Lichtbrechung

Unter Lichtbrechung versteht man die Änderung der Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls beim Übertritt zwischen zwei verschiedenen Medien.

Ein Lichtstrahl, der schräg auf die Grenze zwischen zwei unterschiedlichen Stoffen (beispielsweise Luft und Glas) trifft, ändert seine Ausbreitungsrichtung. Diese Richtungsänderung ist durch folgende Formel angegeben:

Sinus (Einfallswinkel) / Sinus (Austrittswinkel) = Lichtgeschwindigkeit in Stoff 1 / Lichtgeschwindigkeit in Stoff 2

Das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit in den beiden Stoffen ist der Brechungsindex für den Übergang vom einen zum anderen. Der Zusammenhang zwischen Lichtbrechung und Lichtgeschwindigkeit lässt sich anhand einer einfachen mechanischen Analogie recht gut verdeutlichen:

Der Lichtstrahl ist die Wagenkette, die schräg von links auf die Grenze zwischen Asphalt und Sand (Luft und Glas) zufährt. Wird für jedes ihrer Radpaare mit dem linken Rad eher den Sand erreichen als mit dem rechten. Das linke Rad wird durch den Sand verlangsamt, während das rechte noch schnell auf dem Asphalt fährt. In einem kurzen Zeitabschnitt legt also das linke Rad einen kürzeren Weg zurück als das rechte, und das Radpaar fährt einen kleinen Bogen nach links. Sobald beide Räder den Sand erreicht haben, behalten sie ihre neue Richtung bei. Das linke und rechte Rad stehen hier für die linke und rechte Begrenzung des Lichtstrahls. Mit dieser Analogie lässt sich auch sofort verstehen, warum ein genau senkrecht auf die Grenzfläche auftreffender Lichtstrahl seine Richtung nicht ändert: Beide Räder werden gleichzeitig verlangsamt.

Die Funktionsweise von Brillengläsern beruht auf dieser Lichbrechung und allen anderen optischen Linsen (und auch des aus Hornhaut und Linse bestehenden optischen Apparats des Auges selbst). Wenn die Oberfläche des Glases nicht gekrümmt ist, ergibt sich beim Wiederaustreten aus dem Glas nur eine Parallelverschiebung des Lichtstrahls. Bei gekrümmter Oberfläche resultiert jedoch auch nach dem Wiederaustritt eine Richtungsänderung, die eine Kurzsichtigkeit oder Weitsichtigkeit ausgleichen kann.

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