Totalreflexion: Wenn Licht nicht hinauskommt
Geht Licht von Glas oder Wasser in Luft und fällt sehr schräg ein, tritt es nicht aus. Es wird vollständig zurückgeworfen.
Das lernst du heute
- Ich kann die Bedingungen für Totalreflexion nennen.
- Ich kann den Grenzwinkel erklären.
- Ich kann Totalreflexion in Beispielen erkennen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Licht wird gebrochen
Beim Übergang von Glas oder Wasser in Luft wird das Licht vom Lot weg gebrochen. Der Brechungswinkel ist größer als der Einfallswinkel. Wird der Einfallswinkel größer, wächst auch der Brechungswinkel. Ab einem bestimmten Einfallswinkel, dem Grenzwinkel, würde der Brechungswinkel 90° erreichen. Wird der Einfallswinkel noch größer, kann das Licht nicht mehr austreten. Es wird vollständig zurückgeworfen. Das ist die Totalreflexion. Dabei gilt das Reflexionsgesetz: Einfallswinkel und Reflexionswinkel sind gleich. Der Grenzwinkel beträgt für Wasser etwa 49° und für Glas etwa 42°. Totalreflexion tritt nur auf, wenn das Licht aus dem optisch dichteren Stoff kommt und der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel ist.
| Übergang | Einfallswinkel | Was geschieht? |
|---|---|---|
| Glas → Luft | 30° | Licht tritt aus, vom Lot weg gebrochen |
| Glas → Luft | 42° (Grenzwinkel) | Licht läuft entlang der Grenzfläche |
| Glas → Luft | 50° | Totalreflexion |
Totalreflexion prüfen
- Kommt das Licht aus dem optisch dichteren Stoff? Zum Beispiel Glas.
- Ist der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel (Glas etwa 42°)?
- Beispiel: 50° ist größer als 42°.
- Ergebnis: Totalreflexion. Der Reflexionswinkel beträgt ebenfalls 50°.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Das Licht kommt aus dem Glas.
Es trifft sehr schräg auf die Grenze zur Luft.
Dann bleibt es im Glas und wird zurückgeworfen.
Ein Beispiel
Viele Rückstrahler an Fahrrädern und Straßenschildern nutzen Glas- oder Kunststoffprismen. Darin wird das Licht totalreflektiert und fällt zurück zum Fahrer.
Schritt für Schritt
Wir entscheiden, ob Totalreflexion vorliegt.
- Prüfe: Kommt das Licht aus Glas oder Wasser?
- Prüfe: Ist der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel?
- Wenn beides stimmt: Totalreflexion.
- Der Reflexionswinkel ist gleich dem Einfallswinkel.
Mit einem Bild erklärt
| Bedingung 1 | Bedingung 2 |
|---|---|
| Licht kommt aus dem optisch dichteren Stoff | Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel |
Zur Grundlage zurück
- Licht wird gebrochen – Du kennst schon die Brechung vom Lot weg.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Zeig mir den ersten Schritt
Vergleiche den Einfallswinkel mit dem Grenzwinkel.
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Lösung: Totalreflexion
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Zeig mir den ersten Schritt
Ist 30° größer oder kleiner als 42°?
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Lösung: Er tritt aus und wird vom Lot weg gebrochen.
Tipp: Beobachte: Wenn du im Schwimmbad unter Wasser nach oben schaust, wirkt die Oberfläche wie ein Spiegel. Auch an Trinkgläsern siehst du manchmal silbrige Flächen. Tauche nur mit Aufsicht.
Merksatz: Totalreflexion gibt es nur beim Übergang vom optisch dichteren zum dünneren Stoff und ab dem Grenzwinkel.
Typischer Fehler: Viele denken, Totalreflexion gebe es auch von Luft in Wasser. Das stimmt nicht. Beim Übergang in den dichteren Stoff wird das Licht immer hineingebrochen.
Mini-Quiz
5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
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Lösung: Stimmt nicht
Frage 2 Ein Lichtstrahl wird im Glas totalreflektiert. Der Einfallswinkel beträgt 55°. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Schreibe nur die Zahl.
Zeig mir den ersten Schritt
Bei Totalreflexion gilt das Reflexionsgesetz.
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Lösung: 55
Einfalls- und Reflexionswinkel sind gleich: 55°.
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Lösung: Der Einfallswinkel, ab dem Totalreflexion eintritt
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Lösung: Stimmt
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Lösung: In vielen Rückstrahlern
Geschafft
Ab dem Grenzwinkel wird Licht beim Übergang vom dichteren in den dünneren Stoff vollständig zurückgeworfen. Der Grenzwinkel beträgt für Glas etwa 42° und für Wasser etwa 49°. Auch dann gilt das Reflexionsgesetz.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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