Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Lichtbrechung

Lichtbrechung: Glas ohne und mit Wasser. Rechts in Vergleich	Lichtbrechung

Wenn man einen Stab ins Wasser eintaucht, sieht er geknickt aus, ohne tatsächlich gebrochen zu sein. Dieses Phänomen liegt an der Lichtbrechung. Der niederländische Physiker Christiaan Huygens erklärte die Lichtbrechung mit Hilfe der Wellentheorie. Nach dem nach ihm genannten Prinzip, wenn eine Welle eine Grenzfläche zwischen zwei Substanzen erreicht, funktioniert jeder Punkt der Grenzfläche als eine neue Quelle der Welle. Wenn die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung in der Subtanz nach der Grenze sich von der vorherigen Geschwindigkeit unterscheidet, dann ändert der Wellenfront seine Richtung. Das kann man mit Hilfe der Mathematik zeigen. Die Lichtbrechung lässt sich daher durch die Änderung der Geschwindigkeit des Lichtes bei seinem Übergang von einem durchsichtigen Mittel zu einem anderen erklären. Um zu messen, wie stark die Abweichung von der Gerade beim Übergang von einem Mittel in ein anderes ist, benutzten wir den sogenannten Brechungsindex.

Ein Experiment, das die Lichtbrechung eindeutig zeigt, ist der Versuch mit einer Münze am Boden eines undurchsichtigen Glases. Wird die Münze am Boden so gelegt, dass sie im Glas ohne Wasser gerade nicht mehr sichtbar ist, wird sie sichtbar, wenn das Glas mit Wasser ausgefüllt wird. Im Bild sieht man das ähnliche Experiment mit dem Holzstab.