Reflexionsgesetz und Spiegelbild
Morgens im Bad: Du stehst vor dem Spiegel und siehst dich selbst – scheinbar hinter der Glasfläche. Wie kommt das Bild dorthin, und warum sind links und rechts im Spiegelbild nicht das, was du erwartest? Mit einem einzigen Gesetz lässt sich das erklären.
Das Reflexionsgesetz
Ein glatter Spiegel wirft Licht in eine ganz bestimmte Richtung zurück. Wir zeichnen Licht deshalb als Lichtstrahl (eine gerade Linie mit Pfeil).
Um Winkel eindeutig anzugeben, zeichnet man im Auftreffpunkt das Lot: eine Gerade, die senkrecht auf dem Spiegel steht. Winkel werden immer zum Lot gemessen, nicht zur Spiegelfläche.
Warum so? Das ist ein Ergebnis vieler Messungen: Egal, wie du den Strahl wählst, die beiden Winkel stimmen immer überein.
Ein Lichtstrahl trifft unter einem Einfallswinkel von $35^\circ$ auf einen ebenen Spiegel. a) Nenne das Reflexionsgesetz. b) Gib den Reflexionswinkel an.
Ein Lichtstrahl trifft unter einem Einfallswinkel von $35^\circ$ auf einen ebenen Spiegel.
- a) Nenne das Reflexionsgesetz.
- b) Gib den Reflexionswinkel an.
Ein Lichtstrahl trifft so auf einen Spiegel, dass der Winkel zwischen dem Strahl und der Spiegeloberfläche $20^\circ$ beträgt. a) Berechne den Einfallswinkel (gemessen…
Ein Lichtstrahl trifft so auf einen Spiegel, dass der Winkel zwischen dem Strahl und der Spiegeloberfläche $20^\circ$ beträgt.
- a) Berechne den Einfallswinkel (gemessen zum Lot).
- b) Gib den Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl an.
Ein Lichtstrahl fällt auf einen ebenen Spiegel. Der Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl beträgt $80^\circ$. a) Berechne Einfalls- und Reflexionswinkel.…
Ein Lichtstrahl fällt auf einen ebenen Spiegel. Der Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl beträgt $80^\circ$.
- a) Berechne Einfalls- und Reflexionswinkel.
- b) Der Spiegel wird so gedreht, dass der Einfallswinkel $10^\circ$ größer wird. Wie groß ist nun der Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl?
Das Spiegelbild
Du siehst deinen Körper im Spiegel, weil Licht von dir auf den Spiegel fällt und ins Auge reflektiert wird. Dein Gehirn setzt die Strahlen geradlinig rückwärts fort – und „sieht“ den Gegenstand dort, wo sich die verlängerten Strahlen schneiden: hinter dem Spiegel.
Ein virtuelles Bild entsteht nur scheinbar: Die Lichtstrahlen laufen nicht wirklich durch den Bildpunkt hinter dem Spiegel, nur ihre Verlängerungen schneiden sich dort. Deshalb kann man das Bild nicht mit einem Schirm auffangen.
Bildpunkt konstruieren: Zeichne von einem Punkt des Gegenstands zwei Strahlen zum Spiegel, reflektiere sie mit dem Reflexionsgesetz und verlängere die reflektierten Strahlen rückwärts. Ihr Schnittpunkt ist der Bildpunkt. Einfacher: Spiegle den Punkt an der Spiegelfläche.
Lena steht 1,50 m vor einem ebenen Spiegel im Flur. a) Wie weit ist ihr Spiegelbild vom Spiegel entfernt? b) Wie weit sind Lena und ihr Spiegelbild voneinander entfernt?
Lena steht 1,50 m vor einem ebenen Spiegel im Flur.
- a) Wie weit ist ihr Spiegelbild vom Spiegel entfernt?
- b) Wie weit sind Lena und ihr Spiegelbild voneinander entfernt?
Jonas hält einen Zettel mit dem Wort „BONN“ vor einen ebenen Spiegel. a) Beschreibe, wie das Spiegelbild aussieht (links-rechts, oben-unten). b) Erkläre mit dem Begriff…
Jonas hält einen Zettel mit dem Wort „BONN“ vor einen ebenen Spiegel.
- a) Beschreibe, wie das Spiegelbild aussieht (links-rechts, oben-unten).
- b) Erkläre mit dem Begriff „virtuelles Bild“, warum man das Bild nicht auf einem Schirm hinter dem Spiegel auffangen kann.
Ein Kerzenstumpf steht 40 cm vor einem ebenen Spiegel. Die Flamme ist 3 cm hoch. a) Gib Bildweite und Bildhöhe der Flamme an. b) Die Kerze wird um 15 cm näher an den…
Ein Kerzenstumpf steht 40 cm vor einem ebenen Spiegel. Die Flamme ist 3 cm hoch.
- a) Gib Bildweite und Bildhöhe der Flamme an.
- b) Die Kerze wird um 15 cm näher an den Spiegel geschoben. Wie groß ist jetzt der Abstand zwischen Kerze und Bild?
- c) Beschreibe, wie du mit zwei reflektierten Strahlen die Lage des Bildpunkts konstruierst.
Spiegel drehen und kombinieren
Spiegel drehen. Wird ein Spiegel um den Winkel $\delta$ gedreht, dreht sich auch das Lot um $\delta$. Der Einfallswinkel ändert sich um $\delta$, und der Reflexionswinkel ebenfalls. Der reflektierte Strahl dreht sich also um $2\delta$ – doppelt so viel wie der Spiegel.
Der Ganzkörperspiegel. Zeichne Strahlen vom Scheitel und von den Fußspitzen ins Auge. Sie treffen den Spiegel jeweils genau in der Mitte zwischen Auge und Scheitel bzw. Auge und Fußspitze. Der Spiegel muss also nur halb so hoch sein wie die Person (halbe Körpergröße). Sein Unterrand hängt auf halber Augenhöhe über dem Boden (bei Augen in 1,60 m Höhe also bei 0,80 m). Der Abstand zum Spiegel spielt keine Rolle: Die Auftreffpunkte liegen bei jedem Abstand auf denselben Höhen.
Zwei Spiegel im Winkel von $90^\circ$. Ein Strahl wird zweimal reflektiert. Trifft er den ersten Spiegel mit $\alpha_1$ zum Lot, dann trifft er den zweiten mit $\alpha_2 = 90^\circ - \alpha_1$. Insgesamt dreht sich der Strahl um $180^\circ$: Er läuft parallel zurück. Diese Anordnung nutzen Rückstrahler („Katzenaugen“) am Fahrrad und Reflektoren am Straßenrand.
Ein Lichtstrahl trifft unter dem Einfallswinkel $\alpha$ auf einen ebenen Spiegel. Der Spiegel wird um $12^\circ$ um eine Achse durch den Auftreffpunkt gedreht (Achse…
Ein Lichtstrahl trifft unter dem Einfallswinkel $\alpha$ auf einen ebenen Spiegel. Der Spiegel wird um $12^\circ$ um eine Achse durch den Auftreffpunkt gedreht (Achse senkrecht zur Einfallsebene), der einfallende Strahl bleibt gleich.
- a) Zeige, dass sich der reflektierte Strahl um $24^\circ$ dreht.
- b) Erkläre, wie man diesen Effekt bei einem Lichtzeiger zur Vergrößerung kleiner Drehungen nutzen kann.
Frau Becker ist 1,70 m groß, ihre Augen liegen 1,60 m über dem Boden. Sie möchte sich in einem senkrecht hängenden ebenen Spiegel vollständig sehen. a) Konstruiere…
Frau Becker ist 1,70 m groß, ihre Augen liegen 1,60 m über dem Boden. Sie möchte sich in einem senkrecht hängenden ebenen Spiegel vollständig sehen.
- a) Konstruiere (beschreibe) den Strahlengang für Scheitel und Fußspitze.
- b) Bestimme die minimale Höhe des Spiegels und wie hoch sein Unterrand über dem Boden hängen muss.
- c) Begründe, warum sich die nötige Spiegelhöhe nicht ändert, wenn Frau Becker weiter vom Spiegel zurücktritt.
Zwei ebene Spiegel stehen senkrecht zueinander (Winkel $90^\circ$). Ein Lichtstrahl trifft unter $30^\circ$ zum Lot auf den ersten Spiegel, wird reflektiert und trifft…
Zwei ebene Spiegel stehen senkrecht zueinander (Winkel $90^\circ$). Ein Lichtstrahl trifft unter $30^\circ$ zum Lot auf den ersten Spiegel, wird reflektiert und trifft dann den zweiten Spiegel.
- a) Bestimme alle Winkel (Einfall und Reflexion) an beiden Spiegeln.
- b) Zeige, dass der austretende Strahl parallel zum einfallenden Strahl verläuft, und nenne eine technische Anwendung dieses Prinzips.
Zurück zum Anfang: Dein Spiegelbild scheint hinter dem Spiegel zu stehen, weil dein Gehirn die reflektierten Strahlen rückwärts verlängert – das Bild ist virtuell und liegt so weit hinter dem Spiegel, wie du davor stehst.