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Brechung Reflexion von Licht bei Wassertaucher
 
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mathlab



Anmeldungsdatum: 25.11.2010
Beiträge: 42

Beitrag mathlab Verfasst am: 22. März 2011 17:22    Titel: Brechung Reflexion von Licht bei Wassertaucher Antworten mit Zitat

http://img828.imageshack.us/img828/2315/optikp.jpg

1) Wie ändert sich das Gesetz von Snellius im Grenzfall der Totalreflexion?

2) Unter welchem maximalen Winkel kann ein Taucher noch Himmel sehen, der sich 10m unter Wasser befindet.

3) Wie groß ist der Durchmesser einer Kreisfläche an der Wasseroberfläche, durch die der Taucher den Himel sieht?



zu 1)



Jetzt würde ich sagen bei Totalreflexion ist der Brechungswinkel gleich 90° ist. Aber das geht nicht auf, da der arcsin für solche Werte nicht definiert ist.

zu 2) Ja wenn das gesamte Licht an der Wasseroberfläche reflektiert wird, sieht er nicht mehr.

zu 3) ...


Zuletzt bearbeitet von mathlab am 22. März 2011 21:55, insgesamt einmal bearbeitet
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 22. März 2011 17:50    Titel: Re: Brechung Reflexion von Licht bei Wassertaucher Antworten mit Zitat

mathlab hat Folgendes geschrieben:
bei Totalreflexion ist der Brechungswinkel gleich 90° ist.

Was verstehst Du unter Brechungswinkel?
mathlab



Anmeldungsdatum: 25.11.2010
Beiträge: 42

Beitrag mathlab Verfasst am: 22. März 2011 21:37    Titel: Antworten mit Zitat

Der Brechungswinkel ist bei mir der Winkel zwischen Normalen (gestrichelt in meiner Zeichnung) und dem abgelenkten (gebrochenem) Strahl.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 22. März 2011 21:45    Titel: Antworten mit Zitat

Der Strahl kommt aus dem Wasser, wo ist also der Brechungswinkel?
Und wie groß ist der bei Totalreflexion (Wasser -> Wasser quasi)?
Was folgt für den Einfallswinkel im Wasser?
mathlab



Anmeldungsdatum: 25.11.2010
Beiträge: 42

Beitrag mathlab Verfasst am: 22. März 2011 21:52    Titel: Antworten mit Zitat

Erstmal ist gar nicht gesagt woher der Strahl kommt. Sollte denn das Licht nicht von der Sonne aus, also von oben, aus der Luft kommen?

Wenn der Strahl aus dem Wasser kommen solle, wäre der Brechungswinkel bei Totalreflexion doch größer als 90°.

Übrigens habe ich jetzt mal den richtigen Link der Skizze in den ersten Beitrag eingefügt.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 22. März 2011 22:09    Titel: Antworten mit Zitat

Vorschlag zum Begriff http://de.wikipedia.org/wiki/Totalreflexion
mathlab



Anmeldungsdatum: 25.11.2010
Beiträge: 42

Beitrag mathlab Verfasst am: 22. März 2011 22:28    Titel: Antworten mit Zitat

Totalreflexion geht also nur von einem optisch dichten in ein optisch dünnes Medium. Dann ergibt die Aufgabe aber an sich nicht so viel Sinn, da ja tatsächlich von unten kein Licht kommt oder?

Das Snellius Gesetz wird in meinem Fall zu .

Und der Winkel wäre 48°. D.h. über dem Winkel sieht der Tauscher den Himmel nicht mehr.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 22. März 2011 22:39    Titel: Antworten mit Zitat

Leg Dich gedanklich vielleicht mal (als Taucher) auf den Grund des Gewässers und blick nach oben; laß den Blick von senkrecht nach oben wandern immer "schräger" zur Seite. Was wirst Du sehen (wenn meinetwegen mittags die Sonne ziemlich senkrecht von oben scheint)? Was bedeuten diese 48°?
mathlab



Anmeldungsdatum: 25.11.2010
Beiträge: 42

Beitrag mathlab Verfasst am: 22. März 2011 22:52    Titel: Antworten mit Zitat

Für größere Winkel als 48° sieht der Taucher nichts mehr. Du meinst den Blick vom Grund von waagerecht nach senkrecht wandern lassen? Also ich kann mir das leider nicht vorstellen. Für mich hat die Fähigkeit des Sehens eher mit dem Lichteinfall zu tun. Hast du vielleicht noch eine andere Analogie auf Lager?

Und vielleicht eine Idee für die letzte Aufgabe?
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 22. März 2011 23:13    Titel: Antworten mit Zitat

mathlab hat Folgendes geschrieben:
Für größere Winkel als 48° sieht der Taucher nichts mehr.

Was soll das sein: "nichts"?
Er guckt nach oben, direkt über sich das Sonnenlicht (Brechungs praktisch null) und vielleicht Stück Himmel bei ruhiger Oberfläche. Wegen der Symmetrie wird das ein kreisförmiger heller Fleck. Und bei den ominösen 48° endet dieser "Himmelsfleck" ... und weiter außen? Nichts mehr von oben, aber ... Skizze hast Du?

Vielleicht allgemeiner Hinweis: In der geometrischen Optik kann man Lichtstrahlen so oder so herum laufen lassen.
mathlab



Anmeldungsdatum: 25.11.2010
Beiträge: 42

Beitrag mathlab Verfasst am: 22. März 2011 23:40    Titel: Antworten mit Zitat

Naja da das Licht komplett reflektiert wird (wenn den Strahl anders herum laufen lässt), sieht der Taucher den Himmel nicht mehr, der Reiz dringt nicht zu ihm durch er sieht den Himmel nicht mehr, es wird dunkler.

Also das mit dem Fleck ist mir schleierhaft, ich weiß auch nicht, von welchen Symmetrien du sprichst.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 23. März 2011 01:06    Titel: Antworten mit Zitat

http://www.google.de/images?q=internal+reflection&hl=de&client=firefox-a&channel=s&rls=org.mozilla:de:official&gbv=2&tbm=isch&ei=3z6JTa-2M8uUswbs592uDA&sa=N&start=20&ndsp=20

Skizze!

Beobachter, Senkrechte, Wasseroberfläche. Und jetzt vielleicht mal Hilfslinien vom Beobachter nach allen Richtungen. Welche Strahlenverläufe sind möglich, woher können Lichtstrahlen kommen?
mathlab



Anmeldungsdatum: 25.11.2010
Beiträge: 42

Beitrag mathlab Verfasst am: 23. März 2011 02:31    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hab zu diesem Thema ein nützliches Arbeitsblatt gefunden und mit Paint bearbeitet:

http://image-upload.de/image/x3Vf4v/32fbc62439.png

Es sind sozusagen zueinander inverse Darstellungen. Aber bei dem was bisher gesagt wurde, ist ja die totale Reflexion im oberen Bild gar nicht möglich.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 23. März 2011 02:43    Titel: Antworten mit Zitat

Die obere Zeichnung ist falsch. Im optisch dichteren Wasser wird zum Lot hin gebrochen. Totalreflexion gibt es im Grunde nur im Wasser zur Oberfläche hin. Oder im Glas (bei Glasfaseroptik) gegenüber Luft.
mathlab



Anmeldungsdatum: 25.11.2010
Beiträge: 42

Beitrag mathlab Verfasst am: 23. März 2011 02:53    Titel: Antworten mit Zitat

Aww. Ja Klar.

http://image-upload.de/image/Sb3rNs/323b506b89.png

Ja eben, deshalb dürfte der Fall ja auch nicht eintreten, dass das Auge des Beobachters kein Licht aufgrund der Reflexion erreicht.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 23. März 2011 08:24    Titel: Antworten mit Zitat

Die Skizze erscheint mir immer noch recht ungenau. Flacher aufs Wasser fallende Strahlen werden stärker gebrochen.

Kurz angedeutet nochmal die Tauchersicht, siehe auch die google Bilder: Als Taucher hast Du einen (je nach Ruhe der Wasseroberfläche ruhigen oder "verwackelten") hellen Kreis oder Fleck über Dir von Himmel / Wolken oder der Sonne. Strukturen vermutlich weniger.
Außerhalb des Kreises / seitlich sieht man reflektiertes Licht von unten, also meinetwegen Bodenstrukturen, (bunte!) Fische usw. - im allgemeinen lichtschwächer. Mußt mal in den underwater Photos o.ä. blättern.
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