3. Spiegelbilder und Reflexion

3.1 Reflexion an ebenen Flächen

Versuch:

Mit dem schwach divergenten Lichtbündel einer Experimentierleuchte werden ein Stück Pappe (schwarz, dunkelblau, grau, weiß) bzw. ein Spiegel schräg beleuchtet. Das vom beleuchteten Gegenstand zurückgeworfene Licht wird auf einem Transparentschirm aufgefangen.

Fällt Licht auf einen undurchsichtigen Körper, so wird es zum Teil absorbiert und zum Teil gestreut. Bei dunklen Körpern überwiegt die Absorption, bei hellen die Streuung. Bei einem durchsichtigen Körper geht ein Teil des Lichtes hindurch; dieser Vorgang wird Transmission genannt.

Ein Spiegel lenkt das Licht fast vollständig in eine bestimmte Richtung um: er reflektiert das Licht.


Praktikumsversuch: Reflexion am ebenen Spiegel

1. Erzeugen Sie mit dem zur Verfügung stehenden Experimentiermaterial zunächst ein dünnes Parallel-Lichtbündel.

2. Ersetzen Sie den Schirm durch eine optische Scheibe und stellen Sie einen Metallspiegel auf der Scheibe auf.

Als Einfallslot wird eine senkrecht auf der Spiegelebene stehende Hilfslinie bezeichnet. Der einfallende Strahl und das Einfallslot im Auftreffpunkt auf dem Spiegel schließen den Einfallswinkel ein. Der Winkel zwischen Einfallslot und reflektiertem Strahl heißt Reflexionswinkel.

Stellen Sie verschiedene Werte für den Einfallswinkel ein und messen Sie den zugehörigen Reflexionswinkel.
 

Einfallswinkel
Reflexionswinkel
   
   
   
   
   
   
   


Dieser einfache Versuch zeigt das Reflexionsgesetz.
 
Reflexionsgesetz:

1. Einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene.

2. Einfallswinkel  und Reflexionswinkel  sind gleich groß: .

Bei der Reflexion ist der Lichtweg umkehrbar. Das bedeutet: Wenn das Licht auf dem Wege des reflektierten Strahls auf den Spiegel trifft, wird es auf dem Weg des vorher einfallenden Strahl reflektiert.

3.2 Eigenschaften von Spiegelbildern

Versuche:

1. Legen Sie ein Lineal rechtwinklig vor einen Spiegel.

a) Wie groß ist der Winkel zwischen dem Spiegelbild des Lineals und der Spiegelfläche?
b) Wie lang erscheinen das Lineal und sein Spiegelbild zusammen?
c) Wie liegen also ein Gegenstandspunkt und sein Spiegelbild zueinander?

2. a) Stellen Sie sich vor einen Spiegel und strecken Sie die rechte Hand aus, als wollten Sie Ihr Spiegelbild begrüßen. In welche Richtung zeigt Ihre Hand, in welche die Ihres Spiegelbildes?
b) Original und Spiegelbild können auch in die gleiche Richtung zeigen. Bei welchen Richtungen ist das der Fall?
c) Oft wird die Auffassung vertreten, ein Spiegel vertausche rechts und links. Was meinen Sie dazu?

Gegenstände, die im Spiegel gesehen werden, scheinen hinter der Spiegelfläche zu liegen. Es sind Scheinbilder, die auch virtuelle Bilder genannt werden (franz. virtuel: möglich, scheinbar). Das Gegenteil solcher Bilder sind reelle Bilder (franz. réel: wirklich), die auf einem Schirm abgebildet werden können. (Reelle Bilder entstehen z.B. in einer Kamera.)
 
Um die Lage des virtuellen Bildes beim ebenen Spiegel zu beschreiben, wird ein Gegenstandspunkt und der zugehörige Bildpunkt herausgegriffen.
  • Die Gerade durch Gegenstandspunkt und Bildpunkt steht senkrecht auf der Spiegelfläche.
  • Der Bildpunkt liegt im gleichen Abstand hinter der Spiegelfläche wie der Gegenstandspunkt vor der Spiegelfläche.

Blickt man aus der gleichen Richtung auf einen Gegenstand und auf sein Spiegelbild, ist die rechte Seite des Originals beim Spiegelbild rechts; die linke ist links. Auch oben und unten bleiben erhalten. Vertauscht aber werden vorne und hinten. Man kann also sagen: Spiegel kehren immer die Richtung senkrecht zur Spiegelfläche um.

Mit dem Reflexionsgesetz ist zu erklären, warum an spiegelnden Flächen virtuelle Bilder wahrgenommen werden. Beim Sehen fallen Lichtbündel, die von Gegenstandspunkten ausgehen, ins Auge. Die Informationsverarbeitung im Gehirm erfolgt nun auf der Grundlage der Erfahrung, dass Licht sich geradlinig ausbreitet. Ein Gegenstandspunkt wird also in der Richtung wahrgenommen, aus der das reflektierte Lichtbündel kommt.

Bei der Reflexion an einem Spiegel ändert sich aber die Richtung jedes Bündels. Dies wird dem Beobachter jedoch nicht bewusst. Für ihn scheint das Lichtbündel von einem Punkt hinter der Spiegelfläche zu kommen. Dieser Punkt liegt dort, wo sich die geradlinig nach hinten verlängerten Randstrahlen des reflektierten Bündels schneiden.


Übungen

1. Zeichnen Sie von L ausgehende Lichtstrahlen, die den Spiegel Sp in A1 bzw. A2 oder A3 treffen. Konstruieren Sie die reflektierten Strahlen.

2. Vor dem Spiegel Sp befindet sich ein Gegenstandspunkt L. Zeichnen Sie einen Lichtstrahl, der vom Spiegel so reflektiert wird, dass er durch den Punkt A verläuft.
 
 
 

3. Zwei Spiegel werden im rechten Winkel zueinander aufgestellt. Zwischen die Spiegel wird entsprechend der Zeichnung ein Bleistift gelegt. Was werden Sie in den Spiegeln beobachten?


4. Im Bild fällt das reflektierte Lichtbündel nicht auf die Stelle, auf die es fallen soll. Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Fehler zu korrigieren...

 

5. In der Abbildung sind die farbigen Spielkarten zu sehen; der Spiegel erscheint jedoch schwarz, obwohl er beleuchtet wird. Warum?