Wie Spiegelbilder entstehen

Wir haben in der letzten Unterrichtsstunde am 27. Mai 08 zunächst das Reflexionsgesetz wiederholt und etwas erweitert. Es lautet:

Bei der Reflexion des Lichtes am ebenen Spiegel gilt das Reflexionsgesetz:
Einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene. Dabei ist das Lot immer orthogonal zum Spiegel. Einfallswinkel und Reflexionswinkel sind immer gleich groß. Bei der Reflexion ist der Lichtweg stets umkehrbar.

Danach haben wir besprochen, wie Spiegelbilder eigentlich entstehen. Dazu haben wir vom letzten Arbeitsblatt zunächst Aufgabe 1 mit dem Beamer an der Tafel nachgestellt. Marina und Christin mussten dann verschiedene Lichtwege ausgehend vom Lichtpunkt A an der Tafel einzeichnen. Das sah dann folgendermaßen aus:

Hier konnte man schön noch einmal die Anwendung des Reflexionsgesetzes erkennen. Wir haben uns dann mit folgender Frage auseinandergesetzt:

Welchen Weg legt das Licht zurück, wenn wir nun diesen Lichtpunkt A im Spiegel sehen?

Dazu haben wir nun die Darstellung von oben um drei mögliche Positionen für unser Auge – also da von wo wir gucken – erweitert. Mit Unterstützung unseres Programmes konnten Christin und Marina wieder die Lichtstrahlen einzeichnen. Diesmal aber nur die, die in unser Auge gelangen. Hier die Skizze:

An diesen Beispielen konnten wir schön sehen, wie die Lichtstrahlen ausgehend vom Lichtpunkt A nach der Reflexion am Spiegel schließlich in unsere Augen gelangen. Wieder wurde nur das Reflexionsgesetz angewendet.

Jetzt sind wir zur nächsten Frage gekommen:

Wie kommt es nun, dass wir ein virtuelles Spiegelbild hinter dem Spiegel sehen?

Dazu haben wir uns noch einmal kurz die Eigenschaften von Spiegelbildern ins Gedächtnis gerufen:

Ein Spiegelbild befindet sich hinter dem Spiegel. Es hat den gleichen Abstand vom Spiegel wie der Gegenstand und ist ebenso groß wie der Gegenstand. Spiegelbilder sind virtuelle Bilder. Man kann sie am Ort, wo sie zu sein scheinen, nicht mit dem Schirm auffangen.
Die Verbindungslinie zwischen Gegenstand und Spiegelbild verläuft senkrecht zur Spiegelebene. Ein Spiegel vertauscht nicht links und rechts und auch nicht oben und unten. Das Spiegelbild ist seitenrichtig. Ein Spiegel vertauscht aber vorn und hinten.

Dies führte uns zu der Idee, einfach mal das Spiegelbild vom Lichtpunkt A einzuzeichnen und mit A’ zu bezeichnen. Ferner haben wir dann die Verbindungslinien von den Lichtstrahlen die in unser Auge gelangen in das virtuelle Spiegelbild verlängert und dabei gestrichelt gezeichnet. Hier das Ergebnis:

Für unser Gehirn sieht es so aus, als wenn die Lichtstrahlen alle vom virtuellen Lichtpunkt A’ aus kommen. Es bemerkt nicht die auf der Spiegeloberfläche stattfindende Reflexion. Dies führte uns nun zu dem folgenden ausführlichen Merksatz:

Vom Gegenstand fällt das Licht auf den Spiegel und wird dann reflektiert. Dabei treffen Lichtstrahlen in unser Auge, sodass wir den Gegenstand sehen. Unser Gehirn geht davon aus, dass das Licht geradlinig vom Gegenstand zum Auge gelangt. Es verlegt deshalb den Ort des Gegenstandes in die Richtung aus der das Licht in unser Auge fällt. Dort sehen wir das Spiegelbild (virtuelles Bild). Die Umlenkung (also die Reflexion) wird vom Gehirn nicht bemerkt.

Unser Gehirn sieht also immer das virtuelle Spiegelbild und denkt dabei, dass die Lichtstrahlen von diesem virtuellen Spiegelbild stammen. Wie gehen wir nun vor, wenn wir den Lichtweg bei Spiegelbildern zeichnen wollen? Dazu haben wir folgendes Verfahren festgehalten:

• Als erstes zeichnen wir für den Gegenstand sein Spiegelbild. Wie dies geht, wissen wir noch aus der Mathematik.
• Dann zeichnen wir jeden für uns interessanten Lichtstrahl ein und zwar vom virtuellen Gegenstand zum Auge. Hinter dem Spiegel wird dabei dieser Lichtstrahl gestrichelt dargestellt (dieser existiert ja nur in unseren Gedanken). Am Spiegel können wir dann auch noch den einfallenden Strahl vom Gegenstandspunkt einzeichnen.

Die folgende Darstellung zeigt den Lichtweg von der Pfeilspitze und des Pfeilendes in unser Auge. Dabei haben wir genau das obige Verfahren angewendet:

Das Erstellen solcher Skizzen könnte auch ein Thema in der nächsten Klassenarbeit sein!

Zuletzt wurde dann noch ein neues Arbeitsblatt mit der Überschrift Lichtbrechung ausgeteilt. Hierzu wurde folgende Hausaufgabe auf den Weg gegeben:

Hausaufgabe: Bearbeite Aufgabe 1 – dies ist der Münzversuch – und Aufgabe 2 bis zur nächsten Physikstunde.

Reflexion und Spiegelung am ebenen Spiegel

Als erstes haben wir eine Wiederholung der letzten stunde durchgeführt – wir haben verschiedene Stoffe besprochen und geschaut, was mit dem Licht auf unterschiedlichen Oberflächen passiert. Hier dazu noch eine kurze Zusammenfassung:

Körper verhalten sich unterschiedlich, wenn Licht auf sie auftrifft:

Dunkle und raue Oberflächen „verschlucken“ überwiegend das Licht: Dieses „verschlucken“ nennen wir Absorption.

Helle Oberflächen werfen das Licht in alle Richtungen zurück: Dieses nennen wir Streuung - man spricht auch von der ungerichteten Reflexion.

Ein ebener Spiegel lenkt alles Licht in eine ganz bestimmte Richtung um: Dieses nennen wir Reflexion – man spricht auch von der gerichteten Reflexion.

Ferner unterscheiden wir durchsichtige Körper – diese lassen das Licht ungehindert durch – und transparente/durchscheinende Körper – diese lassen einen Teil des Lichtes durch, gleichzeitig streuen und absorbieren diese aber auch einen Teil des Lichts.

Anschließend haben wir das Arbeitsblatt „Reflexion am ebenen Spiegel“ besprochen. Hier wir ja ein Versuch durchzuführen, bei dem die Reflexion genau zu untersuchen war. Zu diesem Versuch haben wir das Reflexionsgesetz erarbeitet:

Reflexionsgesetz: Einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene. Dabei sind Einfallswinkel und Reflexionswinkel immer gleich groß. Bei der Reflexion ist der Lichtweg immer umkehrbar.

Dieses Reflexionsgesetz musste dann in einer Aufgabe angewendet werden. Es ging darum, denjenigen Stern zu finden, der durch das Fernrohr zu sehen ist. Zum Auffinden der richtigen Lösung musste sehr präzise – unter Beachtung von Einfallswinkel und Ausfallswinkel zum betreffenden Lot – der richtige Strahl gefunden werden. Hier das Ergebnis:

Wir haben uns dann mit den Eigenschaften von Spiegelbildern auseinandergesetzt – also Aufgabe 2. Hierzu mussten wir die folgenden Eigenschaften untersuchen:

• Entfernung des Spiegelbildes
• Größe des Spiegelbildes
• Richtungen des Spiegelbildes

Wir haben dazu folgende Skizze eines Spiegelbildes an der Tafel festgehalten (Daniela steht vor dem Spiegel )

Zu den Eigenschaften konnten wir dann folgende Ergebnisse erarbeiten:

Eigenschaften von Spiegelbildern am ebenen Spiegel: Das Spiegelbild scheint sich hinter dem Spiegel zu befinden. Es hat den gleichen Abstand vom Spiegel wie der Gegenstand und ist ebenso groß wie der Gegenstand. Die Verbindungslinie zwischen Gegenstand und Spiegelbild verläuft senkrecht zur Spiegelebene. Wir bezeichnen Spiegelbilder als virtuelle Bilder, da man sie nicht anfassen kann und auch nicht mit einem Schirm auffangen kann.

Ein Spiegel vertauscht nicht links und rechts und auch nicht oben und unten. Das Spiegelbild ist seitenrichtig. Ein Spiegel vertauscht aber vorn und hinten.

Diese Eigenschaften sind am folgenden Bild gut zu erkennen:

Zum nächsten Mal – hierzu wurde ein weiteres Arbeitsblatt „Reflexionsgesetz und Spiegelbilder“ verteilt – wollen wir uns damit beschäftigen, wie eigentlich diese Spiegelbilder zustande kommen. Welchen Verlauf nimmt eigentlich das Licht vom Objekt zu unseren Augen mit denen wir diese Bilder dann wahrnehmen.