Du möchtest wissen, was das Reflexionsgesetz ist und wie es funktioniert? In unserem Beitrag und im Video erklären wir dir die Formel und bringen dir Beispiele aus dem Alltag nahe.
Inhaltsübersicht
Reflexionsgesetz einfach erklärt
Wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche trifft, wird ein Teil des Lichtes reflektiert, breitet sich also weiter aus. Wie und in welche Richtung sich der Lichtstrahl ausbreitet, beschreibt das Reflexionsgesetz. Es gilt für die Reflexion von Licht.
Wichtig ist, dass der Lichtstrahl im gleichen Winkel auf die Oberfläche trifft, wie er sich auch wieder von ihr entfernt, also reflektiert wird. Oft wird auch gesagt:
Der Einfallswinkel ist gleich dem Ausfallswinkel.
Reflexionsgesetz in der Physik
Fällt Licht auf die Oberfläche eines Körpers, wird es zum Teil zurückgegeben (reflektiert). Das nennst du auch Reflexion.
Je nach Material und Art der Oberfläche entstehen dabei Unterschiede. Wenn fast das gesamte Licht von der Oberfläche reflektiert wird, kannst du von einer Spiegelung sprechen. Wie genau sich dabei dann das Licht ausbreitet, besagt das Reflexionsgesetz.
Dafür sind einige Begriffe wichtig. Schauen wir uns die anhand eines Lichtstrahls an, der auf einen ebenen Spiegel trifft.
- Der einfallende Strahl trifft zunächst auf die Oberfläche (hier der Spiegel). Dazu wird eine Lichtquelle auf den Spiegel gerichtet.
- Der reflektierte Strahl wird von der Oberfläche zurückgeworfen.
- Das Einfallslot bezeichnet die Senkrechte auf den Spiegel in dem Punkt, in dem der einfallende Strahl auftrifft und der reflektierte Strahl entsteht.
- Die Einfallsebene ist die Fläche in der einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl liegen.
- Der Einfallswinkel liegt zwischen dem einfallenden Strahl und dem Einfallslot.
- Der Ausfalls- oder Reflexionswinkel ist zwischen dem Einfallslot und dem reflektierten Strahl zu erkennen.
Das Reflexionsgesetz lautet:
- Der Einfallswinkel (α) und der Ausfallswinkel (α‘) zum Einfallslot sind gleich groß (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel):
Es gilt die Formel: α = α‘
- Der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und das Einfallslot liegen in einer Ebene (Einfallsebene).
- Der Lichtweg ist umkehrbar.
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Direkte und diffuse Reflexion
Wenn Licht auf eine glatte Oberfläche trifft, wird der größte Teil zurückgeworfen und in eine bestimmte Richtung gelenkt. In diesem Fall kannst du dann von einer direkten Reflexion sprechen.
Wenn Licht auf eine raue Oberfläche trifft, wird es in verschiedenste Richtungen reflektiert. In diesem Fall sprichst du auch von diffuser Reflexion bzw. Streulicht.
Zusätzlich solltest du beachten, dass die einzelnen Lichtstrahlen auch bei der diffusen Reflexion dem Reflexionsgesetz folgen. Je nach Oberfläche sind auch hier jeweils Einfallswinkel und Ausfallswinkel gleich groß. Wenn du allerdings das ganze Lichtbündel betrachtest, erfolgt die Reflexion in viele unterschiedliche Richtungen.
Umkehrbarkeit des Lichtweges
Das Reflexionsgesetz sagt auch, dass du den Lichtweg umkehren kannst. Das kannst du dir wie folgt vorstellen.
Ein Lichtstrahl trifft von links auf einen Spiegel und wird nach rechts reflektiert.
Anschließend positionierst du den Lichtstrahl so, dass er genau auf der Linie des ursprünglich reflektierten Strahls auf den Spiegel trifft. Das Licht trifft nun von rechts auf den Spiegel und wird nach links reflektiert.
Jetzt vergleichst du beide Situationen mit veränderter Seite der Lichtquelle miteinander. Der einfallende Strahl und der reflektierte Strahl tauschen in beiden Anordnungen nur die Seiten. Der Lichtweg bleibt in seiner Form und Ausprägung aber gleich und ist somit umkehrbar.
Reflexionsgesetz: Alltagsbeispiele
Das Reflexionsgesetz tritt im Alltag häufig auf. Schau dir ein paar Beispiele an:
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Wasseroberfläche: An einer glatten Wasseroberfläche wird ein Teil des Lichtes ebenfalls reflektiert. Dadurch können zum Beispiel Bäume oder Berge gespiegelt werden.
- Fahrrad-Reflektoren: Die Reflektoren sind hierbei so aufgebaut, dass der Lichtstrahl unabhängig vom Einfallswinkel immer zur Quelle zurückgeworfen wird.
- Taschenlampe: Bei einer Taschenlampe wird das entstehende Licht aufgefangen und durch einen „Parabolspiegel“ in einem kleinen Bereich konzentriert. Dadurch kann es in eine Richtung zurückgeworfen werden.
Lichtbrechung
Aber was passiert eigentlich mit dem nicht reflektierten Teil des Lichts? Um das herauszufinden, solltest du unser Video zur Lichtbrechung anschauen. Dort erfährst du alles rund um das Brechungsgesetz.
Reflexionsgesetz — häufigste Fragen
(ausklappen)
Reflexionsgesetz — häufigste Fragen
(ausklappen)-
Was ist ein Einfallslot?Ein Einfallslot ist die gedachte Senkrechte (90°-Linie) zur Oberfläche genau an dem Punkt, an dem ein Lichtstrahl auftrifft. Man zeichnet das Einfallslot durch den Auftreffpunkt und im rechten Winkel zur Spiegeloberfläche. An dieser Linie werden die Winkel der Reflexion gemessen.
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Was ist der Einfallswinkel?Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und dem Einfallslot (der Senkrechten) am Auftreffpunkt. Man misst den Einfallswinkel also nicht zur Spiegeloberfläche, sondern zur Lotlinie. In einer Skizze zeichnet man zuerst das Einfallslot ein und trägt dann den Winkel bis zum einfallenden Strahl ab.
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Wie erklärt das Reflexionsgesetz das Spiegelbild?Das Reflexionsgesetz erklärt das Spiegelbild, weil Lichtstrahlen von einem Gegenstand am Spiegel so zurückgeworfen werden, dass der Einfallswinkel zum Einfallslot genauso groß ist wie der Ausfallswinkel. Das Auge verlängert die reflektierten Strahlen gedanklich geradlinig zurück. Dadurch wirkt es, als kämen sie aus einem Bereich hinter dem Spiegel.
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Wie kann man Kindern Lichtreflexion erklären?Lichtreflexion erklärt man Kindern, indem man zeigt, dass Licht von einer Oberfläche „abprallen“ kann und dann weiterläuft. Man leuchtet zum Beispiel mit einer Taschenlampe auf einen glatten Spiegel und sieht einen Lichtfleck in einer bestimmten Richtung. Auf einer rauen Wand verteilt sich das Licht dagegen in viele Richtungen.
Optik verstehen
Das Reflexionsgesetz ist ein Grundbaustein der Optik und beschreibt, wie Licht an Flächen zurückgeworfen wird. Du zeichnest Lichtstrahlen an Spiegeln und anderen Oberflächen und misst Winkel zum Lot, um Wege von Licht im Bild richtig zu lesen. So erkennst du auch bei rauen Flächen, warum das Licht in viele Richtungen streut, obwohl jeder einzelne Strahl festen Regeln folgt. Weitere Videos dazu findest du in unserem Ingenieurwissenschaftenbereich.