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Versuchsdurchführung
a) Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel mit Spiegel
Eine weiße Scheibe mit Winkel-Teilkreis ist an der optischen Wand befestigt. Im Zentrum der Scheibe ist ein Spiegel montiert, auf den ein schmales Parallel-Lichtbündel einfällt. Der Strahlengang ist durch den streifenden Lichtweg entlang der Oberfläche der Wand und der Scheibe sichtbar.
Es wird hier gezeigt, dass beim Reflexionsgesetz der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist.
b) Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel mit halbkreisförmiger Plexiglaslinse
Versuchsteil a) wird nun analog mit einer habkreisförmigen Plexiglaslinse durchgeführt.
c) Brewster-Winkel
Ein Polarisationsfilter wird im Strahlengang des einfallenden Strahls platziert.
- Der Filter wird parallel zur Einfallsebene (Tafelebene) eingestellt. Damit ist das Licht des einfallenden Strahls vollständig parallel-polarisiert. Der Plexiglas Halbkreis wird nun in den Brewster-Winkel gedreht.Nun ist kein reflektierter Strahl mehr sichtbar, da beim Brewster-Winkel der reflektierte Strahl vollständig senkrecht zur Einfallsebene Polarisiert ist bzw. nur den senkrecht polarisierten Anteil enthält. Da diese Komponente ausgeblendet ist, ist die reflektierte Intensität hier gleich null.
- Der Filter wird nun senkrecht zur Einfallsebene eingestellt. Damit ist das Licht des Einfallenden Strahls vollständig senkrecht polarisiert. DER Halbkreis wird nun wieder in den Brewster-Winkel gedreht. Nun ist ein reflektierter Strahl zu sehen.Eine Zunahme des Reflexionsgrades mit zunehmendem Winkel gemäß den Fresnel-Formeln ist bei diesem Versuch allerdings nur schlecht erkennbar.
- Der Filter wird nun wieder parallel zur Einfallsebene eingestellt. Der Halbkreis wird einmal langsam nach links bzw. rechts aus dem Brewster-Winkel herausgedreht (reflektierter Strahl kleiner bzw. größer 55°). Dabei kann nun in beide Richtungen wieder ein reflektierter Strahl beobachtet werden.
- Wahlweise kann der Polarisationsfilter auch im reflektierten Strahl platziert werden und der Plexiglas-Halbkreis wird fest auf den Brewster-Winkel eingestellt. Durch drehen der Polarisation am Filter kann ebenfalls die Polarisation des reflektierten Lichtstrahls gezeigt werden.
d) Totalreflexion
Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium kann Totalreflexion eintreten, wenn \(\beta =90^\circ\) dann gilt \(sin(\alpha)=\frac{n_1}{n_2}<1\).
Für den Übergang Plexiglas (n=1,5) zu Luft (n=1) ist dies für den Winkel \(\alpha >43°\) der Fall.