Ebener Spiegel

Ebener Spiegel Übung

• Definiere die Begriffe zum ebenen Spiegel.

  Tipps

  Stelle dir vor, wie die Lichtstrahlen von einem Objektpunkt ausgehen und den Spiegel treffen. Überlege, wie sich diese Strahlen nach dem Reflexionsgesetz verhalten.

  Das passiert mit dem Licht, wenn eine Person mit dem Auge eine Gitarre sieht.

  Lösung

  Um die Zuordnungen in dieser Aufgabe zu erklären, gehen wir auf die einzelnen Begriffe und ihre Bedeutungen ein:

  Virtuelles Bild

  Ein virtuelles Bild ist das Bild, welches entsteht, wenn die reflektierten Strahlen verlängert werden und sich hinter dem Spiegel schneiden. Da das Licht nicht wirklich von diesem Punkt ausgeht, wird das entstehende Bild als virtuell bezeichnet.

  Einfallswinkel

  Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und dem Lot zur Spiegelebene. Er wird gemessen, indem man den Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und einer senkrechten Linie zur Spiegelebene an der Stelle des Eintritts des Strahls nimmt.

  Ausfallswinkel

  Der Ausfallswinkel ist der Winkel zwischen dem ausfallenden Strahl und dem Lot zur Spiegelebene. Er wird gemessen, indem man den Winkel zwischen dem ausfallenden Strahl und einer senkrechten Linie zur Spiegelebene an der Stelle des Austritts des Strahls nimmt.

  Einfallslot

  Das Einfallslot ist eine senkrechte Linie zur Spiegelebene, die den Punkt des Eintritts oder Austritts des Lichtstrahls markiert. Sie wird verwendet, um den Einfallswinkel und den Ausfallswinkel zu bestimmen.

• Erkläre, wie die Bildentstehung am ebenen Spiegel funktioniert.

  Tipps

  Das Reflexionsgesetz besagt, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist: Überlege, wie die Strahlen im Spiegel reflektiert werden und wie sie sich im Raum fortsetzen.

  Jeder Objektpunkt erzeugt einen eigenen virtuellen Bildpunkt hinter dem Spiegel. Denke darüber nach, wie sich die Strahlen von verschiedenen Objektpunkten im Spiegel verhalten und wo sie sich treffen.

  Lösung

  In der Abbildung kannst du die Bildentstehung am ebenen Spiegel sehen:

  Die Strahlen, die den Spiegel treffen, werden dort nach dem Reflexionsgesetz reflektiert und treffen dann unser Auge. Unser Auge geht allerdings immer davon aus, dass die eintreffenden Strahlen sich den ganzen Weg über geradlinig ausgebreitet haben – es kann Reflexion oder Brechung nicht berücksichtigen.

  Zur Veranschaulichung verlängern wir daher die reflektierten Strahlen, die das Auge treffen, geradlinig nach hinten. Sie schneiden sich alle hinter dem Spiegel in einem Punkt. Diesen Punkt nennt man auch virtuellen Bildpunkt. Nach diesem Prinzip erzeugt jeder Objektpunkt einen virtuellen Bildpunkt hinter dem Spiegel. Das so entstehende virtuelle Bild hat die gleiche Entfernung zur Spiegelebene wie der Objektpunkt.

• Beschreibe die Bildentstehung am ebenen Spiegel.

  Tipps

  Lies dir jeden Satz sorgfältig durch und versuche, den Inhalt und die Bedeutung zu verstehen. Achte auf Schlüsselwörter, die auf den Ablauf des Prozesses hinweisen könnten.

  Suche den Satz, der den Ausgangspunkt des Prozesses beschreibt. In diesem Fall ist es der Satz, der das Licht der Kerzenflamme und seine Ausbreitung erwähnt.

  Beachte, dass die Beschreibung des Prozesses aus der Perspektive der betrachtenden Person erfolgt: Das Auge nimmt die reflektierten Strahlen wahr und erzeugt das Spiegelbild.

  Mache dir klar, dass das Licht der Kerzenflamme ausgesendet wird, sich geradlinig ausbreitet, auf den Spiegel trifft, reflektiert wird und schließlich das Auge der betrachtenden Person erreicht.

  Lösung

  1. Das Licht der Kerzenflamme breitet sich geradlinig in alle Richtungen aus.

  Dieser Satz beschreibt den Ausgangspunkt des Prozesses: Die Kerzenflamme strahlt Licht aus, das sich geradlinig in alle Richtungen ausbreitet.

  2. Die Strahlen treffen auf den Spiegel und werden nach dem Reflexionsgesetz reflektiert.

  Nachdem das Licht der Kerzenflamme auf den Spiegel trifft, erfolgt die Reflexion nach dem Reflexionsgesetz. Die Strahlen werden an der Spiegelfläche reflektiert.

  3. Die Strahlen treffen auf das Auge der betrachtenden Person.

  4. Das Auge verlängert die reflektierten Strahlen geradlinig nach hinten und nimmt das Spiegelbild als virtuelles Bild wahr.

  Das Auge der betrachtenden Person verlängert die reflektierten Strahlen geradlinig nach hinten. Das Spiegelbild, welches das Auge wahrnimmt, wird über das virtuelle Bild der verlängerten Strahlen hinter dem Spiegel wahrgenommen.

• Beschreibe, wie der Spiegel positioniert werden muss.

  Tipps

  Stelle dir noch einmal den Strahlengang des Lichts am ebenen Spiegel vor.

  Beachte das Reflexionsgesetz: Einfallswinkel ist gleich Reflexionswinkel.

  Verlängere die Strahlen bildlich und überlege dir, wo der Spiegel positioniert werden muss.

  Lösung

  Hier gilt natürlich das Reflexionsgesetz, welches besagt, dass der Einfallswinkel $\alpha$ genau so groß ist wie der Reflexionswinkel bzw. Ausfallswinkel $\alpha^\prime$. Das bedeutet also, dass der Spiegel so positioniert werden muss, dass die beiden Winkel gleich groß sind. Das funktioniert nur, wenn der Spiegel wie im Bild platziert ist.

  Bei den anderen abgebildeten Positionen des Spiegels trifft dies nicht zu: Wenn man die Pfeile – wie ganz oben dargestellt – verlängert, dann treffen diese gar nicht auf den jeweils unten eingezeichneten Spiegel. Somit kommen nur die beiden Antwortmöglichkeiten infrage, die einen Spiegel in der oberen Hälfte der Schachtel haben: Von den beiden Möglichkeiten muss es der Spiegel rechts oben sein, da mit Verlängerung der Pfeile gemäß dem Reflexionsgesetz auch der reflektierte Strahl heraustritt.

• Entscheide, welche Aussage zur Bildentstehung im ebenen Spiegel korrekt ist.

  Tipps

  Bedenke, was das Reflexionsgesetz besagt: Die Strahlen, die auf den Spiegel treffen, werden reflektiert und verlassen in einem bestimmten Winkel den Spiegel.

  Überlege dir, was mit deinem Spiegelbild passiert, wenn du dich vor den Spiegel stellst und dich bewegst.

  Lösung

  Die Bildentstehung im ebenen Spiegel basiert auf dem Reflexionsgesetz und der Bildkonstruktion im Auge. Um dies zu verstehen, betrachten wir die gegebenen Aussagen und analysieren sie im Zusammenhang mit der Funktionsweise des ebenen Spiegels.

  Das Spiegelbild ist seitenverkehrt.

  Im Fall eines ebenen Spiegels ist das Spiegelbild nicht seitenverkehrt, sondern seitenrichtig. Das bedeutet, dass die linke Seite des Objekts im Spiegelbild weiterhin links ist und die rechte Seite weiterhin rechts. Es findet keine Spiegelung von links nach rechts statt.

  $\Rightarrow$ Diese Aussage ist falsch.

  Das Auge berücksichtigt Reflexion und Brechung beim Sehen.

  Das Auge nimmt an, dass die einfallenden Lichtstrahlen den geraden Weg zum virtuellen Bildpunkt hinter dem Spiegel genommen haben, obwohl sie tatsächlich reflektiert wurden. Das Auge berücksichtigt nur die geradlinigen Strahlen, nicht jedoch Reflexion oder Brechung an der Spiegelfläche.

  $\Rightarrow$ Diese Aussage ist falsch.

  Das virtuelle Bild hat die gleiche Entfernung zur Spiegelebene wie der Objektpunkt.

  Bei einem ebenen Spiegel hat der virtuelle Bildpunkt die gleiche Entfernung zur Spiegelebene wie der entsprechende Objektpunkt. Diese Eigenschaft ist charakteristisch für die Bildentstehung im ebenen Spiegel.

  $\Rightarrow$ Diese Aussage ist richtig.

  Der Einfallswinkel ist größer als der Ausfallswinkel.

  Nach dem Reflexionsgesetz gilt, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist. Das bedeutet, dass der Winkel, unter dem ein Lichtstrahl auf den Spiegel trifft, gleich dem Winkel ist, unter dem der reflektierte Strahl den Spiegel verlässt.

  $\Rightarrow$ Diese Aussage ist falsch.

• Beschreibe das folgende Phänomen.

  Tipps

  Überlege, wie ein Wandspiegel funktioniert und welche Eigenschaften er besitzt. Denke daran, dass der Wandspiegel das Bild von Alicias Hinterkopf auf seiner reflektierenden Oberfläche erzeugt.

  Versuche, zu verstehen, welche Funktion der Handspiegel erfüllt. Denke darüber nach, wie er das reflektierte Bild des Hinterkopfes aufnimmt und es Alicia ermöglicht, dieses Bild zu betrachten.

  Bedenke, dass Alicia den Handspiegel in verschiedenen Winkeln und Positionen halten muss, um das reflektierte Bild ihres Hinterkopfes zu betrachten.

  Verstehe, dass Lichtstrahlen von den Haaren am Hinterkopf zuerst zum Wandspiegel gelangen müssen. Achte darauf, wie der Wandspiegel das Licht gemäß dem Reflexionsgesetz reflektiert und zum Handspiegel lenkt.

  Lösung

  Um ihren Hinterkopf zu betrachten, kann Alicia den Handspiegel verwenden, der ihr vom Friseur gegeben wurde. Um das Spiegelbild ihres Hinterkopfes zu sehen, muss Alicia vor dem Wandspiegel im Friseursalon sitzen.

  Der Wandspiegel wirft ein Bild von Alicias Hinterkopf auf seine reflektierende Oberfläche. Dieses Spiegelbild wird dann von Alicias Handspiegel aufgefangen.
  Indem Alicia den Handspiegel in verschiedenen Winkeln und Positionen hält, kann sie das reflektierte Bild ihres Hinterkopfes betrachten. Der Handspiegel fungiert dabei als zusätzlicher Spiegel, der das Licht, das vom Wandspiegel kommt, auffängt und zu Alicias Auge zurückwirft.
  Wenn Alicia den Handspiegel so ausrichtet, dass sie das Spiegelbild ihres Hinterkopfes betrachtet, dann gelangen die Lichtstrahlen von den Haaren am Hinterkopf zum Wandspiegel. Der Wandspiegel reflektiert das Licht gemäß dem Reflexionsgesetz und lenkt es zum Handspiegel, der sich in Alicias Hand befindet.
  Alicia kann nun das reflektierte Licht im Handspiegel sehen, da es in Richtung ihres Auges gerichtet ist. Durch das Betrachten des Spiegelbildes im Handspiegel erhält Alicia eine rückwärtige Ansicht ihres Hinterkopfes. Auf diese Weise kann Alicia überprüfen, ob die Haare auch am Hinterkopf schön geschnitten bzw. frisiert worden sind und gegebenenfalls Anpassungen vornehmen lassen.

  Durch die geschickte Handhabung des Handspiegels in Verbindung mit dem Wandspiegel kann Alicia also ihren Hinterkopf betrachten und sicherstellen, dass die Haare auf der Rückseite genauso gut aussehen wie auf der Vorderseite.