Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Freitag, 26. Juni 2020

Der Unterschied zwischen Brechung und Beugung: Brechungsmodell nach Huygens

Ganz oft werden diese beiden optischen Phänomene verwechselt.
In einer kleinen Serie möchte ich sie erst einmal einzeln erläutern und dann miteinander vergleichen.
Zwei trinkfeste Merksprüche werden uns dabei helfen....

In der geometrischen Optik kennt man den Begriff des Lichtstrahles. Er zeigt längs einer Linie die Ausbreitung von Licht an.
Lichtstrahlen gehen immer gerade aus, sie können weder an Brechung noch an Beugung beteiligt sein. Brechung und Beugung beschreiben die Abweichung vom gradlinien Fortschreiten des Lichtes.

Nach einem gängigen Modell wird die Brechung als Bremsvorgang eines Lichtbündels beschrieben:

Brechung tritt immer auf, wenn Licht von einem Medium (z.B. Luft) in ein anderes wechselt (z.B. Glas).
Damit Brechung beobachtbar wird, darf aber nicht ein einzelner unendlich dünner Lichtstrahl sondern muss ein ganzes breites Bündel von Licht auf ein anderes Medium treffen. Dann wird es abgelenkt.
Wir alle wissen: Beim Übergang von Luft in Glas wird Licht zum Einfallslot hin gebrochen.

Die Ablenkung tritt auch nur ein, wenn das Lichtbündel nicht senkrecht auftrifft.
Die Ursache der Ablenkung ist nämlich (beim Übergang von Luft in Glas) die Abbremsung. Der Teil des Lichtbündels (bzw. der Wellenfront), der zuerst in das andere Medium eindringt, wird langsamer, der andere Teil läuft ungehindert weiter.
Dadurch knickt das Lichtbündel ab.
Das ist wie bei einem Auto, das in den rechten Seitenstreifen gerät. Die rechten Räder werden abgebremst und der Wagen verliert die Spur, er bewegt sich nach rechts, verlässt die Straße.
Ein einzelner Lichtstrahl kann als unendlich dünn angesehen werden, der kann somit nicht gebrochen werden, weil nicht Teile von ihm abgebremst werden können.
Man braucht also einen breiten Lichtstrahl, um beim Übergang den Bremseffekt zu spüren und damit die Ablenkung, also ein Lichtbündel.

Und da sind wir auch schon beim ersten Merkspruch:

Man muss breit sein, um zu brechen....

Dürften leider einige kennen...Ausnahme: Man hat was Falsches gegessen...
Bild: Physikerboard
Das Brechungsgesettz beschreibt  Lichtbrechung aber mit Hilfe einzelner Lichtstrahlen.
Und das muss auch gehen, zur Erklärung braucht man nur ein allgemein gültigeres  Modell.
Das werden wir im nächsten Post kennenlernen...Da geht es um Wirkung, Laufzeit und etwas sehr Menschliches: die Faulheit eines Lichtstrahles...er muss also nicht breit sein, sondern  nur faul.

Erst danach werden  wir klären, wie es zur Abbremsung von Licht kommt....

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