30 Tage kostenlos testen

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Reflexionsgesetz

Du möchtest schneller & einfacher lernen?

Dann nutze doch Erklärvideos & übe mit Lernspielen für die Schule.

Kostenlos testen
Bewertung

Ø 4.2 / 56 Bewertungen

Die Autor*innen
Avatar
Team Digital
Reflexionsgesetz
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Grundlagen zum Thema Reflexionsgesetz

Inhalt

Nach dem Schauen dieses Videos wirst du in der Lage sein, die Reflexion eines Lichtstrahls zu konstruieren.

Reflexion

Zunächst lernst du die Beziehung zwischen Einfallswinkel und Reflexionswinkel an einer ebenen Fläche. Anschließend wird die diffuse Reflexion betrachtet. Abschließend lernst du, wie ein Retroreflektor funktioniert.

Retroreflektor

Lerne etwas über den Lichtkanonen-Zielschuss-Wettbewerb auf dem Planeten Krokant.

Das Video beinhaltet Schlüsselbegriffe, Bezeichnungen und Fachbegriffe wie Einfallswinkel, Einfallslot, Einfallsebene, Reflexionswinkel, diffuse Reflexion, Retroreflektor und Tripelspiegel.

Bevor du dieses Video schaust, solltest du bereits wissen, wie Licht im Strahlenmodell in Form von geraden Linien dargestellt wird.

Nach diesem Video wirst du darauf vorbereitet sein, etwas über die Lichtbrechung zu lernen.

Das Reflexionsgesetz – Definition und Beispiele

Hast du Reflektoren an deiner Kleidung oder an deinem Fahrrad? Weißt du, warum sie leuchten? Das Prinzip dahinter ist die Reflexion: Wenn ein Lichtstrahl auf eine Grenzfläche trifft, das kann zum Beispiel die Oberfläche eines Spiegels oder die Wasseroberfläche eines großen Sees sein, dann wird er zum Teil zurückgeworfen – also reflektiert. Heute wollen wir uns mit dem Reflexionsgesetz beschäftigen. Das sagt nämlich aus, nach welcher Regel das Licht reflektiert wird.

Für die folgenden Betrachtungen solltest du schon wissen, dass wir das Licht im sogenannten Strahlenmodell betrachten können. Wir nehmen also zur Vereinfachung an, dass sich Licht immer in geraden Strahlen ausbreitet. Wenn du mehr darüber lernen möchtest, kannst du dir das Video zur Lichtbrechung ansehen. Außerdem betrachten wir hier die Reflexion an glatten Oberflächen.

Reflexionsgesetz – Herleitung

Für eine experimentelle Herleitung des Reflexionsgesetzes führen wir einen einfachen Versuch durch: Wir legen einen Spiegel auf eine Kreisscheibe, auf der eine Winkelskala eingezeichnet ist. Die reflektierende, also spiegelnde, Seite zeigt in Richtung der Lichtquelle, mit der wir Licht auf den Spiegel strahlen. Das kann zum Beispiel ein Laser sein. Als Hilfslinie dient das Lot, das senkrecht zur Spiegeloberfläche ist. Der einfallende Strahl ist so auf den Spiegel gerichtet, dass er mit dem Lot den Einfallswinkel $\alpha_1$ einschließt. Nun messen wir für verschiedene Einfallswinkel die Ausfallswinkel $\alpha_2$ – also die Winkel zwischen Lot und reflektiertem Strahl.

Reflexionsgesetz Experiment mit Spiegel zur Herleitung

Wenn wir diesen Versuch für genügend viele Einfallswinkel durchführen, also immer wieder aus anderen Richtungen auf den Spiegel leuchten, stellen wir folgende Dinge fest:

  • Der einfallende Strahl, das Lot und der reflektierte Strahl bilden immer eine Ebene. Du könntest die Strahlen und das Lot also immer zusammen auf einem flachen Blatt Papier einzeichnen.
  • Die Strahlen sind umkehrbar. Das heißt, dass du quasi den einfallenden und den reflektierten Strahl austauschen könntest. Im Experiment würde das bedeuten, dass du mit der Lichtquelle nicht von links, sondern von rechts auf den Spiegel strahlst. Natürlich verlaufen die Strahlen nun von rechts nach links, aber ihre Ausrichtung bleibt gleich.
  • Der Ausfallswinkel $\alpha_2$ ist immer so groß wie der Einfallswinkel $\alpha_1$. Das lässt sich natürlich auch mathematisch formulieren.

Reflexionsgesetz – Formel

Die Formel zum Reflexionsgesetz ist sehr einfach. Sie besagt, dass der Einfallswinkel so groß ist wie der Ausfallswinkel, also:

$\alpha_1 = \alpha_2$

In welchen Anwendungen man dieses Prinzip ausnutzt, schauen wir uns nun an.

Retroreflektoren

Sogenannte Retroreflektoren, die wir im Alltag häufig nur als Reflektoren bezeichnen, werden für viele Zwecke eingesetzt. Sie werfen einfallendes Licht nämlich in die Richtung zurück, aus der es kommt. Um das zu verstehen, schauen wir uns als Erstes den Strahlenverlauf im sogenannten Doppelspiegel an.

Strahlenverlauf in Doppelspiegel und Tripelspiegel

Ein Doppelspiegel besteht aus zwei Spiegeln, die im rechten Winkel zueinander stehen. Ein Lichtstrahl trifft in einem Einfallswinkel von zum Beispiel 60° auf den ersten Spiegel (Spiegel 1). Nach dem Reflexionsgesetz wird er im Ausfallswinkel von 60° reflektiert. Dann trifft er auf den zweiten Spiegel (Spiegel 2). Da die beiden Spiegel senkrecht zueinander stehen, beträgt hier der Einfallswinkel 30°. Der Ausfallswinkel des reflektierten Strahls beträgt auch 30°, denn es gilt ja das Reflexionsgesetz.

Prinzip des Retroreflektors erklärt am Doppelspiegel

Du siehst, dass der Strahl, der den Doppelspiegel verlässt, parallel zu dem einfallenden Strahl verläuft. Er wird also in die Richtung reflektiert, aus der er gekommen ist. Das gilt zumindest dann, wenn der einfallende Strahl in der gleichen Ebene liegt wie das Lot von Spiegel 1 (Lot 1) und das Lot von Spiegel 2 (Lot 2). Würde er zum Beispiel von weiter oben auf den Spiegel 1 treffen, würde er zusätzlich nach unten reflektiert werden und nicht nur in Richtung von Spiegel 2. Da man in realen Anwendungen natürlich nicht immer darauf achten kann, dass der Strahl nicht schräg auf den Doppelspiegel trifft, nimmt man einen weiteren Spiegel dazu: Diesen ordnet man so an, dass er im rechten Winkel zu Spiegel 1 und Spiegel 2 steht. Die drei Spiegel stehen also so aufeinander wie drei Seiten eines Würfels. Trifft nun Licht auf diesen sogenannten Tripelspiegel, wird es immer in Richtung der Quelle zurückgeworfen. Dieses Prinzip nutzt man in Retroreflektoren aus.

Die Anwendung von Retroreflektoren

Retroreflektoren werden aus Tripelspiegeln zusammengesetzt und befinden sich zum Beispiel in Kleidungsstücken oder in den Katzenaugen deines Fahrrads. Wenn sich in der Dunkelheit ein Auto auf dich zubewegt, dann trifft das Scheinwerferlicht auf diese Reflektoren. Das Licht wird reflektiert und gelangt zurück zum Auto – der Autofahrer kann dich dadurch besser sehen. Die Reflektoren dienen also deiner Sicherheit.

Sie werden allerdings auch eingesetzt, um Abstände zu messen. Zum Beispiel hat die Apollo-11-Mission im Jahr 1969 auf dem Mond Retroreflektoren hinterlassen. Wenn man nun von der Erde aus mit einem Laser auf genau diese Stelle des Mondes leuchtet, wird das Licht vom Mond zurückgeworfen. Das Licht benötigt eine gewisse Zeit, bis es zum Mond und wieder zurück gelangt ist. Über diese Zeitdauer und die Geschwindigkeit des Lichts (Lichtgeschwindigkeit) kann man den Abstand zwischen Mond und Erde berechnen.

Kurze Zusammenfassung vom Video Reflexionsgesetz

In diesem Video wird dir das Reflexionsgesetz aus der Physik einfach erklärt. Du lernst, wie die Formel zum Reflexionsgesetz aussieht und wo das Reflexionsgesetz Anwendung findet. Auch zu diesem Thema findest du ein Arbeitsblatt und interaktive Übungen.

Transkript Reflexionsgesetz

Der Lichtkanonen-Zielschuss-Wettbewerb auf dem Planeten „Krokant“ ist immer eine spannende Sache. Heute versucht „Nomine Vacans“ sein Glück. Dieses Jahr ist es besonders schwer wie soll Nomine Vacans das nur schaffen? Und. Mist! Da hat er sich wohl verrechnet. Er hätte vorher besser das „Reflexionsgesetz“ gelernt. Es beginnt mit dem „Strahlenmodell“. In diesem Modell können wir die Ausbreitung von Licht mithilfe von Strahlen beschreiben. Wie zum Beispiel bei einer Glühlampe. Jeder einzelne Strahl läuft dabei solange auf einer geraden Linie weiter, bis er auf ein Hindernis trifft. An diesem kann der Strahl gebrochen, absorbiert oder reflektiert werden. Wir wollen uns anschauen, was genau bei der Reflexion passiert. Wir betrachten eine Lichtquelle, die einen dünnen Lichtstrahl in nur eine Richtung aussendet. Wie zum Beispiel ein Laserpointer. In den Strahlengang des Laserpointers schieben wir nun ein Hindernis mit einer Ebenen Fläche. „Eben“ bedeutet, dass die Fläche vollkommen glatt ist. Wie zum Beispiel ein „Spiegel“. An diesem wird der Lichtstrahl reflektiert und ändert dabei seine Ausbreitungsrichtung. Das Wort „reflektieren“ kommt übrigens aus dem Lateinischen und bedeutet „zurückwerfen.“ Weil sich die Richtung ändert, unterscheidet man zwischen dem „einfallenden Strahl“ und dem „reflektierten Strahl“. Um zu beschreiben, wie sie sich genau ändert, brauchen wir das „Einfallslot“. Das ist die senkrechte Linie, die auf der Oberfläche genau auf dem Punkt steht, an dem sich einfallender und reflektierter Strahl treffen. Der einfallende Strahl der reflektierte Strahl und das Einfallslot liegen alle in einer Ebene. Diese Ebene nennt man die „Einfallsebene“. Der einfallende Strahl und das Einfallslot schließen den Einfallswinkel Alpha ein. Der Reflektierte Strahl und das Einfallslot schließen den Reflexionswinkel Alpha-Strich ein. Mit diesen beiden Winkeln können wir das Reflexionsgesetz formulieren. Es lautet: „Bei der Reflexion sind Einfallswinkel und Reflexionswinkel immer gleich groß“. Oder als Formel aufgeschrieben: Alpha ist gleich Alpha-Strich. Wenn sich der Einfallswinkel ändert, ändert sich der Reflexionswinkel entsprechend. Ein besonderer Fall ist der senkrechte Lichteinfall. Dann haben die Winkel Alfa und Alfa Strich beide eine Weite von null Grad. Der reflektierte Strahl läuft dann genau in die Richtung zurück, aus der er gekommen ist. Und was passiert, wenn wir statt der Ebenen eine raue Oberfläche als Hindernis betrachten? Dann wird das Licht in alle möglichen Richtungen, also Diffus, reflektiert. Bedeutet das, dass das Reflexionsgesetz hier nicht mehr gilt? Wir müssen etwas genauer hinschauen. Die raue Oberfläche können wir uns wie ein Gebirge vorstellen, mit unterschiedlich hohen und steilen Bergen. Wenn Licht auf diese Fläche trifft, treffen einzelne Strahlen an unterschiedlichen Punkten auf die Oberfläche. An jeder dieser Flächen können wir das Reflexionsgesetz anwenden, indem wir das Lot an der entsprechenden Stelle einzeichnen. Durch die ungleichmäßige Struktur zeigt das Lot an unterschiedlichen Stellen aber in unterschiedliche Richtungen. An unterschiedlichen Stellen der Oberfläche gibt es also auch unterschiedliche Einfalls- und Reflexionswinkel und so kommt es zur diffusen Reflexion. Wenn wir die Reflexion gezielt nutzen wollen, sollten wir also immer ebene Flächen verwenden. Ein Beispiel für die Anwendung des Reflexionsgesetzes sind „Retroreflektoren“. Retroreflektoren sind spezielle Anordnungen von Spiegeln, die Licht immer in genau die Richtung zurückwerfen, aus der es gekommen ist. In der einfachsten Ausführung besteht ein Retroreflektor aus zwei Spiegeln, die einen rechten Winkel einschließen. Licht trifft zum Beispiel mit einem Einfallswinkel von vierzig Grad auf den oberen Spiegel. Der Reflexionswinkel beträgt also auch vierzig Grad. Der reflektierte Strahl wird dann zum einfallenden Strahl für den zweiten Spiegel. Der Einfallswinkel beträgt jetzt neunzig Grad minus vierzig Grad also genau fünfzig Grad. Damit ist auch der Reflexionswinkel fünfzig Grad, und der reflektierte Strahl verläuft parallel zum Ursprungsstrahl. Das können wir auch daran sehen, dass der Strahl insgesamt um genau einhundertachtzig Grad umgelenkt wird. Versuche selbst zu zeigen, warum das für jeden beliebigen Einfallswinkel gilt! Ein Retroreflektor mit zwei spiegelnden Oberflächen funktioniert allerdings nur, wenn alle Strahlen in einer Ebene liegen. Damit es für alle einfallende Strahlen funktioniert, benötigen wir einen dritten Spiegel, der mit den beiden anderen je einen rechten Winkel bildet. Wegen der drei Spiegel nennt man diese Form des Retroreflektors auch „Tripelspiegel“. Er kommt zum Beispiel an Fahrrädern zum Einsatz. Die Reflektoren sorgen dafür, dass beispielsweise das Scheinwerferlicht von Autos direkt zum Fahrer zurückgeworfen wird. So ist man auch im Dunkeln gut zu sehen. Bevor wir herausfinden, ob „Nomine Vacans“ das Wettschießen gewinnt, fassen wir das wichtigste noch einmal zusammen. Licht breitet sich geradlinig in Form von Lichtstrahlen aus. Trifft Licht auf eine ebene Fläche, wird es zum Teil reflektiert. Einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl bilden die Einfallsebene. Der Einfallswinkel alpha ist gleich dem Ausfallswinkel alpha Strich. Und was ist nun mit „Nomine Vacans“? Er peilt genau an und. Uh. Da hat sein erster Schuss wohl doch noch ein Ziel gefunden.

1 Kommentar

1 Kommentar
  1. sehr gut

    Von Lennox, vor 7 Monaten
30 Tage kostenlos testen
Mit Spaß Noten verbessern
und vollen Zugriff erhalten auf

4.009

sofaheld-Level

6.574

vorgefertigte
Vokabeln

10.232

Lernvideos

42.214

Übungen

37.310

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrer*
innen

laufender Yeti

Inhalte für alle Fächer und Schulstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden