Entstehung des Spiegelbildes

Thema

Die Wasseroberfläche des Sees wirkt wie ein Spiegel. Es scheint dabei so, als ob es in diesem Bild zwei Sonnen gibt.

Wo befindet sich scheinbar die gespiegelte Sonne?
Welchen Abstand hat die gespiegelte Sonne zur Wasseroberfläche?
Welche Wege nimmt das Licht, bis es in unsere Augen gelangt?

Wir versuchen diese Fragen mit Konstruktionen und Experimenten zu beantworten. Am Ende verbinden wir Konstruktion und Experiment.

Lichtreflexion am Spiegel

Wenn Licht einer Lichtquelle Q im Punkt P auf eine spiegelnde Fläche trifft, dann wird es gemäß dem Reflexionsgesetz reflektiert. Dabei gilt:

Der Ausfallwinkel α‘ ist gleich dem Einfallswinkel α.

Beide Winkel werden „vom Lot aus“ gemessen, so wie in der Konstruktion gezeigt.

Experiment zum Reflexionsgesetz

Überprüfe das Reflexionsgesetz mit einer Winkelscheibe, einer aufrechtstehenden Spiegelkachel und einer Experimentierleuchte, die ein schmales, paralleles Lichtbündel erzeugt.

Beschreibe den Aufbau und die Durchführung des Experiments.

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Sehvorgang

Erinnerung: Das Licht einer Lichtquelle Q breitet sich gleichmäßig und geradlinig in alle Richtungen aus. Unser Auge ist ein Empfänger für Licht. Wir konstruieren mindestens zwei Lichtwege, um anzugeben, aus welchem Ort das Licht kommt und wo das Auge die Lichtquelle sieht.

Modell zum Spiegelbild

Das Licht einer Lichtquelle Q trifft auf die Spiegelfläche und wird in jedem Punkt des Spiegels gemäß dem Reflexionsgesetz reflektiert. Man muss mindestens zwei verschiedene Punkte am Spiegel betrachten, um die Entstehung des Spiegelbildes zu verstehen:

Verschiebe den Punkt P auf dem Spiegel.
Verschiebe die Lichtquelle Q und wiederhole den vorherigen Schritt.

Die hinter den Spiegel verlängerten Lichtwege schneiden sich in einem Punkt. Für unser Auge sieht es so aus, als ob das Licht der Lichtquelle Q aus diesem Ort hinter dem Spiegel kommt. Man nennt ihn auch virtuelle Lichtquelle Q'.

Beschreibe, wo sich reale Lichtquelle, Spiegel und virtuelle Lichtquelle befinden. Kannst du genaue Abstände angeben?

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Überlagerung der Realität mit dem Modell

Vorbereitung

Lege eine Münze vor den Spiegel auf eine karierte Unterlage.
Öffne das obere Modell im GeoGebra 3D Rechner: Im Chrome Browser auf den folgenden Link klicken (Android) oder im Safari Browser auf den Link klicken und halten, danach auf In "3D Grafikrechner" öffnen klicken (iOS).

https://www.geogebra.org/3d/ezqnuphq

Entferne in den Einstellungen (Zahnradsymbol oben rechts) wenn vorhanden die Achsen und die Ebene.

Durchführung:

Drücke den AR-Knopf und versuche mit der Kamera zunächst so viel wie möglich von dem Tisch mit dem Siegel und der Münze "einzufangen".
Sobald sich die Tischfläche mit dem Dreiecksmuster bedeckt hat oder ein Quadrat sichtbar ist, klicke auf einen Bereich vor dem Spiegel.
Richte die konstruierte Spiegelachse mit zwei Fingern an der realen aus.
Lege die Lichtquelle Q mit einem Finger über die Münze.
Erzeuge mit dem Schieberegler p mehrere Lichtwege.
Verändere die Position der Münze und wiederhole die vorherigen zwei Schritte.
Versuche auch hinter den Spiegel zu schauen.