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Reflexionsgesetz 07:19 min

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Transkript Reflexionsgesetz

Reflexionsgesetz

Hallo. Hast du dich schonmal gefragt, warum eigentlich nachts die Leitpfosten am Straßenrand viel heller leuchten, als die Umgebung, obwohl man sie mit der selben Lampe anstrahlt? Oder warum man beim Fahrrad die Katzenaugen so deutlich sieht?

In diesem Video möchte ich dir diese Phänomene erklären und zeigen, was das mit der Apollo 11 Mission zum Mond zu tun hatte. Wir sprechen in diesem Video über das Reflexionsgesetz, also die Reflexion von Licht an festen Körpern.

Dazu wollen wir uns als erstes anschauen, was es mit dem Strahlenmodell des Lichtes auf sich hat. Danach sprechen wir über die Reflexion an glatten und rauen Oberflächen. Anschließend zeige ich dir, wie man Lichtwege konstruiert. Und zum Schluss klären wir die Funktion von Tripelspiegeln und natürlich die Sache mit der Apollo Mission. Fangen wir also mit dem Modell des Lichtstrahls an.

Licht kann auf viele verschiedene Arten beschrieben werden. Im Lichtstrahlmodell senden Lichtquellen, wie z.B. die Sonne oder eine Lampe ihr Licht in Form von Strahlen in alle Richtungen aus. Dabei breitet sich jeder einzelne Lichtstrahl immer geradlinig aus.

Das kann man deutlich sehen, wenn wir zum Beispiel die Lampe - hier als Schaltsymbol dargestellt - fast komplett mit einem Schirm abdecken und nur einen ganz kleinen Spalt frei lassen. Jetzt sehen wir ein schmales Lichtbündel, dass aus vielen schmalen Lichtstrahlen besteht. Ein einzelner Lichtstrahl kennzeichnet dabei den Weg, auf dem sich das Licht ausbreitet.

Fällt so ein Lichtstrahl in unser Auge, dann können wir genau in die Lampe schauen. Der Lichtstrahl zeigt uns also, wo das Licht herkommt und wo es hingeht.

Kommen wir nun zur Reflexion. Wenn wir in den Strahlengang eines Lichtstrahles einen Spiegel halten, dann ändern wir die Ausbreitungsrichtung des Lichtrahls. Der Strahl wird reflektiert. Wir unterscheiden nun zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl. Dabei gilt das Reflexionsgesetz, welches besagt, dass der Einfallswinkel Alpha und der Reflexionswinkel Alpha Strich gleich groß sind. Das bedeutet, der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und dem Lot zum Spiegel ist genauso groß, wie der Winkel zwischen dem Lot und dem reflektierten Strahl.

Wird der Einfallswinkel größer, ändert sich auch der Reflexionswinkel auf den selben Wert. Dabei liegen der einfallende Strahl, das Lot und der reflektierte Strahl immer in einer Ebene. Eine Ebene wäre zum Beispiel ein Blatt Papier auf dem du zeichnest. Bei zwei Dimensionen, also die Höhe und Breite des Blattes ist das völlig klar. Wichtig wird dieser Zusatz, wenn wir dreidimensionale Situationen betrachten.

Dieses Reflexionsgesetz gilt jedoch nur für sehr glatte Flächen, wie zum Beispiel für einen Spiegel oder eine sehr ruhige Wasseroberfläche. Ist die Oberfläche rau, wie zum Beispiel bei einer Zimmerwand, dann wird das Licht in alle möglichen Richtungen reflektiert.

Aber zurück zum Spiegel. Wollen wir nun vorhersagen, wie und in welche Richtung ein Lichtstrahl reflektiert wird, müssen wir mithilfe des Reflexionsgesetzes den Lichtweg konstruieren. In dieser Situation haben wir zwei Spiegel, die rechtwinklig, also in einem Winkel von 90 Grad, zueinander stehen. Das nennt man einen Doppelspiegel. Fällt nun ein Lichtstrahl auf einen der Spiegel, messen wir zunächst den Einfallswinkel. Dieser beträgt hier 40 Grad. Nach dem Reflexionsgesetz ist der Reflexionswinkel also auch 40 Grad.

Der reflektierte Strahl fällt nun auf den nächsten Spiegel. Dort ist er ja wieder ein einfallender Strahl und wir messen wieder den Einfallswinkel. Dieser beträgt 50 Grad. Der Reflexionswinkel ist somit ebenfalls 50 Grad und wir können den reflektierten Strahl zeichnen.

Fällt dir etwas auf? Der erste einfallende Strahl und der letzte reflektierte Strahl verlaufen genau parallel. Und das beste daran: Das ist immer so. Egal unter welchem Winkel ein Lichtstrahl in den Doppelspiegel fällt, der letztendlich reflektierte Strahl wird wieder zur Quelle reflektiert.

Tja, nun findet das aber alles nur in einer Ebene statt. Was machen wir denn, wenn ein Lichtstrahl schräg einfällt? Na klar! Wir nehmen einfach noch einen Spiegel! Und schon haben wir einen Dreifachspiegel, einen sogenannten Tripelspiegel. Jetzt kann das Licht wirklich aus allen möglichen Richtungen einfallen und es wird immer wieder zur Lichtquelle reflektiert. Deshalb nennt man solche Spiegel auch Retroreflektoren.

Und genau solche Reflektoren sind in den Leitpfosten oder in den Katzenaugen vom Fahrrad eingebaut. Da sie das Licht einer Lampe immer genau zurück zum Sender reflektieren, sind diese Objekte besonders hell, wenn sie angestrahlt werden.

Und was hat das nun mit Apollo 11 zu tun? Nun, das Raumschiff der Apollo 11 Mission hat 1961 auf dem Mond solche Tripelspiegel hinterlassen. Und wenn man jetzt von der Erde mit einer starken Lichtquelle, also zum Beispiel einem Laserstrahl, genau diese Stelle des Mondes anstrahlt, dann kommt das Licht genau zurück zum Sender.

Das dauert ca. 1,28 Sekunden. Und mit dieser Zeit und der Lichtgeschwindigkeit c kann man dann die Entfernung zwischen Erde und Mond berechnen. Diese Entfernung beträgt rund 384.000 Kilometer. Mit der Hilfe von Tripelspiegeln können wir also ziemlich genau messen, wie weit der Mond von der Erde entfernt ist.

Was haben wir jetzt alles gelernt? Lichtstrahlen breiten sich geradlinig aus und werden an glatten Flächen nach dem Reflexionsgesetz reflektiert. Dabei liegen das Lot sowie der einfallende und reflektierte Strahl immer in einer Ebene.

Sind 3 Spiegel jeweils im 90 Grad Winkel miteinander verbunden, entsteht ein Tripelspiegel. In diesen Tripelspiegel kann Licht aus unterschiedlichen Richtungen einfallen und es wird immer zur Lichtquelle zurück reflektiert. Diese Tripelspiegel finden wir z.B. in Reflektoren bei Leitpfosten und Fahrradreflektoren und es befindet sich einer auf dem Mond, der zur Entfernungsmessung genutzt werden kann.

Du kannst dir solche Tripelspiegel auch selber mal genau anschauen. Vielleicht hast du ja noch ein kaputtes Katzenauge oder einen Rückstrahler irgendwo zu liegen. Dann kannst du gut die gezackte, pyramidenförmige Struktur der Oberfläche erkennen oder die Zacken sogar erfühlen.

Viel Spaß beim Erforschen!

37 Kommentare
  1. sewus,ich fand es gut

    Von K Guebert, vor 5 Tagen
  2. ich fande es sehr hilfreich danke

    Von Muehl, vor 16 Tagen
  3. danke hat sehr geholfen

    Von D Knaust, vor 23 Tagen
  4. ein sehr schönes Video, gut verständlich

    Von Simonehoeller, vor etwa einem Monat
  5. Sehr hilfreich danke😀😀😊👍

    Von Noomi Petsch, vor 4 Monaten
  1. Wie immer vom Physik-Team ein richtig tolles Video.
    Wirklich toll, verständlich und sehr anschaulich erklärt.
    Man hat sehr viel aus dem Video mitnehmen können.
    So bin ich gut auf die Physik Ex vorbereitet!
    Vielen Dank! :)

    Von Pink Fluffy Unicorn Dancing On Rainbow, vor 5 Monaten
  2. Sehr tolles Video .Ich konnte daraus sehr viel entnehmen.

    Von Siiri Giec, vor 5 Monaten
  3. 👍🏼👍🏼

    Von Elias 11, vor 6 Monaten
  4. Das sind sehr lehrreiche Infos
    :)

    Von Devin 2, vor 6 Monaten
  5. Tolles lehrreiches video

    Von Elias 11, vor 6 Monaten
  6. Ehrenmann könen wir Sie als Physiklehrer haben 😁😊

    Von Augustinovic, vor 6 Monaten
  7. Ich finde das Video super es hat mir sehr geholfen. 👍

    Von Hh 373, vor 9 Monaten
  8. einfach toll, ich hab es besser verstanden, als hätte es mein Vater oder mein Bruder erklärt.

    Von Roin Janine, vor 11 Monaten
  9. Super Video, doch alles war etwas schnell und viel auf einmal. Und mich hat das mit der Appollo 11 etwas verwirrt. o_O
    Trotzdem TOLLES VIDEO

    Von Emma S., vor etwa einem Jahr
  10. Warum erklären Lehrer das nicht so😭😭😭😭😭😭😭

    Von Ansgar W., vor mehr als einem Jahr
  11. Cooles Video👍🏼👍🏼👍🏼👍🏼👍🏼

    Von Kths, vor mehr als einem Jahr
  12. Fünf Sterne!!!

    Von Kths, vor mehr als einem Jahr
  13. Ein bisschen viel auf einmal, aber es war trotzdem gut genug, für 4 Sterne.

    Von jursch l., vor fast 2 Jahren
  14. Das Video ist sehr hilfreich danke

    Von Jebali Spatz, vor fast 2 Jahren
  15. Thx besste

    Von Nicolebakkal, vor fast 2 Jahren
  16. Voll gut!😄👍🏻

    Von Wenyan Zhong, vor etwa 2 Jahren
  17. Mega cool gemacht so macht lernen spaß 📱💡🤓👍😜

    Von Eva Boueke, vor etwa 2 Jahren
  18. Sehr gutes Video

    Von Ilke-Annabell L., vor etwa 2 Jahren
  19. Super erklärt

    Von Itslearning Nutzer 1974 1329, vor mehr als 2 Jahren
  20. tolles Video =D

    Von Hm Roeben, vor mehr als 2 Jahren
  21. tolle Sache

    Von Claudia J., vor fast 3 Jahren
  22. Das Reflexionsgesetz kann auch Alpha=Beta heißen.:-)

    Von Perinpanayagam R., vor fast 3 Jahren
  23. echt super

    Von Rstierke, vor etwa 3 Jahren
  24. Gutes Video

    Von Tanja Becker27, vor etwa 3 Jahren
  25. Gutes Video aber ewas zu schnel erklärt.

    Von Chandrawali B., vor etwa 3 Jahren
  26. vielen dank das hat mir sehr geholfen :)
    das ganze physik team ist top!!!

    Von Mia :), vor fast 4 Jahren
  27. Super
    Die Arbeit war SUPER !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

    Von Piet Lasse Johannsen, vor mehr als 4 Jahren
  28. Danke!! Musste es mir zwar 2-3 male angucken aber nun habe ich es verstanden.:-)

    Von Anjelimi, vor mehr als 4 Jahren
  29. wow danke!!! Hat mir voll geholfen :-)

    Von Lena0812, vor fast 5 Jahren
  30. Hallo! Wie alle Videos von euch richtig, richtig gut!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Danke!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

    Von Sonnenschein2001, vor mehr als 5 Jahren
  31. hat mir echt geholfen, voll gut erklärt

    Von Lars S., vor mehr als 5 Jahren
  32. ok danke hat mir geholfen habs nämlich wiederholt

    Von Lilli k., vor mehr als 5 Jahren
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Reflexionsgesetz Übung

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

  • Beschreibe das Modell der Lichtstrahlen.

    Tipps

    Wie entsteht Licht?

    Lösung

    Licht entsteht immer in einer Lichtquelle. Dies können zum Beispiel Glühlampen, die Sonne oder andere Feuerstellen sein.

    Von solch einer Lichtquelle breitet sich Licht in alle Richtungen aus. Wenn wir alle Lichtstrahlen in alle Richtungen einzeichnen würden, könnte man nichts mehr erkennen. Daher wählen wir immer bestimmte interessante Lichtstrahlen aus.

  • Nenne Anwendungen für Tripelspiegel.

    Tipps

    Tripelspiegel werden auch Retroreflektoren genannt.

    Lösung

    Retroreflektoren bestehen aus drei Spiegeln und bewirken eine Reflexion von Lichtstrahlen, sodass einfallender und reflektierter Strahl genau parallel, aber entgegengesetzt zueinander sind.

    Das wird sehr häufig im Straßenverkehr genutzt - zum Beispiel bei Reflektoren und Leitpfosten, aber auch bei den Verkehrsschildern und -tafeln. Dabei werden viele winzig kleine Retroreflektoren nebeneinander angeordnet.

    Auch auf dem Mond befindet sich eine solche Spiegelanordnung. Wird ein Laserstrahl von der Erde ausgesandt, kann er dadurch auf dem Mond reflektiert werden und trifft wieder auf die Erde. Auf diesem Weg kann man beispielsweise die Entfernung zum Mond ermitteln.

  • Gib die Zusammenhänge in der Konstruktionsskizze einer Reflexion an.

    Tipps

    Folge dem Weg des Lichts.

    Unter welcher Bedingung findet eine Reflexion statt?

    Lösung

    Reflexion findet nur an glatten Oberflächen, wie Glasflächen, Wasseroberflächen oder natürlich auch an Spiegeln, statt.

    Das Reflexionsgesetz besagt dabei, dass der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und dem Lot $\alpha$ immer genauso groß ist, wie der Winkel zwischen dem reflektierten Strahl und dem Lot $\alpha '$.

    Ein Lot beschreibt immer eine rechtwinklige Linie. Im Handwerk wurden kleine Gewichte an einer Schnur benutzt, um herauszufinden, wie man zum Beispiel Wände bauen muss, sodass sie rechtwinkelig zum Erdboden sind.

  • Berechne, wie weit hinter dem großen Spiegel das Bild der Haarspange ungefähr erscheint.

    Tipps

    Versuche, den Weg des Lichtes zu verfolgen, indem du bei der Haarspange beginnst.

    Lösung

    Die Lichtquelle im Raum lässt Licht auf die Haarspange fallen. Von dort aus gibt es einen Lichtstrahl, der auf den kleinen Spiegel fällt, reflektiert wird und von dort aus auf den großen Spiegel fällt. Dort wird der Lichtstrahl wieder reflektiert und fällt in die Augen der Frau.

    Um zu berechnen, wie weit das Bild der Spange hinter dem Spiegel erscheint, ist der Weg vom Spiegel zu den Augen jedoch egal, da er nicht berücksichtigt werden muss.

    Es genügt, die Entfernung vom großen Spiegel zum kleinen Spiegel zur Entfernung zwischen kleinem Spiegel und Haarspange zu addieren.

    Die Entfernung zwischen den beiden Spiegeln beträgt dabei 1,5 m + 0,4 m = 1,9 m. Insgesamt also: 1,9 m + 0,4 m = 2,3 m.

    Streng genommen müsste der Wert geringfügig größer sein, da das Licht nicht nur parallel zum Erdboden verläuft. Die Frau könnte die Spange sonst nämlich gar nicht sehen. Diesen Effekt vernachlässigen wir aber in der Aufgabe.

  • Beschreibe die Funktionsweise eines Doppelspiegels.

    Tipps

    Mache dir eine Skizze.

    Siehst du hier ein rechtwinkliges Dreieck?

    Lösung

    Bei physikalischen Aufgaben ist es meist hilfreich, sich eine Skizze anzufertigen und alle gegebenen Größen einzuzeichnen.

    Dass einfallender und reflektierter Lichtstrahl parallel sind, funktioniert nur, wenn sich beide in einer Ebene befinden. Diese Ebene kannst du dir gut vorstellen, wenn du ein Blatt Papier so zwischen die Spiegel hältst, dass es mit beiden Spiegeln einen rechten Winkel bildet.

    Der Lichtstrahl, der von dem einen Spiegel zum anderen verläuft, bildet mit den beiden Spiegeln ein rechtwinkeliges Dreieck. Da in einem Dreieck die Summe aller Winkel immer 180° beträgt und es bereits einen 90°-Winkel gibt, muss die Summe $\alpha +\beta =90°$ betragen.

  • Nenne Eigenschaften eines Tripelspiegels.

    Tipps

    Worin besteht der Unterschied zwischen einem Doppelspiegel und einem Tripelspiegel?

    Lösung

    Ein Tripelspiegel ist genauso aufgebaut wie ein Doppelspiegel, nur dass noch ein dritter Spiegel verwendet wird.

    Dadurch wird gewährleistet, dass jeder Lichtstrahl, der auf einen der drei Spiegel trifft, genau in die entgegengesetzte Richtung zurück reflektiert wird.

    Im Gegensatz zum Doppelspiegel finden bei einem Tripelspiegel somit drei Reflexionen statt.