Brechung

Question 1

Sie kennen das Brechungsgesetz qualitativ und können damit den Verlauf von Lichtstrahlen skizzieren.

Answer 1

Brechungsgesetz (qualitativ):
1. Geht ein Lichtstrahl von einem optisch dünneren Medium (beispielsweise von der Luft) in ein optisch dichteres Medium über (beispielsweise ins Wasser), so verläuft er nicht gradlinig weiter, sondern wird an der Grenzfläche zum Lot hin gebrochen.

2. Umgekehrt verlaufende Lichtstrahlen «Brechung vom Lot weg» werden vom Lot weg gebrochen.
3. Je grösser der Einfallswinkel des Lichtstrahls (auf das Lot bezogen), umso stärker seine Richtungsänderung.
   Nimmt also der Einfallswinkel zu, dann auch der Brechungswinkel, aber weniger stark.
   Senkrecht einfallende Lichtstrahlen werden nicht gebrochen.
4. Der einfallende und der gebrochene Lichtstrahl verlaufen in einer Ebene (das ist in räumlichen Situationen wichtig).
5. Die optische Dichte ist am geringsten im luftleeren Raum und wird bei warmer Luft, kalter Luft, Wasser, Glas, Plexiglas und Diamant zunehmend grösser.
6. Ein Teil des Lichts wird an der Grenzfläche stets reflektiert. Je grösser der Einfallswinkel, also je flacher der Lichtstrahl auf die Wasseroberfläche trifft, desto grösser der reflektierte Anteil.

Question 2

Sie können das Phänomen Totalreflexion erklären und den Grenzwinkel berechnen.

Answer 2

Ab einem bestimmten Winkel, dem sogenannten
Grenzwinkel, wird das Licht vollständig reflektiert. Man spricht von Totalreflexion. Totalreflexion tritt nur beim Übergang von optisch dichteren in optisch dünnere
Medien auf.

Question 3

Sie können Phänomene aus Natur und Technik nachvollziehen, bei denen Brechung und Totalreflexion auftreten.

Answer 3

Siehe Kapitel 3, Folien 26 - 45

Question 4

Sie kennen das Fermat’sche Prinzip und seinen Zusammenhang zu Reflexion und Brechung (ohne Herleitung der Formeln).

Answer 4

Das Licht nimmt den Weg, für den es am wenigstens Zeit benötigt.
-> Hieraus leiten sich das Reflexionsgesetz
und das Brechungsgesetz nach ab.

Vergleich mit Rettungsschwimmer und Person in Not. Welche Strecke legt er im Sand zurück und von wo an schwimmt er?

Question 5

Auftrag aus dem Labor: «Stellen Sie sich alle so hin, dass Sie eine Münze am Boden einer Tasse gerade nicht mehr sehen. Halten Sie Ihre Position, während jemand der Gruppe langsam Wasser in die Tasse giesst. Was beobachten Sie? Zeichnen Sie beide Situationen von der Seite her gesehen (mit und ohne Wasser in der Tasse).

Answer 5

Die Münze erscheint weiter oben. -> Rückwertige Verlängerung

Vgl. Kapitel 3, Folie 4

Question 6

Sie kennen das Brechungsgesetz auch quantitativ (sowie die Brechzahlen von Luft, Wasser und Glas) und können damit Berechnungen durchführen.

Answer 6

Brechungsgesetz (qualitativ):
konnte ich nicht einfügen -> sry

Wichtige Brechzahlen:
Luft: 1.00
Wasser: 1.33
Glas: 1.5