Wenn das Licht auf die Grenzfläche zweier Stoffe, Medien, trifft, so
wird ein Teil desselben reflektiert, ^der andere Teil dringt in das
zweite Medium^ ein. Ist dasselbe durchsichtig, so geht er im zweiten
Medium weiter. Dabei verändert er beim Übergange in das zweite Medium
seine Richtung, d. h. er wird ^gebrochen^, erfährt eine Brechung,
Refraktion.
#Brechungsgesetze: 1) Der einfallende, der gebrochene Strahl und das
Einfallslot liegen in einer Ebene, Brechungsebene, die auf der
Grenzfläche, der brechenden Fläche, senkrecht steht.#
#2) Das Verhältnis des sinus des Einfallswinkels zum sinus des
Brechungswinkels ist für jedes Paar Medien eine Konstante und wird der
Brechungskoeffizient oder Brechungsexponent genannt# (Snell 1620,
Descartes 1649).
Beispiel: Geht Licht von Luft in Wasser, so ist der Brechungsexponent
1,33; d. h. zu jedem Einfallswinkel ~i~ gehört ein Brechungswinkel ~r~,
so daß ~sin i : sin r = 1,33~. Bei Öl gehört zu jedem Einfallswinkel ein
anderer, etwas kleinerer Brechungswinkel, so daß ~sin i : sin r = 1,47~.
^Jede Substanz hat einen besonderen Brechungskoeffizienten^. Ist er groß
so sagt man, die Substanz bricht das Licht ^stark^; ist er klein, d. h.
nahe an 1, so bricht sie ^schwach^.
Brechungskoeffizienten.
Diamant 2,47-2,75
Phosphor 2,22
Schwefel (kryst.) 2,11
Rubin 1,78
Topas 1,61
Quarz 1,54
Steinsalz 1,54
Flußspat 1,43
Kronglas 1,53
Flintglas 1,70
Schwefelkohlenstoff 1,63
Kanadabalsam 1,53
Olivenöl 1,47
Schwefelsäure 1,43
Alkohol 1,37
Äthyläther 1,36
Wasser 1,33
Luft 1,00029
Sauerstoff 1,00027
Stickstoff 1,00030
Wasserstoff 1,00014
Chlor 1,00077
Schwefelkohlenstoffdampf 1,0015
Geht das Licht umgekehrt aus Wasser in Luft, so wird es so gebrochen,
daß es ausschaut, als wäre es auf demselben Wege zurückgegangen. #Das
Licht legt vorwärts und rückwärts denselben Weg zurück.# Wenn also das
Licht (Fig. 258) den Weg ~AJB~ von Luft in Wasser macht, so macht es den
Weg ~BJA~ von Wasser in Luft. Der Brechungskoeffizient von Wasser in
Luft ist also
1
~sin r : sin i = -~.
n
Ist (wie beim Eintritt aus Luft in Wasser) der Brechungswinkel kleiner
als der Einfallswinkel, so sagt man: das zweite Medium ist #optisch
dichter# als das erste, das Licht wird #zum# Einfallslot gebrochen und
der Brechungskoeffizient ist #größer als eins#. Ist (wie beim Austritt
von Wasser in Luft) der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel,
so sagt man, das zweite Medium ist #optisch dünner# als das erste oder
das Licht wird #vom# Einfallslot gebrochen und der Brechungskoeffizient
ist #kleiner als eins#.
Kennt man den Brechungskoeffizienten, so kann man den ^gebrochenen
Strahl durch^ #Konstruktion# finden auf folgende Arten:
[Abbildung: Fig. 259.]
1. Art: Es sei ~WW~ in Grenzfläche zwischen Luft und Wasser, der
Brechungskoeffizient also = 1,33 = ⁴/₃ (~ca~). Ist nun (Fig. 259) ~OK~
das Einfallslot und ~OJ~ ein beliebiger einfallender Lichtstrahl, so
beschreibt man um ~O~ einen Kreis mit beliebigem Radius, den man mit 1
bezeichnet. Zieht man ~JK ⊥ OK~, so ist ~JK = sin i~. Da nun ~sin r = ¾
· sin i~ sein muß, so teilt man ~JK~ in 4 Teile, nimmt 3 davon, und
trägt sie in ~OL~ auf, zieht ~LM ∥ ON~ bis zum Kreis, so ist ~OM~ der
gebrochene Strahl; denn zieht man noch ~MN~, so ist ~MN = sin r = ¾ sin
i~.
[Abbildung: Fig. 260.]
2. Art: Es sei ~WW~ die Grenzfläche der Medien (Fig. 260), ~RS~ das
Einfallslot, so beschreibe man um ~O~ zwei Kreise ~C₁~ und ~Cₙ~ mit den
Radien ~OU = 1~, ~OV = n~. Ist ~JO~ ein Lichtstrahl, ~J~ sein
Schnittpunkt mit dem Kreis ~C₁~, so ziehe ~JK ⊥ WW~, verlängere es bis
zum Schnittpunkt ~L~ mit ~Cₙ~, und ziehe ~LO~, so ist das die Richtung
des gebrochenen Strahles, also dessen Verlängerung ~OM~ der gebrochene
Strahl. Es ist zu beweisen, daß ~sin i : sin r = n~; aber ~i = i′~, ~r =
r′~ und
KO KO LO
~sin i′ = --~, ~sin r′ = --~, demnach ~sin i′ : sin r′ = --~,
JO LO JO
oder ~sin i : sin r = n~.
Aufgaben:
#120.# Ein Lichtstrahl fällt unter ~i~ = 56° auf Wasser (Olivenöl);
unter welchem Winkel wird er gebrochen?
#121.# Wenn Licht unter 32° die Wasserfläche von unten trifft, unter
welchem Winkel tritt es in Luft aus?
#121~a~.# Suche zu mehreren einfallenden Strahlen durch Konstruktion die
gebrochenen Strahlen in Glas, Rubin und Diamant.
#121~b~.# Suche umgekehrt den Gang der Lichtstrahlen von Wasser oder
Glas in Luft.
[Abbildung: Fig. 261.]
[Abbildung: Fig. 262.]