was sind Voraussetzungen für eine Totalreflexion ?
2 Antworten
Eine Totalreflexion tritt immer an Grenzflächen auf, die die Energie einer Welle nicht absorbieren oder weiterleiten können. Im Falle von Schallwellen wären das harte Wände, im Falle von Licht wäre das ein Spiegel, im Fall von Radiowellen wären das gut leitende Wände oder leitende Gitter.
Wenn ein Physiklehrer nach den Voraussetzungen für Totalreflexion fragt, dann will er meistens etwas über den Brewsterwinkel, also den Grenzwinkel der Totalreflexion hören. Hierbei haben wir es mit Grenzflächen zwischen zwei Medien zu tun, die nicht automatisch und nicht immer zur Totalreflexion führen. Das klassische Beispiel ist die Wasseroberfläche, die zwar spiegelnd wirkt, aber kein idealer Spiegel ist. Ein Teil des Lichtes wird zurückgespiegelt, ein Teil des Lichtes aber verschwindet im Wasser. Hier hängt es im starken Masse davon ab unter welchem Winkel das Licht ins Wasser fällt. Und unter bestimmten Voraussetzungen kann es auch hier zu einer Totalreflexion kommen. Ich nehme an, dass das Deine eigentliche Frage ist.
Stell Dir einen Laserpointer vor der unterhalb einer Wasseroberfläche direkt senkrecht nach oben strahlt. Ein Teil des Lichtes wird an Grenzefläche wieder nach unten gespiegelt, aber ein Teil durchdringt die Wasseroberfläche und durchdringt den Luftraum. Klarer Fall von Teilreflexion.
Nun neigst Du den Laserpointer unter Wasser etwas, etwas um 10°. An der Wasseroberfläche wird es nun zu einer Teilreflexion kommen. Ein Teil der Energie des Lichtstrahls gelangt unter dem Winkel von -10° wieder zurück ins Wasser. Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Der Rest der Lichtenergie wird aber in den Luftraum "ausgekoppelt". Und zwar findet nun eine Lichtbrechung statt. Der Winkel des Lichtstrahls im Luftraum weicht nun um mehr als 10° von der Senkrechten ab. Sagen wir, dass es in unserer Fantasie vielleicht 20° sind. Es sind auf jeden Fall mehr als 10°, weil der Strahl aus einem optisch dichten Medium (Wasser) in ein optisch dünneres Medium (Luft) übergeht. Der Strahl knickt ab, macht die Biege. Es gibt sogar eine einfache Formel mit der man den Brechungswinkel ausrechnen kann, wenn man den Einstrahlwinkel (10°) und die Materialeigenschaften der beiden beteiligten Medien kennt.
Im Gedankenexperiment erhöhen wir nun den Winkel des getauchten Laserpointers auf 20°. Das hat zur Folge dass Brechungswinkel um Luftraum auch stärker geneigt wird. Fantasieren wir uns 42° zusammen. Das könnte ja sein. Wenn man nun noch die ausgekoppelte Energie in den Luftraum nachmessen würde, würde man bei steigenen Winkel eine Abnahme der Energie in den Luftraum und eine Zunahme der reflektierten Energie bemerken.
Wie weit darf man das Treiben mit der Schrägstellung des Laserpointers? Irgendwann ist ja mal die Grenze erreicht, dass der Brechungswinkel die 90° Grenze erreicht, dann streift das gebrochene Licht nur noch die Wasseroberfläche. 90° Brechungswinkel heisst aber vielleicht nur 40° Neigungswinkel des Laserpointers. Die Polizei hat nun nichts dagegen, dass man den Laserpointer noch weiter kippt. Aber dann die Grenze zur Totalreflexion überschritten. Jeder Neigungswinkel oberhalb dieses Grenzwinkels führt nicht mehr zur streifenden Brechung sondern zur Totalreflexion an der Grenzfläche.
Brewsterwinkel, also den Grenzwinkel der Totalreflexion hören.
Das sind zwei verschiedene Dinge
Ich versuch's mal kurz:
Es geht um einen Übergang "vom dichteren ins dünnere Medium". Dabei wird der gebrochene Lichtstrahl "vom Lot weg" gebrochen. Der Grenzwinkel wird erreicht, wenn der gebrochene in der Grenzfläche verlaufen würde.