Reflexion von Licht

Reflexion von Licht an Oberflächen

Fällt Licht auf die Oberfläche eines Körpers, so wird ein Teil des Lichtes reflektiert, ein Teil absorbiert und möglicherweise ein Teil gebrochen, wenn der betreffende Körper durchsichtig ist und das Licht nicht senkrecht auf die Oberfläche trifft. Wir betrachten nachfolgend nur den Teil des Lichtes, der an einer Oberfläche reflektiert wird. Wie groß dieser Anteil ist, hängt vom Reflexionsgrad dieser Oberfläche ab. Unter dem Reflexionsgrad r versteht man das Verhältnis der reflektierten Strahlungsintensität zur auftreffenden Strahlungsintensität:

$\begin{array}{l}\text{Reflexionsgrad}=\frac{\text{reflektierte Strahlungsintensität}}{\text{auftreffende Strahlungsintensität}}\\ r=\frac{I_r}{I}\end{array}$

Bei hochwertigen Spiegeln kann sich der Reflexionsgrad dem Wert 1 nähern, bei dunklen Oberfläche liegt er unter 0,1.

Je nach der Art der Oberfläche unterscheidet man zwischen regulärer und diffuser Reflexion (Bild 2). Die reguläre Reflexion, die an glatten Oberflächen auftritt, ist dadurch gekennzeichnet, dass einfallendes paralleles Licht in eine bestimmte Richtung reflektiert wird. Das ist z.B. bei Spiegeln oder bei glatten Wasserflächen der Fall. Die diffuse Reflexion tritt bei rauen Oberflächen (z.B. Wände, Kleidung, Papier, bewegtes Wasser) auf. Bei ihr wird einfallendes paralleles Licht durch die Struktur der Oberfläche in die unterschiedlichsten Richtungen reflektiert.

Das Reflexionsgesetz

Das Reflexionsgesetz lautet:
Wenn Licht an einer Fläche reflektiert wird, so ist der Einfallswinkel $\alpha$ gleich dem Reflexionswinkel $\alpha \text{'}$. Dabei liegen einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl in einer Ebene.
Die Reflexion von Licht kann man mit dem Wellenmodell nicht nur beschreiben, sondern auch erklären (Bild 3). Trifft Licht auf eine Oberfläche, so ist nach dem huygensschen Prinzip jeder Punkt, den die Welle erreicht, Ausgangspunkt einer Elementarwelle. Die Einhüllende aller Elementarwellen bildet die neue Wellenfront. Da sich die Elementarwellen mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Wellen ausbreiten, sind die Dreiecke ABC und BDA kongruent, die Winkel $\alpha$ und $\alpha \text{'}$ demzufolge auch gleich groß.

Eine Erklärung des Strahlenverlaufs kann auch mit dem fermatschen Prinzip gegeben werden. Ein Lichtstrahl soll vom Punkt P zum Punkt Q über einen Spiegel S reflektiert werden. Spiegelt man P an S in P', dann sind aus Symmetriegründen P'F und FQ gleich lang wie PF und FQ. Das gilt für jeden beliebigen Punkt F auf dem Spiegel. P'F und FQ sind zusammen am kürzesten, wenn F auf P'Q liegt. Da die Lichtgeschwindigkeit überall gleich ist, ist das dann auch die zeitlich kürzeste Verbindung. Aus Symmetriegründen ist $\alpha =\alpha \text{'}$, $\alpha \text{'}$und $\beta$ sind Scheitelwinkel, also ist $\alpha =\beta$.

Unerwünschte und erwünschte Reflexion von Licht

Reflexion tritt in Natur und Technik in vielfältiger Weise auf und ist dabei zum Teil unerwünscht und zum Teil erwünscht.
Unerwünscht ist die Reflexion beispielsweise bei Linsen und bei Brillengläsern. Durch eine spezielle Oberflächenbehandlung kann hier eine Entspiegelung erfolgen, durch die der Reflexionsgrad deutlich gemindert wird.
Erwünscht ist die Reflektion bei Spiegeln und bei Reflektoren, die sich an Fahrzeugen befinden und eine gute Sichtbarkeit im Straßenverkehr gewährleisten sollen. Auch bei der Reflexionsfolie an Kleidung (Bild 5), Verkehrschildern oder Verkehrsleiteinrichtungen ist eine Reflexion von Licht mit hohem Reflexionsgrad ausdrücklich erwünscht. Verschmutzungen führen hier zu einer deutlichen Verringerung des Reflexionsgrades und damit zu einer schlechteren Sichtbarkeit.