Um die physikalischen Gesetze der Brechung einheitlich zu formulieren, hat man sich auf eine Reihe von Festlegungen zur Beschreibung der Lichtablenkung geeinigt: Der Winkel, unter dem der einfallende Lichtstrahl auf die Grenzschicht trifft, wird zum Lot hin gemessen (Bild 3). Man nennt ihn Einfallswinkel und bezeichnet in häufig mit dem griechischen Buchstaben Alpha ( α). Der Brechungswinkel wird ebenfalls zum Lot hin ermittelt. Meist wird er mit dem griechischen Buchstaben Beta ( β) bezeichnet. Es ist naheliegend, dass die physikalische Situation besonders einfach wird, wenn die Grenzfläche zwischen den Stoffen absolut eben und möglichst glatt gestaltet ist. Auch wenn dies mitunter in der Natur nicht immer der Fall ist, beziehen sich die experimentell ermittelten Brechungswinkel fast immer auf diese besondere Gegebenheit. Durch umfangreiche Versuche konnte man einen mathematischen Zusammenhang zwischen dem Einfallswinkel, dem Brechungswinkel und den optischen Eigenschaften der betreffenden Stoffe ermitteln.
Regenbogen Der Regenbogen ist wohl die bekannteste atmosphärische Erscheinung. Aber wie entsteht er? Roter Regenbogen Der rote Regenbogen ist relativ selten zu sehen und entsteht dann, wenn die horizontnahe Sonne aufgrund ihres flachen Winkels einen sehr langen Lichtweg durch die Atmosphäre hat, bei dem die Spektralfarben herausgefiltert werden. Regenbogen höherer Ordnung Das ein Regenbogen auf der gegenüberliegenden Seite der Sonne entstehen kann, ist weitgehend bekannt. Aber wussten Sie, dass es auch Regenbögen gibt, wenn man zur Sonne hin guckt? Regenbogen an Wasserflächen In seltenen Fällen kann ein weiterer Regenbogen entstehen, wenn sich das Sonnenlicht an einer Wasserfläche spiegelt. Man spricht vom sogenannten Spiegelbogen. Gespaltener Regenbogen Im Bereich des Regenbogenscheitels sieht man manchmal gespaltene Fragmente, die parallel, aber auch abstrakt verlaufen können. Diese bedürfen einer besonderen Betrachtung. Nebelbogen Beim Nebelbogen wird das Sonnenlicht wie beim Regenbogen an Wassertröpfchen gebrochen.
Sieht man dabei auch den Mond, so muss es ein Voll-mond sein. Wenn es nicht danach aus-sieht (wie im Bild links) dann handelt es sich um eine Mondfinsternis. Alex Mukensnable Meteo 108 Bergschatten Als "UFO-Produzenten" werden wir ihn noch kennen lernen. Hier betätigt sich der Mt. Rainier als "Schattenwerfer" (Bild: Sally Budack). Meteo 109 Regenbogen Beim Regenbogen wird Licht am Rand von Regentropfen (zweimal) gebrochen und an der Rückseite reflektiert. Dabei beträgt der maximale Winkel 42°, und in diesem Winkel sieht man auch den Bogen (Caspar David Friedrich, Les Cowley). Meteo 110 Die Farben des Regenbogens Blaues Licht (n = 1. 3435) wird in Wasser stärker gebrochen als rotes Licht (n = 1. 3318), deshalb kommt es zu einer Aufspaltung der Farben (Bild: Steve Crowe, Skizzen: wikimedia, C. D. Ahrens). Meteo 111 Doppelter Regenbogen Ein zweiter Regenbogen entsteht (in einem Winkel von 51°), wenn das Licht im Regentropfen ein zweites Mal reflektiert wird. Dabei ist die Reihenfolge der Farben umgekehrt (Kimberly Perez, Skizze: wikimedia).
Mehr erfahren Mehr erfahren Downloads Lade unsere Simulationen, Animationen und interaktive Tafelbilder für den Unterricht oder eine Präsentation kostenfrei herunter. Mehr erfahren Mehr erfahren Weblinks Von Cern und NASA über Unterrichtsmaterial bis Videos, unsere Auswahl aus dem World Wide Web. Viel Spaß beim Stöbern. Mehr erfahren Mehr erfahren
Außerdem lässt sich das Diagramm auch umgekehrt verwenden: Beim umgekehrten Lichtweg, also beim Übergang von Plexiglas (optisch dichter) nach Luft (optisch dünner), wäre der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel. Vertauscht man die Achsen, so lässt sich der Brechungswinkel auch für den umgekehrten Lichtweg ablesen. Beim umgekehrten Lichtweg wird man feststellen: Für den Fall, dass der Einfallswinkel größer ist als der Grenzwinkel von ca. 42°, kann man gar keinen Brechungswinkel mehr ablesen. Doch was passiert, wenn man ein Lichtbündel unter einem größeren Winkel auf die Grenzfläche Plexiglas → Luft treffen lässt? Wir wollen dies in einem Versuch herausfinden. Statt Plexiglas verwenden wir Wasser, aus dem das Licht einer Lampe von unten auf die Wasseroberfläche trifft. Versuch: Eine Lampe mit einer Blende mit mehreren Schlitzen erzeugt unter Wasser mehrere schmale Lichtbündel, die unter verschiedenen Winkeln von unten auf die Wasseroberfläche treffen: Die Lichtbündel, die unter einem kleinen Winkel auf die Wasseroberfläche treffen werden beim Übergang zur Luft vom Lot weg gebrochen.