Streuung an rauen Oberflächen erklärt durch Reflexionsgesetz

Veryyy · Anmeldungsdatum: 14.08.2009 Beiträge: 142

Hallo zusammen,

ich weiß, dass Licht an einem Spiegel oder an anderen glatten Oberflächen reflektiert wird. Dabei gilt das Reflexionsgesetz (Einfallswinkel = Ausfallswinkel).

Ist es möglich mit Hilfe des Reflexionsgesetzes die Streuung von Licht an rauen Oberflächen zu erklären? Man könnte sagen, Licht fällt auf einen Gegenstand (z.B. ein Blatt Papier). Von dort aus wird es in alle Richtungen gestreut, da das Papier wie viele winzig kleine Spiegel wirkt, die in alle möglichen Richtungen zeigen. Einige dieser winzigen Spiegel liegen gerade so, dass das Licht auch in mein Auge fällt. Deshalb kann ich ein Blatt Papier von überall aus sehen.

Damit müsste ich mich theoretisch in jedem beliebigen Material spiegeln können, wenn seine Oberfläche nur glatt genug wäre.

Ist das so richtig? Freue mich über eure Rückmeldungen.
lg Veryyy

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Generell, wenn die Dimensionen des Streukörpers größer sind als die Wellenlänge des einfallenden Lichts (im sichtbaren Bereich grob 400 bis 800 nm), dann treten zumeist wenig Interferenzerscheinungen auf und im Prinzip kannst du dann sagen, dass der Streuvorgang im Wesentlichen als eine Ansammlung von abgelenkten Lichtstrahlen, repräsentiert als Linien, beschrieben werden kann (geometrische Optik).

Jedoch musst du aufpassen: Das Reflexionsgesetz Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel gilt nur, wenn das betrachtete Objekt (Oberfläche oder was auch immer) reflektiert.
Streuung ist der Oberbegriff und umfasst inelastische und elastische Streuvorgänge. Bei ersterem Streuvorgang wird sowohl die Richtung als auch die Energie des Lichtes verändert, bei letzterem bleibt die Energie dieselbe und nur die Richtung wird geändert.
Im Spezialfall, wenn wirklich genau die Phase umgekehrt wird, sodass Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel gilt, hast du Reflexion.

Körper streuen im Alltag in verschiedene Richtungen, haben eine gewisse Streufunktion und oft gilt Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel nicht. Zusätzlich wird ein gewisser Teil des Lichtes absorbiert und ein Teil durchgelassen und in irgendeine Richtung gebrochen (beispielsweise ein Glas mit Wasser drin).

Streuung an rauen Oberflächen kann man im Rahmen der geometrischen Optik (Strahlen) am Computer simulieren, wenn man Streu- und Absorptionskoeffizient des gegebenen Objekts kennt sowie die Streufunktion und die Brechungsindizes (zum Beispiel Luft n1 = 1 und eine Glasfläche mit n2 = 1.6).

Das Gehirn verarbeitet das Gesehene zusätzlich so, dass Farben im Gesamtzusammenhang stehen (blau auf grünem Hintergrund sieht anders aus als blau auf rotem Hintergrund) und es sieht eher das logarithmische Verhältnis der Intensitäten.

Deswegen kannst du dich nicht in jedem beliebigen Objekt spiegeln, wenn dessen Oberfläche nur glatt genug ist. Es streut vielleicht zuviel Licht weg von dir oder es absorbiert zuviel (es erscheint dunkel).

Ich hoffe, das hilft dir weiter!