Antwort kommt.

    Von Garschagen5, vor 3 Monaten
  1. Danke, echt gut erklärt😀

    Von Noomi Petsch, vor 4 Monaten
  2. Sehr hilfreich

    Von Franziska Saida2006, vor 6 Monaten
  3. cooles Video hat mir geholfen

    Von Pooky, vor 6 Monaten
  4. Ehrenmann"/

    Von Aggresiver E., vor 7 Monaten
  5. DANKE!

    Von Tita M., vor 8 Monaten
  6. Super Video !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
    :D ;) :)

    Von Wadi Raid, vor 11 Monaten
  7. Ich kannte das Experiment schon aus dem Unterich!Die Münze wird immer mehr sichtbar und hebt sich scheinbar an!Schönes Video!!!😊

    Von Hauer Beatrice, vor 12 Monaten
  8. danke für das gute Video es hat mir geholfen :)

    Von jonas g., vor 12 Monaten
  9. Hat mir echt geholfen THX :D

    Von Joelvukovi, vor 12 Monaten
  10. hat mir leider nicht geholfe aber gut gemacht $$$$$$$$

    Von Portugalltobias, vor 12 Monaten
  11. das hat mir echt geholfen :):):):)

    Von phil g., vor 12 Monaten
  12. Cool :P

    Von Joelvukovi, vor 12 Monaten
  13. Aaha ok dankeschön...

    Von Maja V., vor etwa einem Jahr
  14. @Maja V.,
    das Licht wird zum Lot hin gebrochen, wenn es nach dem Durchgang durch die Grenzfläche näher am Lot verläuft, als vor dem Durchgang. Also der Einfallswinkel größer ist, als der Brechungswinkel.

    Von Karsten Schedemann, vor etwa einem Jahr
  15. Danke super video. Aber ich verstehe nur noch nicht ganz was man mit " Zum Lot hingebrochen" meint. Aber sonst sehr gut...

    Von Maja V., vor etwa einem Jahr
  16. Sehr hilfreiches Video und gute Übungsaufgaben! Weiter so!!

    Von Greta J., vor etwa einem Jahr
  17. cooles Vieo🖒

    Von Barth Man, vor etwa einem Jahr
  18. Dank dem Video habe ich das Thema endlich verstanden.

    Von Yara 06, vor etwa einem Jahr
  19. Super Video!!!!!! könntest mal unserem Lehrer sagen wie man so was gut erklärt.......

    Von Lmaksai, vor mehr als einem Jahr
  20. Danke, sehr gutes Video

    Von No Name, vor mehr als einem Jahr
  21. Ist das stop-motion? Geil

    Von ben w., vor mehr als einem Jahr
  22. endlich hab ich das Thema sehr gut verstanden:-)

    Von Kinder Cb, vor mehr als einem Jahr
  23. habe mündlich in der stunde eine 1

    Von Dan L., vor fast 2 Jahren
  24. LOL

    Von Dk Mosberger, vor etwa 2 Jahren
  25. LOL

    Von Anett Rost, vor etwa 2 Jahren
  26. Dieser Moment wenn dir ein 7:30 min. Video mehr beibringt als dein Lehrer in 1,5 std. 😂Danke

    Von S Bennje, vor etwa 2 Jahren
  27. Sehr gut erklärt! Ich finde deine Videos immer sehr hilfreich.:)

    Von Xhaiqua, vor etwa 2 Jahren
  28. Sehr Hilfreich!
    In der Schule habe ich es gar nicht verstanden.

    Von Aurelia1601, vor mehr als 2 Jahren
  29. Super Video mit gute Übungsaufgaben :)

    Von Avadehghani77, vor fast 3 Jahren
  30. vielen dank ! sehr gut erklärt:)

    Von Der Streber, vor etwa 3 Jahren
  31. Super Video!!!

    Von Nakaluhi, vor etwa 3 Jahren
  32. Tolles Video!

    Von Anika A. N., vor etwa 3 Jahren
  33. ja sehr gut;D

    Von Judith H., vor mehr als 3 Jahren
  34. Sehr Gut! :)

    Von Broesgen, vor mehr als 3 Jahren
  35. Danke.
    Echt gut gestaltet. :D

    Von Peter Inessa, vor fast 4 Jahren
  36. Richtig gut!

    Von Emmi Mueller2014, vor fast 5 Jahren
  37. Es hat mir sehr weiter geholfen :D

    Von Rawel, vor etwa 5 Jahren
  38. Sehr gut

    Von Christine Boehmer, vor mehr als 5 Jahren
  39. Ich fand es sehr gut das am Ende ein kleines Experiment für uns dabei ist

    Von Lancelot D., vor mehr als 5 Jahren
Mehr Kommentare

Lichtbrechung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Lichtbrechung kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschrifte die Skizze zur Lichtbrechung mit den richtigen Begriffen.

    Tipps

    Das Licht kommt von der Sonne.

    Die Grenzfläche ist die Trennfläche zwischen zwei Medien.

    In einem See kannst du gleichzeitig dein Spiegelbild und den Grund des Sees sehen.

    Lösung

    Der Lichtstrahl kommt von der Sonne, also kommt er aus der Luft und trifft auf die Wasseroberfläche. Diese reflektiert einen Teil des Lichtes, es gilt hierbei: Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel. Zusätzlich wird ein Teil des Lichtes an der Grenzfläche gebrochen und dringt ins Wasser ein. Da das Wasser optisch dichter ist als die Luft, wird hierbei das Licht zum Lot hin gebrochen.

  • Nenne die Definition des Strahlenmodells des Lichtes.

    Tipps

    Was ist in der Mathematik ein Strahl?

    Was ist das Besondere an einem Strahl?

    Das Licht kommt von einer Lichtquelle.

    Lösung

    Das Licht kommt immer von einer Lichtquelle. Da sich das Licht in alle Richtungen mit einer sehr großen Geschwindigkeit ausbreitet, lässt es sich nur sehr schwer beschreiben. Daher bedienen sich die Physiker eines Modells: dem Strahlenmodell. Dieses sagt aus, dass sich das Licht immer geradlinig ausbreitet und sich mithilfe von Strahlen darstellen lässt. Anstatt sich mit dem ganzen Licht zu beschäftigen, müssen wir nun nur die wichtigsten Lichtstrahlen betrachten.

    Auf dem Bild siehst du, dass es ausreicht, die Strahlen im Randbereich einzuzeichnen, um den Schattenbereich genau zu bestimmen.

  • Nenne das qualitative Brechungsgesetz.

    Tipps

    Mache dir eine Skizze zu den Aussagen.

    Als Grenzfläche bezeichnet man die Fläche zwischen zwei Medien.

    Eine Grenzfläche ist zum Beispiel eine Wasseroberfläche.

    Lösung

    Beim qualitativen Brechungsgesetz geht es um Lichtstrahlen, die auf eine Grenzfläche treffen. Eine Grenzfläche bildet sich zwischen zwei Medien, zum Beispiel die Wasseroberfläche zwischen Luft und Wasser.
    Das Brechungsgesetz sagt hierbei aus, dass das Licht an solch einer Grenzfläche gebrochen wird.

  • Formuliere die Beobachtung und die Erklärung für dieses Experiment.

    Tipps

    Was entsteht, wenn man das Wasser in die Schüssel gießt?

    Was geschieht mit dem Lichtstrahl?

    Das Licht lässt sich brechen.

    Lösung

    Im Ausgangszustand liegt nur das Medium Luft vor, sodass sich das Licht geradlinig ausbreitet und die Münze nicht zu sehen ist. Wenn Wasser in die Schüssel hineingegeben wird, bildet sich eine Grenzfläche, an der das Licht gebrochen wird. Da das Wasser optisch dichter ist als Luft, wird das Licht am Übergang von Wasser zu Luft vom Lot weg gebrochen. Dadurch gelangt das von der Münze reflektierte Licht in unser Auge. Die Münze wird dadurch optisch angehoben und rückt in unser Blickfeld.

  • Erkläre, warum es so schwer ist, einen Fisch mit der bloßen Hand zu fangen.

    Tipps

    Der Fisch braucht zum Leben Wasser und wir brauchen Luft.

    Das Lot hängt immer senkrecht.

    Lösung

    Zuerst stellen wir fest, dass wir uns im Medium Luft befinden und der Fisch im Medium Wasser. Die Wasseroberfläche stellt die Grenzfläche zwischen diesen Medien dar.

    Wenn wir uns das Brechungsgesetz in Erinnerung rufen, wissen wir, dass das Licht an einer solchen Grenzfläche gebrochen wird. Nun müssen wir noch zwei Dinge erkennen: den Lichtweg und die optische Dichte der Medien. Der Lichtweg wird deutlich, wenn wir uns in Erinnerung rufen, wie das Sehen funktioniert. Um ein Objekt wie den Fisch zu sehen, muss das von ihm reflektierte Licht in unser Auge gelangen. Daher geht der Lichtstrahl vom Fisch aus und bewegt sich durch das Medium Wasser an die Grenzfläche zum Medium Luft. An dieser Grenzfläche wird er gebrochen. Da das Medium Luft dünner ist als das Medium Wasser, wird das Licht vom Lot weg gebrochen und gelangt in unser Auge. Unser Gehirn weiß, dass Licht sich nur geradlinig ausbreitet. Daher signalisiert es, dass sich der Fisch in der geradlinigen Verlängerung des Lichtweges befindet, welcher in unser Auge fällt. Die Richtung, in der wir den Fisch also vermuten, ist durch den grünen Strahl dargestellt. Wir sehen somit, dass der Fisch optisch angehoben wird. Dieses Phänomen nennt man optische Hebung.

  • Erkläre das Jagdverhalten des Schützenfisches.

    Tipps

    Das Licht kann gebrochen werden, der Wasserstrahl nicht.

    Der Fisch ist im Medium Wasser, das Insekt im Medium Luft.

    Das Gehirn des Fisches kann Vieles ausgleichen.

    Lösung

    Der Fisch kann die Insekten nur sehen, wenn das von ihnen reflektierte Licht in seine Augen fällt. Das Licht geht hierbei durch die Grenzfläche Luft-Wasser und wird gebrochen. Das bedeutet, dass der Fisch das Insekt nicht an der Stelle sieht, an der es wirklich ist. Dennoch trifft er das Insekt sicher. Forscher haben dieses Phänomen untersucht und festgestellt, dass bei sehr hohem Luftdruck das Insekt wesentlich seltener trifft. Bei schwankendem Luftdruck ändert sich auch die optische Dichte der Luft. Das bedeutet, dass sich das Tier perfekt an seine Umgebung und an das Medienpaar (Wasser-Luft) angepasst hat.