Brechung (Physik)

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Brechung (unterer Lichtstrahl) und Reflexion (oberer Lichtstrahl) eines Lichtstrahls an einem Plexiglas-Halbkreiskörper.
Brechung.
Brechung an Wassertropfen auf einer lackierten Oberfläche, die wie eine Sammellinse wirken. In den Tropfen ist dadurch kopfüber die Golden Gate Bridge zu erkennen.

Die Brechung, auch Refraktion ist die Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Welle durch eine räumlichen Änderung des Brechungsindex des Mediums, das die Welle durchläuft. Die Änderung des Brechungsindex führt dabei zu einer Änderung des Phasengeschwindigkeit der Welle. Brechung tritt bei jeder Art von Wellen auf, die sich in mehr als einer Dimension ausbreiten. Beispiele sind Licht, Schallwellen, Wasserwellen oder Erdbebenwellen.

Die Brechung ist, anders als Beugung, Gegenstand der Strahlenoptik, welche für Strukturen gilt, die groß im Vergleich zur Wellenlänge sind. An Phasengrenzen tritt durch Brechung ein Knick im Strahl auf, der durch das Snelliussche Brechungsgesetz beschrieben wird. Liegen Konzentrationsunterschiede innerhalb eines Ausbreitungsmediums vor, findet eine kontinuierliche Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit statt und Strahlen werden gekrümmt, siehe etwa astronomische Refraktion. In beiden Fällen gilt das Fermatsche Prinzip, wonach Strahlen Wege extremaler, meist minimaler Laufzeit beziehungsweise Länge nehmen.

Die Abhängigkeit der Brechung von der Wellenlänge (bei Licht also von der Farbe) nennt man Dispersion.

Anisotrope Materialien sind doppelbrechend, das heißt, die Anteile einer Welle werden in Abhängigkeit ihrer Polarisation unterschiedlich (stark) gebrochen.

Falls die Ablenkung einer Welle durch die Wechselwirkung mit Teilchen oder Oberflächen geschieht, spricht man von Reflexion (gerichtet) oder Streuung (diffus).

Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vielfältige Formen der Brechung von Wellen finden sich in der Natur. Diese Bildserie zeigt beispielhaft die verändert erscheinende Form eines Stabes durch Lichtbrechung, nachdem er in Wasser eintaucht. Deshalb verlangt es einige Übung, um Fische von der Oberfläche aus im Wasser zu ergreifen.

Die Brechung von elektromagnetischen Wellen und speziell die von Licht hat große Bedeutung in der technischen Optik. Sie bestimmt die Funktion von Prismen und Linsen.

An Übergängen zwischen Materialien unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit werden seismische Wellen in charakteristischer Weise gebrochen. Geophysiker nutzen daher die Brechung von durch Erdbeben ausgelösten Wellen, um Erkenntnisse über den Aufbau des Erdinneren zu gewinnen.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Refraction – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien