Experiment 28: Was ist Brechung?

Was brauche ich?

• Ein Glas oder eine große Tasse mit Wasser und
• einen Strohhalm.

Wie lange dauert es?

Nur eine Minute.
 

Wie funktioniert es?

Stelle einfach den Strohhalm in das Wasser und schau ihn Dir aus verschiedenen Richtungen und Höhen an. Du wirst feststellen, dass er mal mehr und mal weniger so aussieht, als ob er direkt an der Wasseroberfläche geknickt wäre.

Nimm‘ den Halm aus dem Glas heraus. Natürlich ist er völlig gerade und vollkommen unversehrt.
 

Warum ist das so?

Alles, das wir sehen können, sehen wir nur, weil aus einer Lichtquelle (der Sonne oder einer Lampe) Licht darauf fällt. Dieses Licht wird dann reflektiert (zurückgeworfen). Allerdings nicht auf dem Weg, auf dem es gekommen ist, sondern wie ein Ball, den  Du gegen die Wand wirfst: abhängig davon, in welchem Winkel er auf die Wand trifft, wird er in eine andere Richtung zurückgeworfen. Dieses reflektierte Licht fällt dann in unser Auge. Viele dieser Lichtstrahlen werden dann von unseren Augen aufgenommen und ans Gehirn weitergeleitet. Dort wird dann ein Bild zusammengebaut … wir sehen.

Wenn Licht von einer durchsichtigen Umgebung in eine andere gelangt (aus der Luft durch die Wasseroberfläche ins Wasser), sagt man, es wechselt das Medium (von Luft nach Wasser). Jeder Medienwechsel führt zu einer Brechung (je nach Material mehr oder weniger). Das bedeutet, der Lichtstrahl wird ein wenig umgelenkt und fast gar nicht reflektiert.
 
In unserem Fall werden die Lichtstrahlen erst gebrochen, dann treffen sie auf den Strohhalm, werden dort reflektiert und dann gelangen sie in unser Auge. (Ich habe hier etwas vereinfacht und etwas weggelassen: eigentlich muss das Licht ja nochmal durch die Oberfläche und wird dort noch einmal gebrochen).

Nun weiß aber weder unser Auge, noch der Teil unseres Gehirns, der die Lichtstrahlen zu Bildern zusammensetzt, etwas von Brechung, oder dass da eine Wasseroberfläche ist. Unser Sehapparat geht also davon aus, dass sich alle Lichtstrahlen gerade bewegt haben. Beim „Bild zusammenbauen“ konstruiert unser Gehirn also folgendes (die gestrichelten Linien zeigen was wir sehen, die grauen zeigen, wie das Licht sich wirklich bewegt):

Wir sehen unterhalb der Wasseroberfläche einen geknickten Strohhalm.

 
Update, 17.03.2013: Einen Trick mit dem Effekt der Brechung findest Du in Experiment 31.