Lichtstrahlen können ihre Richtung ändern

Lichtstrahlen entfernen sich gradlinig von Lichtquellen. Das ist soweit klar. 

Wir wissen auch, dass Licht auf seinem Weg unvorstellbar schnell unterwegs ist.  Die Lichtgeschwindigkeit ist aber nicht immer gleich hoch.  Licht ist in Luft schneller als in anderen lichtdurchlässigen Stoffen wie zum Beispiel Wasser oder Glas. 

Bleiben wir zunächst beim Wasser!

Wenn Licht aus der Luft kommt und schräg auf Wasser trifft, dann wird es im Wasser leicht abgebremst und ändert dadurch ganz automatisch seine Richtung. Ein Lichtstrahl bekommt einen Knick. Der Physiker sagt dazu: Das Licht wird gebrochen

Lichtbrechung beim Übergang von Luft  zu Wasser
Lichtbrechung beim Übergang von Luft zu Wasser

Der Verlauf des Lichtstrahls erinnert tatsächlich an einen angebrochenen Stock oder  Knochen. 

Das Licht wird übrigens nicht gebrochen, wenn es gerade von oben (senkrecht) auf das Wasser trifft. Natürlich wird das Licht auch langsamer, aber die Richtung ändert sich nicht.

So, jetzt gibt es aber auch die umgekehrte Richtung. Was macht das Licht, wenn es aus dem Wasser herauskommt?

Sobald das Licht das Wasser verlässt, wird es schneller und ändert deshalb auch seine Richtung. 

Lichtbrechung beim Übergang von Wasser zu Luft
Lichtbrechung beim Übergang von Wasser zu Luft

 

Für alle, die noch mehr wissen wollen!

 

Licht wird nicht irgendwie gebrochen. Es gibt eine Regel!

Je nach der Lichtgeschwindigkeit, die in einem Stoff gegeben ist, verändert sich der Lichtstrahl in eine bestimmte Richtung. Bleiben wir bei unserem Beispiel mit Wasser und Luft. Licht ist in Wasser langsamer als in Luft. 

 

Wir denken uns eine senkrechte Linie, die aufs Wasser trifft. Der Lichtstrahl knickt beim Übergang von Luft ins Wasser zu dieser Linie hin. Beim Übergang von Wasser zu Luft ist es umgekehrt, der Lichtstrahl knickt von dieser Linie weg. 

Lichtbrechung von Luft zu Wasser
Lichtbrechung von Luft zu Wasser
Lichtbrechung von Wasser zu Luft
Lichtbrechung von Wasser zu Luft

Bei Glas ist das sehr ähnlich. Im Glas ist Licht auch langsamer als in der Luft. Deshalb verändert der Lichtstrahl seine Richtung nach der gleichen Regel. Da Licht im Glas aber noch langsamer ist als Im Wasser, ist die Richtungsänderung auch größer. Beim Übergang von Luft zu Glas wird das Licht also stärker gebrochen als beim Übergang von Luft zu Wasser.

 

Ganz interessant ist vielleicht noch die Frage, was genau mit Licht passiert, wenn es schräg auf eine flache Glasscheibe trifft.

Der Lichtstrahl ändert seine Richtung zwei Mal. Licht wird im Glas einen Moment langsamer aber sofort wieder schneller, wenn es das Glas wieder verlässt. Durch diese doppelte Brechung wird der Lichtstrahl nur minimal parallel verschoben.  Das erkennt Ihr wunderbar auf dem nächsten Bild.  Die gestrichelte Linie zeigt den Verlauf des Lichts ohne Glasscheibe. Das ist im Zusammenhang mit dem Sehen durch eine Glasscheibe wichtig!

 

   Anmerkungen:

  • Lichtbrechung ist  nur ein Thema bei lichtdurchlässigen Dingen. Wenn etwas kein Licht durchlässt, dann wird auch nichts gebrochen.
  • Wenn die Lichtgeschwindigkeit in einem Stoff langsamer ist, dann sagt der Physiker, dass der Stoff optisch dichter ist. Luft halt demnach eine geringere optische Dichte als Wasser und Glas.