Reflexion an gekrümmten Spiegeln

Reflexion an gekrümmten Spiegeln Übung

• Nenne Auswirkungen, die ein Spiegel bewirken kann.

  Tipps

  Kann ein Spiegel einen Gegenstand selbst verändern?

  Der reale Gegenstand befindet sich immer vor dem Spiegel – im Spiegel siehst du nur das Spiegelbild.

  Das Spiegelbild ist wie jedes Foto immer nur ein Abbild der Realität.

  Lösung

  Wichtig ist, auf die Formulierung der Antworten zu achten.

  Der reale Gegenstand befindet sich immer vor und nie im Spiegel. Im Spiegel erkennst du immer nur das Spiegelbild.
  Dies ist ein Abbild des realen Gegenstandes.

  Der Spiegel verändert also niemals den Gegenstand an sich – er bildet ihn nur anders ab.

  Je nachdem wie der Spiegel geformt ist, kann dieses Abbild verkleinert, vergrößert oder anderweitig verzerrt werden.

  Die Farben werden sich dabei nicht verändern.

  Die Lichtstrahlen, die von dem Gegenstand reflektiert werden, treffen auf den Spiegel. Dieser reflektiert das Licht wiederum und es trifft auf unser Auge.

  Das Licht trifft deswegen unter Umständen in einem anderen Winkel auf dein Auge, es sind jedoch dieselben Lichtstrahlen, die direkt vom Objekt ausgehen und damit auch dieselben Farben.

• Beschreibe Hohlspiegel und Wölbspiegel.

  Tipps

  Das Wort hohl beschreibt etwas, was im Inneren ausgehöhlt ist. Welcher Spiegel erinnert dich daran?

  Wie kann im Straßenverkehr für mehr Übersicht gesorgt werden? Mithilfe eines vergrößerten oder eines verkleinerten Bildes?

  Nutze einen Löffel, um die Wirkung von Hohlspiegel und Wölbspiegel zu erforschen.

  Lösung

  Die meisten Spiegel aus unserem Alltag sind gerade. Sie werden auch Planspiegel genannt.

  Es gibt aber auch gewölbte Spiegel. Diese können nach außen oder nach innen gewölbt sein. In welche Richtung die Wölbung auftritt, kannst du am Namen erkennen.

  Der Hohlspiegel hat das Wort hohl in sich. Das beschreibt etwas, was im Inneren ausgehöhlt ist. Wie eine Schüssel.
  Damit befindet sich der Mittelpunkt des Spiegels am weitesten vom Betrachter entfernt.

  Der Wölbspiegel hat dagegen das Wort Wölbung in sich. Er ist nach außen gewölbt, das heißt, er sieht eher aus wie eine umgedrehte Schüssel.
  Damit befindet sich der Mittelpunkt näher am Betrachter als die Außenpunkte.

  TIPP:
  Mit einem Löffel kannst du überprüfen, welche Wirkung die jeweiligen Spiegel haben.
  Hältst du die gewölbte Seite zu dir, dann wird dein Gesicht verkleinert.
  Hältst du die hohle Seite zu dir, dann wird dein Gesicht vergrößert.

• Erschließe den richtigen Verlauf der Strahlen.

  Tipps

  Spiegel reflektieren die Lichtstrahlen.

  Wenn parallel einfallende Strahlen nach der Reflexion nicht mehr parallel sind, ist das Spiegelbild verzerrt.

  Bei einem Spiegel gilt für einen einfallenden Lichtstrahl immer Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel.

  Lösung

  Wenn ein Lichtstrahl auf einen Spiegel trifft, wird er reflektiert.
  In welche Richtung der Strahl reflektiert wird, hängt sowohl vom Einfallswinkel als auch von der Art des Spiegels ab.

  Wird an der Stelle, wo der Lichtstrahl auf den Spiegel trifft, ein Lot gezogen, dann sind Einfallswinkel und Ausfallswinkel immer gleich groß.

  Planspiegel:
  Der Planspiegel ist der Spiegel mit der geraden Oberfläche, den du als normalen Spiegel kennst.
  Das Lot ist hier leicht zu erkennen und an jeder Stelle gleich. Parallele Lichtstrahlen sind auch nach der Reflexion parallel.
  Das führt dazu, dass unser Spiegelbild uns immer genau und nicht verzerrt gegenüberzustehen scheint, auch wenn wir nicht direkt frontal vor dem Spiegel stehen.

  Wölbspiegel: Der Wölbspiegel ist zum Objekt hin gebogen. Der Mittelpunkt des Spiegels ist somit am nächsten am Objekt.
  Treffen von vorne parallele Lichtstrahlen auf diesen Spiegel, wird nur der Mittelpunktstrahl auf demselben Weg zurückgeworfen. Alle anderen Strahlen werden aufgrund der Wölbung des Spiegels nach außen reflektiert.
  Dass auch hier der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist, siehst du, wenn du das Lot an der entsprechenden Stelle einzeichnest.

  Hohlspiegel:
  Der Hohlspiegel ist vom Objekt weggebogen. Der Mittelpunkt des Spiegels ist somit am weitesten vom Objekt entfernt.
  Wie beim Wölbspiegel wird bei parallel von vorne einfallenden Lichtstrahlen der Mittelpunktstrahl auf demselben Weg zurückgeworfen. Die restlichen Strahlen werden nach innen reflektiert.
  Sie treffen sich in einem gemeinsamen Punkt, dem Brennpunkt.

  Zeichne auch hier das Lot an einer Stelle ein, um den Ausfallswinkel zu finden.

• Erkläre den Begriff Brennpunkt.

  Tipps

  Wodurch unterscheiden sich die verschiedenen Spiegelarten und welchen Einfluss hat dies auf den Verlauf der Lichtstrahlen?

  Zeichne den Strahlenverlauf bei den verschiedenen Spiegeln.

  Bei dieser Spiegelart treffen sich alle Strahlen in einem Punkt. Um welche Spiegelart handelt es sich?

  Lösung

  Es gibt drei verschiedene Spiegelarten, diese haben eine unterschiedliche Wirkung. Sie können dadurch unterschieden werden, wie sie vom Betrachter aus gesehen geformt sind.

  • Planspiegel sind gerade. Sie spiegeln das Bild einfach.
  • Wölbspiegel sind zum Betrachter hin gewölbt. Der Mittelpunkt des Spiegels ist der Punkt, der am nächsten am Betrachter ist. Sie verkleinern das Bild.
  • Hohlspiegel sind hohl. Der Mittelpunkt des Spiegels ist am weitesten entfernt. Sie vergrößern das Bild.

  Der Hohlspiegel ist der einzige Spiegel, bei dem die Strahlen gebündelt werden. Wenn parallele Strahlen auf den Spiegel treffen, laufen sie in der Mitte zusammen und treffen sich in einem gemeinsamen Punkt. Dieser Punkt wird Brennpunkt genannt.

  Beim Wölbspiegel laufen die Strahlen auseinander, beim Planspiegel laufen sie nach der Reflexion genau den Weg zurück, den sie gekommen sind.

• Nenne unterschiedliche Spiegelarten.

  Tipps

  Ein Spiegel wird nach seiner Oberflächenstruktur benannt. Wenn eine Fläche plan ist, dann ist sie ganz flach und eben.

  Wenn ein Spiegel aus verschiedenen Spiegelarten zusammengesetzt werden kann, dann wird für ihn kein eigener Begriff genutzt.

  Lösung

  Es gibt grundsätzlich zwei Arten, wie ein Gegenstand geformt sein kann.

  Entweder er ist flach oder er ist krumm.
  So ist es auch bei den Spiegeln.

  Etwas Flaches wird auch plan genannt. Darum ist der flache Spiegel, den du aus deinem Alltag kennst, ein sogenannter Planspiegel.

  Etwas Krummes kann wieder auf zwei Arten gekrümmt sein:
  Nach innen oder nach außen.

  Etwas, das nach innen gekrümmt ist, ist hohl.
  Darum heißt ein derartiger Spiegel Hohlspiegel.

  Etwas, das nach außen gekrümmt ist, ist gewölbt.
  Darum heißt ein derartiger Spiegel Wölbspiegel.

  Du kannst dir sicher noch viele weitere Spiegelformen vorstellen. Diese entstehen jedoch durch Kombinationen der genannten Spiegelarten.
  So entsteht zum Beispiel ein gewellter Spiegel, wenn du immer abwechselnd einen Hohlspiegel und einen Wölbspiegel aneinanderreihst.

  Fallen dir noch weitere Formen ein, die du mit den drei genannten Spiegelarten herstellen könntest?

• Erkläre, welchen Einfluss die Lage eines Gegenstandes im Bezug auf den Brennpunkt eines Hohlspiegels hat.

  Tipps

  Der Brennpunkt gibt den Punkt vor dem Spiegel an, in dem sich alle Parallelstrahlen vor einem Hohlspiegel treffen. Die Parallelstrahlen werden nach der Reflexion zu Brennpunktstrahlen. Brennpunktstrahlen werden nach der Reflexion zu Parallelstrahlen.

  Konstruiere mithilfe des Brennpunktes den Strahlenverlauf bei verschiedenen Positionen des Gegenstandes.

  Nutze die Innenseite eines Löffels, um deine Überlegungen mit einem Experiment zu überprüfen.

  Lösung

  Der Brennpunkt ist der Punkt vor einem Hohlspiegel, in dem sich alle parallel einfallenden Lichtstrahlen (Parallelstrahlen) treffen. Sie werden nach der Reflexion zu Brennpunktstrahlen.
  Andersherum werden Brennpunktstrahlen nach der Reflexion zu Parallelstrahlen.

  Mithilfe eines Brennpunktstrahls und eines Parallelstrahls lässt sich das Bild eines einfachen Gegenstandes leicht konstruieren.

  So kann der Gegenstand an verschiedene Stellen in Bezug auf den Brennpunkt (auch Fokus genannt) positioniert werden und das Bild konstruiert werden. Es fällt sofort auf, dass unterschiedliche Bilder entstehen.

  TIPP: Mit einem Löffel kannst du deine Überlegungen überprüfen. Die Innenseite des Löffels ist dabei der Hohlspiegel. Je nachdem, wie weit du den Löffel von deinem Gesicht weghältst, kannst du die unterschiedlichen Phänomene beobachten.

  Dabei ist nur zu beachten, dass ein Löffel kein perfekter Hohlspiegel ist, er stellt die Bilder aufgrund seiner Krümmung etwas verzerrt dar.

  Es ergeben sich folgende Ergebnisse:

  • Zwischen Brennpunkt und Spiegel: Das Bild ist vergrößert und aufrecht.
  • In dem Brennpunkt: Es ist kein Bild erkennbar.
  • Hinter dem Brennpunkt: Das Bild steht auf dem Kopf. Ob es größer, kleiner oder gleich groß wie der Gegenstand ist, hängt von der Entfernung ab.

  Dabei gilt für Gegenstände, die weiter als der Brennpunkt vom Spiegel entfernt sind:

  • Bei weniger als der doppelten Brennweite wird das Bild größer.
  • Bei genau der doppelten Brennweite ist das Bild genauso groß wie der Gegenstand.
  • Bei mehr als der doppelten Brennweite wird das Bild kleiner.

  Dabei ist die Brennweite der Abstand zwischen Spiegel und Brennpunkt.