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Lichtbrechung - die Physik erklärt das Phänomen so

Lichtbrechung - die Physik erklärt das Phänomen so 2:59
Video von Astrid Schweizer2:59

Wenn Licht durch ein Prisma geleitet wird, dann erscheint dieses am anderen Ende als Regenbogen. Diese Lichtbrechung kann von der Physik einfach erklärt werden.

Die Lichtbrechung im Prisma

  • Licht breitet sich wellenförmig in verschiedensten Medien oder auch fern von allen Medien im Vakuum aus. Dass das Licht sich gleichzeitig auch wie ein Partikelstrom verhält, kann für die Frage nach der Lichtbrechung vernachlässigt werden.
  • Als Welle hat das Licht in jedem Medium eine leicht veränderte Phasengeschwindigkeit. Diese entspricht der Ausbreitungsgeschwindigkeit. Die größtmögliche Übertragungsgeschwindigkeit von Informationen und Energie ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum und wird oft einfach nur mit dem Begriff Lichtgeschwindigkeit bezeichnet.
  • Die Phasengeschwindigkeit besagt also, mit welcher Geschwindigkeit sich eine Stelle gleicher Phase auf einer monochromatischen Welle fortbewegt. Diese Geschwindigkeit ergibt sich aus der Lichtgeschwindigkeit dividiert durch den Brechungsindex. Der Wert des Brechungsindex hängt nicht nur vom Medium, das von der Welle durchdrungen wird, sondern auch von deren Wellenlänge ab.
  • Wenn das Licht in ein Medium eintritt, ändert sich also diese Phasengeschwindigkeit. Aus diesem Grund wird es am Rand des Mediums abgelenkt. Wenn Sie einen geraden Stab zur Hälfte ins Wasser halten, können Sie diese Ablenkung als Knick im Stab sehen.

Physikalische Erklärung für den Regenbogen

  • Sonnenlicht besteht nicht aus einer einfarbigen Lichtwelle, sondern setzt sich aus allen Regenbogenfarben zusammen. Jede dieser Farben zeichnet sich durch eine andere Wellenlänge aus.
  • Da sich die Phasengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge ergibt, wirkt ein Medium auch auf jede Lichtfarbe anders. Trifft also ein (scheinbar) weißer Lichtstrahl auf ein Prisma, wird jede Lichtfarbe in einem anderen Winkel abgelenkt. Betrachten Sie das Licht hinter dem Prisma, sehen Sie das Ergebnis der Lichtbrechung als regenbogenfarbene Fläche.
  • Ein Regenbogen am Himmel funktioniert nach den gleichen physikalischen Prinzipien. Jeder Regentropfen wirkt wie ein Prisma auf die Sonnenstrahlen. Der Brechungswinkel bewirkt, dass Sie von jedem Regentropfen eine bestimmte Lichtfarbe erkennen können. Die Menge aller Tropfen am Himmel ergibt dann den Regenbogen.
  • Am besten sehen Sie ihn, wenn die Sonne hinter Ihnen steht und der Regen vor Ihnen niedergeht. Das gebrochene Licht wird reflektiert und zu Ihnen zurückgeworfen. Hätten Sie die Sonne vor sich, wäre das Licht, das nicht durch die Tropfen gebrochen wird, zu hell, um den Regenbogen zu erkennen.

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