Brechung, Totalreflexion und Linsen

Was sie zeigt

Geht Licht von einem Medium in ein anderes über, ändert sich seine Geschwindigkeit und der Strahl wird gebrochen. Das Brechungsgesetz von Snellius, n₁·sin i = n₂·sin r, liefert den Brechungswinkel. Läuft das Licht zu einem Medium mit kleinerer Brechzahl und überschreitet der Einfallswinkel den Grenzwinkel mit sin i_g = n₂/n₁, gibt es keinen gebrochenen Strahl mehr und das gesamte Licht wird reflektiert: Totalreflexion. Das zweite Feld nutzt drei Hauptstrahlen und die Linsengleichung 1/f = 1/d + 1/d′, um das Bild einer Sammel- oder Zerstreuungslinse zu finden und als reell oder virtuell, umgekehrt oder aufrecht, vergrößert oder verkleinert zu beschreiben.

So funktioniert es

Ziehen Sie im Brechungsfeld die rote Lichtquelle, um den Einfallswinkel zu ändern, und lesen Sie r in der Gleichungszeile ab. Klicken Sie auf n₁ ↔ n₂ tauschen, damit das Licht aus dem optisch dichteren Medium kommt, und vergrößern Sie i über den Grenzwinkel hinaus. Ziehen Sie im Linsenfeld den Gegenstandspfeil zur Linse und beobachten Sie, wie sich das Bild ändert, wenn die Gegenstandsweite 2f und f unterschreitet. Mit Linse wechseln vergleichen Sie eine Zerstreuungslinse.

Einstellbare Parameter

• Brechzahl des Einfallsmediums n₁ 1–2,5
• Brechzahl des zweiten Mediums n₂ 1–2,5
• Einfallswinkel i 0–89 °
• Linsenart Sammellinse, Zerstreuungslinse
• Brennweite f 5–30 cm
• Gegenstandsweite d 3–60 cm

Fragen zum Erkunden

1. Warum kann beim Übergang von Luft in Wasser keine Totalreflexion auftreten?
2. Welches Bild erzeugt eine Sammellinse von einem Gegenstand bei d = 2f?
3. Kann eine Zerstreuungslinse von einem realen Gegenstand ein reelles Bild erzeugen?