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Physik, 12 mechanische Schwingungen und Wellen - das Huygens - Fresnelsche Prinzip
Brechung in der Optik Brechung im Wellenbild

Übersicht

Abb26.JPG (14370 Byte)Eine anschauliche, konstruktive Verbindung zwischen Wellen und Strahlen zeigt das Huygens - Fresnelsche Prinzip. Es besagt, dass man sich jeden Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle denken kann. Abb27.JPG (26460 Byte)

Alle diese Kugelwellen überlagern sich dann zu neuen Wellen, die sich in alle Richtungen ausbreiten. Einige Richtungen sind durch konstruktive Interferenz besonders bevorzugt: sie ergeben eine neue Wellenfront. Die Senkrechte zu diesen Wellenfronten zeigt den dieser Welle entsprechenden „Strahl“.

Brechung und Reflexion in der Optik

Aus der Optik ist das Phänomen der Brechung und Reflektion bekannt. Das Gesetz, welches die Reflexion von Licht an einer Grenzfläche beschreibt ist sehr einfach und gilt an jeder Grenzfläche zwischen zwei Medien. Es lautet: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel, wobei die Winkel zum Lot der Grenzfläche gemessen werden.

Ist das Material, auf dessen Grenzfläche der einfallende Strahl trifft, für diesen einigermaßen transparent, so gibt es neben dem reflektierten auch einen gebrochenen Strahl. Für den Brechungswinkel gilt (Snelliussches Brechungsgesetz):

Beim Übergang von optisch dicht nach optisch dünn (n1 > n2) gibt es einen Grenzwinkel

Überschreitung führt zu Totalreflexion, denn es ist dann a2 > 90o
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Brechung im Wellenbild

Dieses Applet ist eine Art Tutorial, das in mehreren Teilschritten mit Hilfe des Prinzips von Huygens die Reflexion und die Brechung von Wellen erklärt. Das Applet startet automatisch. Mit dem zweiten Button kann man jeweils zum nächsten Teil der Erklärung übergehen. Will man das Applet vorübergehend anhalten, so muss man den Button "Pause / Weiter" betätigen. Klickt man erneut auf diesen Button, so läuft die Simulation weiter. Die drei Eingabefelder ermöglichen eine Änderung der voreingestellten Werte für die Brechungsindizes und den Einfallswinkel. Das Medium mit dem kleineren Brechungsindex (also der größeren Phasengeschwindigkeit) ist gelb gekennzeichnet, das andere blau.

URL: http://www.walter-fendt.de/ph11d/huygens.htm
© Walter Fendt, 5. März 1998
Letzte Änderung: 18. Dezember 1999
Dieser Effekt lässt sich auch mit Hilfe der Wellenwanne zeigen. In tiefem Wasser bewegen sich Wellen schneller als in seichtem. Die Frequenz als unveränderliches Merkmal einer Welle bleibt erhalten. Wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit sinkt, so ändert sich neben einer Verkleinerung der Wellenlänge außerdem die Richtung der Senkrechten auf der Wellenfront.

 

Dabei gilt:

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letzte Änderung: 19.5.2005