Die Reflexion des Lichtes

Spiegelbilder

Stellt man sich vor eine spiegelnde Oberfläche (Wasseroberfläche, Spiegel, …) so sieht man sein Ebenbild hinter dieser Oberfläche. Da man sich nicht wirklich dort befindet und von dort kein Licht kommen kann, sind Spiegelbilder optische Täuschungen. Sie sind virtuelle Bilder im Gegensatz zu reellen Bildern einer Lochkamera.

Spiegel kehren immer die Richtung senkrecht zur Spiegelfläche um, dass heißt man sieht den linken Arm auf der linken Seite, den rechten Arm auf der rechten Seite und den Kopf oben, aber Vorne und Hinten sind vertauscht (die Punkte eins Körpers haben nicht alle den gleichen Abstand zu den Punkten des Spiegelbildes. Was näher an der Spiegeloberfläche ist, scheint auch im Spiegelbild näher, wenn man mit der Hand auf den Spiegel zeigt, zeigt das Spiegelbild in die entgegen gesetzte Richtung).

Reflexion

Wenn Licht auf eine spiegelnde Oberfläche (sehr glatte Oberfläche wie z.B. Glas, Metall oder Flüssigkeiten) fällt, wird es reflektiert. Dabei ist der Winkel, mit dem der Lichtstrahl auf die Oberfläche trifft, genau so groß wie der Winkel, mit dem er von der Oberfläche reflektiert wird:

Der Einfallswinkel α und der Reflexionswinkel β werden immer zum Einfallslot (weißer Strich im Bild) gemessen, dass senkrecht auf der spiegelnden Oberfläche steht. Das Reflexionsgesetz besagt:

  1. Einfallender Lichtstrahl, Einfallslot und reflektierter Lichtstrahl liegen in einer Ebene.
  2. Der Einfallswinkel ist immer genauso groß wie der Reflexionswinkel

Der Lichtweg bei der Reflexion ist umkehrbar, das heißt wenn Lichtstrahl 1 aus der Richtung kommt, in die Lichtstrahl 2 reflektiert wird, so wird Lichtstrahl 1 in die Richtung reflektiert, aus der Lichtstrahl 2 kommt. Mit dem Reflexionsgesetz können die virtuellen Spiegelbilder erklärt werden:

Das Gehirn denkt, die Lichtstrahlen breiten sich geradlinig aus. In Wirklichkeit werden sie aber auf ihrem Weg reflektiert, daher denkt man, dass der gespiegelte Körper „hinter“ dem Spiegel ist. (hier: Der Hund, der sich eigentlich auf Position a befindet, wird bei Position b gesehen, weil dies die Position ist, aus der die Lichtstrahlen kommen würden, wenn sich nicht gebrochen worden wären).

Reflexion eines Lichtstrahls am Dreiecksprisma

Hier wird der Lichtstrahl, nachdem er in das Prisma eingedrungen ist, zwei mal gemäß dem Reflexionsgesetz gespiegelt, und verlässt das Prisma dann wieder.

Gekrümmte Spiegel

Nicht nur bei einem normalen Spiegel kann man bei der Reflexion eines Lichtbündels das Reflexionsgesetz anwenden, sondern auch an einem gekrümmten Spiegel. Man stellt sich dazu den gewölbten Spiegel als eine Ansammlung von geraden Spiegeln vor. Die Randstrahlen des Lichtbündels fallen auf verschiedene dieser geraden Spiegel. Das Einfallslot ist bei beiden Strahlen unterschiedlich (nicht parallel):

Diese Art von gekrümmtem Spiegel nennt man Wölbespiegel (oder Konvexspiegel). Die Randstrahlen des divergierenden gelben Lichtbündels laufen nach der Reflexion noch stärker auseinander als vorher (grünes Lichtbündel). Daraus folgt, dass man, wenn man in einen Wölbespiegel schaut ein verkleinertes virtuelles Bild sieht. Das Gegenteil von einem Wölbespiegel ist ein Hohlspiegel:

Hier wird das stark divergierende gelbe Lichtbündel in ein weniger stark divergierendes oder (wie auf dem Bild in grün zu sehen) sogar in ein konvergierendes Lichtbündel umgewandelt. Wenn sich ein Gegenstand nahe genug an einem Hohlspiegel befindet, dann sieht man von ihm ein vergrößertes virtuelles Bild.