Was ist die Reflektion/Brechung des Lichts?

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1 Antwort

Trifft ein Sonnenstrahl (= Lichtstrahl) beispielsweise auf einen hohen, ideal weissen Cumulonimbus capillatus, der sich genau zum Zeitpunkt des Äquinoktiums (21. September / 21. März) exakt über dem Äquator befindet, so wird dieser Sonnenstrahl aufgrund des maximal möglichen Albedowerts (= 1.0) zurückgestrahlt (= reflektiert), wobei der Einfallswinkel des eintreffenden Lichtstrahls zum Lot, das hier gerade der Senkrechten zum Äquator entspricht, gleich dem Ausfallswinkel des selbigen ist. Das ist die optische Reflektion. In diesem Fall ist es nicht verkehrt, hinsichtlich dieses einen Lichtstrahls von Totalreflexion zu sprechen, obwohl dies nicht ein klassischer Fall für ein solches Beispiel ist, wie du das gegen Ende meiner Antwort hoffentlich erkennen wirst.

Trifft der multispektrale Sonnenstrahl hingegen genau am Äquator exakt zum Zeitpunkt eines Solstitiums (21./22. Dezember oder 20./21./22. Juni) auf eine Wasseroberfläche, so fällt der Lichtstrahl unter einem Winkel von circa
23° 26' 20", was quasi der Obliquität von derzeitig ungefähr 23.4° entspricht, bezüglich dem Lot ein, wobei der aus dem Universum stammende (= optisch dünneres Medium) Lichtstrahl nach Eintritt ins (Salz-)Wasser (= optisch dichteres Medium) zum Lot hin gebrochen wird.

Da die verschiedenen Spektralfarben violett, blau, türkis, grün, orange, gelb, rot verschiedene Wellenlängen aufweisen und sich somit ihre Frequenzen voneinander unterscheiden, werden die Lichtstrahlen entsprechend unterschiedlich stark gebrochen und demnach näher zum Lot hin oder weiter vom Lot weg gebrochen. Jedoch gilt es hierbei zu beachten, dass der gebrochene Lichtstrahl, wenn er denn vom optisch dünneren ins optisch dichtere Medium übergeht, stets zum Lot hin gebrochen wird, was nichts anderes heisst, als dass der Winkel des gebrochenen, ungebündelten, in die Spektralfarben zerlegten Lichtstrahls kleiner ist als der einfallende, gebündelte, weisse respektive multispektrale Lichtstrahl. Das ist die optische Brechung eines weissen beziehungsweise multispektralen Lichtstrahls.

Wenn der einfallende Lichtstrahl einen vom Medium abhängigen Grenzwinkel erreicht, sprich einen Winkel, den man erhält, wenn man einen Lichtstrahl vom Lot aus radial verschiebt, also unter der Bedingung, dass der Schnittpunkt des Lichtstrahls, in dem er vom einen optischen Medium ins andere übergeht, in einem festgelegten, virtuellen Koordinatensystem fixiert bleibt, bei dem keine Brechung mehr geschieht, sondern der Lichtstrahl lediglich reflektiert wird, spricht man von Totalreflexion.

Der Satz von Snellius besagt, dass der Sinus des Winkels α des einfallenden Lichtstrahls mal dem Brechungsindex n gleich dem Sinus des Winkels β des gebrochenen Lichtstrahls mal dem Brechungsindex m desselbigen Lichtstrahls ist. Als Formel ausgedrückt sieht das folgendermassen aus:

sin(α) * n = sin(β) * m

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