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Optisch dünne und optisch dichte Stoffe

Der Übergang von Licht aus dem Vakuum in einen anderen Stoff kommt auf der Erdoberfläche praktisch nicht vor. Hier beobachtet man im Grunde immer nur die Übertritte von Licht zwischen zwei beliebigen lichtdurchlässigen Stoffen. Um vorhersagen zu können, ob das Licht dabei zum Einfallslot hin oder von ihm weg gebrochen wird, hat man die Begriffe optisch dichte Stoffe und optisch dünne Stoffe eingeführt.

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Der Übergang von Licht aus dem Vakuum in einen anderen Stoff kommt auf der Erdoberfläche praktisch nicht vor. Hier beobachtet man im Grunde immer nur die Übertritte von Licht zwischen zwei beliebigen lichtdurchlässigen Stoffen. Um vorhersagen zu können, ob das Licht dabei zum Einfallslot hin oder von ihm weg gebrochen wird, hat man die Begriffe optisch dichte Stoffe und optisch dünne Stoffe eingeführt. Zugleich kann man mit diesen Begriffen eine optische Eigenschaft eines Stoffes im Vergleich zu einem anderen kennzeichnen.

Die Bezeichnung optisch dicht oder optisch dünn hat nur in Bezug auf einen anderen Stoff eine Bedeutung. Sie beruht auf einem Vergleich der Brechzahlen.

Ein bestimmter Stoff ist optisch dichter (dünner) als ein anderer, wenn er eine größere (kleinere) Brechzahl als dieser besitzt.

  • Das Glas einer Linse ist optisch dichter als die umgebende Luft. Beim Übergang Luft-Glas wird deshalb das Licht zum Lot hin gebrochen, beim Übergang Glas-Luft dagegen vom Lot weg.

    L. Meyer, Potsdam

So hat z. B. Wasser eine Brechzahl von 1,33. Plexiglas hat eine Brechzahl von 1,49 (siehe Übersicht in Bild 2). Somit ist Wasser optisch dünner als Plexiglas. Plexiglas ist optisch dichter als Wasser. Dabei ist zu beachten: Die Bezeichnungen optisch dicht und optisch dünn haben nichts mit der Dichte des Stoffes der betrachteten Körper zu tun.

Da nach dem Brechungsgesetz

sin   α sin   β = c 1 c 2 = n

ein Zusammenhang zwischen den Brechzahlen und den Lichtgeschwindigkeiten besteht, kann man optisch dichte und optisch dünne Stoffe auch mit Hilfe der Lichtgeschwindigkeiten charakterisieren:

Ein bestimmter Stoff ist optisch dichter (dünner) als ein anderer, wenn seine Lichtgeschwindigkeit im betreffenden Stoff kleiner (größer) als im anderen ist.

So beträgt z. B. die Lichtgeschwindigkeit in Wasser 225 000 km/s und in Plexiglas 201 000 km/s. Somit ist Wasser optisch dünner als Plexiglas. Plexiglas ist optisch dichter als Wasser.

Für die Richtung der Brechung an der Grenzfläche zweier Stoffe ergibt sich dann:

Beim Übertritt von einem optisch dünnen in einen optisch dichten Stoff wird das Licht zum Lot hin gebrochen.

Beim Übertritt von einem optisch dichten in einen optisch dünnen Stoff wird das Licht vom Lot weg gebrochen.

  • Brechzahlen und Lichtgeschwindigkeiten in verschiedenen Stoffen
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Optisch dünne und optisch dichte Stoffe." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/optisch-duenne-und-optisch-dichte-stoffe (Abgerufen: 02. July 2025, 19:48 UTC)

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Zeigermodell in der Optik

Neben den Modellen Lichtstrahl und Lichtwelle können optische Erscheinungen auch mit dem sogenannten Zeigermodell beschrieben bzw. erklärt werden. Mit dem Zeigermodell kann man die geradlinige Ausbreitung, Reflexion und Brechung von Licht erklären. Besonders hilfreich ist es bei quantitativen Überlegungen zur Beugung und zur Interferenz von Licht.

Brechung von Licht

Fällt Licht geneigt auf die Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Stoffen, dann wird es in der Regel aus seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Brechung.
Die wesentliche Voraussetzung für das Zustandekommen der Brechung ist eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in den Stoffen, die aneinandergrenzen. Für die Brechung von Licht gilt das Brechungsgesetz:
sin   α sin   β = c 1 c 2 oder sin   α sin   β = n
Das Brechungsgesetz kann man z.B. experimentell oder aus dem fermatschen Prinzip herleiten.

Das fermatsches Prinzip

Das von dem französischen Mathematiker und Juristen PIERRE DE FERMAT (1601-1665) gefundene Prinzip ist ein Extremalprinzip für die Ausbreitung von Licht. Es besagt, dass Licht zwischen zwei Punkten den zeitlich kürzesten Weg zurücklegt, der nicht immer der geometrisch kürzeste ist. Damit wird die Laufzeit des Lichtes zwischen zwei Punkten ein Minimum. Das fermatsche Prinzip ist ein grundlegendes Prinzip der geometrischen Optik. Mithilfe des fermatschen Prinzips kann man z.B. das Brechungsgesetz herleiten.

Willebrord Snellius

* 1580 in Leiden
† 30.10.1626 in Leiden

Er war ein niederländischer Mathematiker und Naturwissenschaftler, der sich u. a. mit den Eigenschaften von Licht und mit geodätischen Messungen beschäftigte.

Hippolyte Fizeau

* 23.09.1819 in Paris
† 18.09.1896 in Venteuil

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