Brechung Reflexion von Licht bei Wassertaucher

mathlab · Anmeldungsdatum: 25.11.2010 Beiträge: 42

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) ...

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

mathlab · Anmeldungsdatum: 25.11.2010 Beiträge: 42

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

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

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

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: 11583

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

mathlab · Anmeldungsdatum: 25.11.2010 Beiträge: 42

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: 11583

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

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: 11583

mathlab · Anmeldungsdatum: 25.11.2010 Beiträge: 42

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: 11583

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

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: 11583

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

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: 11583

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.