Reflexion
von Licht an Oberflächen
Fällt Licht auf die Oberfläche eines Körpers, so wird ein
Teil des Lichtes reflektiert, ein Teil absorbiert und möglicherweise
ein Teil gebrochen, wenn der betreffende Körper durchsichtig ist und
das Licht nicht senkrecht auf die Oberfläche trifft. Wir betrachten
nachfolgend nur den Teil des Lichtes, der an einer Oberfläche reflektiert
wird. Wie groß dieser Anteil ist, hängt vom Reflexionsgrad
dieser Oberfläche ab. Unter dem Reflexionsgrad r versteht man das Verhältnis
der reflektierten Strahlungsintensität zur auftreffenden Strahlungsintensität:
Bei hochwertigen Spiegeln kann sich der Reflexionsgrad dem Wert 1 nähern,
bei dunklen Oberfläche liegt er unter 0,1.
Je nach der Art der Oberfläche unterscheidet man zwischen regulärer
und diffuser Reflexion (Bild 2). Die reguläre
Reflexion, die an glatten Oberflächen
auftritt, ist dadurch gekennzeichnet, dass einfallendes paralleles Licht
in eine bestimmte Richtung reflektiert wird. Das ist z.B. bei Spiegeln
oder bei glatten Wasserflächen der Fall. Die diffuse
Reflexion tritt bei rauen Oberflächen (z.B. Wände, Kleidung,
Papier, bewegtes Wasser) auf. Bei ihr wird einfallendes paralleles Licht
durch die Struktur der Oberfläche in die unterschiedlichsten Richtungen
reflektiert.
Das Reflexionsgesetz
Das Reflexionsgesetz lautet:
Wenn Licht an einer Fläche reflektiert
wird, so ist der Einfallswinkel 
gleich dem Reflexionswinkel 
.
Dabei liegen einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl
in einer Ebene.
Die Reflexion von Licht kann man mit dem Wellenmodell nicht nur beschreiben,
sondern auch erklären (Bild 3). Trifft Licht auf eine Oberfläche,
so ist nach dem huygensschen Prinzip jeder Punkt, den die Welle erreicht,
Ausgangspunkt einer Elementarwelle. Die Einhüllende aller Elementarwellen
bildet die neue Wellenfront. Da sich die Elementarwellen mit der gleichen
Geschwindigkeit wie die Wellen ausbreiten, sind die Dreiecke ABC und BDA
kongruent, die Winkel
und demzufolge
auch gleich groß.
Eine Erklärung des Strahlenverlaufs kann auch mit dem fermatschen
Prinzip gegeben werden. Ein Lichtstrahl soll vom Punkt P zum Punkt Q über
einen Spiegel S reflektiert werden. Spiegelt man P an S in P', dann sind
aus Symmetriegründen P'F und FQ gleich lang wie PF und FQ. Das gilt
für jeden beliebigen Punkt F auf dem Spiegel. P'F und FQ sind zusammen
am kürzesten, wenn F auf P'Q liegt. Da die Lichtgeschwindigkeit überall
gleich ist, ist das dann auch die zeitlich kürzeste Verbindung. Aus
Symmetriegründen ist 
,
und 
sind Scheitelwinkel, also ist 
.
Unerwünschte und erwünschte
Reflexion von Licht
Reflexion tritt in Natur und Technik in vielfältiger Weise auf und
ist dabei zum Teil unerwünscht und zum Teil erwünscht
Unerwünscht ist die Reflexion beispielsweise bei Linsen und bei Brillengläsern.
Durch eine spezielle Oberflächenbehandlung kann hier eine Entspiegelung
erfolgen, durch die der Reflexionsgrad deutlich gemindert wird.
Erwünscht ist die Reflektion
bei Spiegeln und bei Reflektoren,
die sich an Fahrzeugen befinden und eine gute Sichtbarkeit im Straßenverkehr
gewährleisten sollen. Auch bei der Reflexionsfolie
an Kleidung (Bild 5), Verkehrschildern oder Verkehrsleiteinrichtungen
ist eine Reflexion von Licht mit hohem Reflexionsgrad ausdrücklich
erwünscht. Verschmutzungen führen hier zu einer deutlichen Verringerung
des Reflexionsgrades und damit zu einer schlechteren Sichtbarkeit.