Reflexion
Physik
Basiswissen
Als Reflexion, wörtlich eine Zurückbeugung[3] bezeichnet man das Zurückwerfen der Bewegung von Lichtstrahlen[1], Wellen[5], elastischen Körpern[7] oder kleinen Teilchen[9] in die ursprüngliche oder eine abgeänderte Richtung. Im übertragenen Sinn spricht man auch beim Denken über das Denken von einer Reflexion[2].
Reflexion von Licht in der Strahlenoptik
In der Strahlenoptik stellt man sich Licht entweder als eine gerade Linie, den Strahl, oder als kleine Lichtteilchen[10] vor, die sich dann an einem Strahl entlang geradlinig ausbreiten. Trifft ein so gedachter Lichtstrahl oder ein so gedachtes Lichtteilchen auf eine starre Fläche, so wird sie nach der Regel Einfallswinkel gleich Ausfallwinkel[6] reflektiert. Diese Regel bezeichnet man auch als Reflexionsgesetz ↗
Reflexion von Licht in der Wellenoptik
In der Wellenoptik stellt man sich die Ausbreitung von Licht wellenartig vor[8]. Die Strahlentoptik wird dabei zu einem Sonderfall der Wellenoptik. Die Wellenoptik ist das umfassendere, allgemeinere Modell. Der grundlegende Prozess bei der Reflexion von Licht im Sinne der Wellenoptik ist die Streuung an kleinsten Teilchen wie Atomen oder Molekülen, etwa in einem Metall- oder Kristallgitter. Ein klassisches Beispiel für die Reflexion im Wellenmodell gedacht ist das Beugungsgitter ↗
Sonderfälle der Reflexion von Licht
Die folgenden Begriffe werden sowohl in der Wellen- wie auch der Strahlenoptik verwendet. Eine befriedigende Erklärung kann aber nur die Wellenoptik oder die sogenannte Quantenelektrodynamik[11] liefern.
- Die gesamte Strahlung wird zurückgeworfen, nicht dringt in das Hindernis ein Totalreflexion ↗
- Nur ein Teil der Strahlung wird reflektiert, der andere dringt in das Hindernis ein partielle Reflexion ↗
- Ein spezielles Bauteil wirft Licht aus jeder beliebigen Richtung um 180° zurück Retroreflexion ↗
- Reflexion mit Farbeffekten, nur wellenoptisch zu erklären Beugungsgitter ↗
Reflexion von Schall
Man kann auch Schall reflektieren: ruft man in den Bergen laut über ein Tal hinweg, kommt der Schall nach einiger Zeit in geschwächter Form zurück. Er wurde dann an den enternten Bergwänden reflektiert. Man nennt das Phänomen Echo ↗
Fußnoten
- [1] 1798, Reflexion im Sinne der Strahlenoptik: "Die Handlung, da ein Körper von einem andern zurück geworfen wird, besonders in der Katoptrik, da die Lichtstrahlen von glatten Oberflächen zurück geworfen werden, die Zurückprallung; ohne Plural, und zum Unterschiede von der Inflexion und Refraction. Daher die Reflexions-Fläche, diejenige Fläche, welche den Lichtstrahl reflectirt oder zurück wirft; die Reflexions-Linie, der zurück geworfene Strahl, so fern er als eine gerade Linie vorgestellet wird; der Reflexions-Punct, der Punct, aus welchem der Strahl in das Auge zurück geworfen wird; der Reflexions-Winkel, der Winkel, welchen der zurück geworfene Strahl mit dem einfallenden macht, u.s.f." In: Adelung, Grammatisch-kritisches Wörterbuch der Hochdeutschen Mundart, Band 3. Leipzig 1798, S. 1018. Online: http://www.zeno.org/nid/20000376345
- [2] 1809, Reflexion als Geistestätigkeit: " Reflexion, in philosophischer Bedeutung, oder Ueberlegung, ist das Zurücktreten der Seele von einem Gegenstande, der ihre Aufmerksamkeit beschäftigt hat, in sich selbst, um den Eindruck nochmahls zu übersehen, zu beurtheilen, von ihrer eignen Thätigkeit abzusondern. Aufmerksamkeit, besonders unwillkührliche, reißt die Seele gleichsam aus sich selbst heraus, und verschmilzt sie mit den Gegenständen; durch Reflexion tritt sie zurück, reißt sich von den Objecten, von allen, was nicht sie ist, los, und beherrscht die Empfindung. So wie willkührliche Aufmerksamkeit und Ueberlegung den Menschen überhaupt vom Thiere auszeichnen, so macht ein hoher Grad derselben das Wesen der Geistesstärke, die Anlage des großen Kopfs aus. Die erste, Attention, charakterisirt den scharfen Beobachter und Forscher der Außenwelt und Natur, die zweite, Reflexion, den tiefen Selbstdenker, den speculativen Geist. In der philosophischen Sprache Kants ist die Reflexion von zweierlei Art, entweder logisch, oder transscendental. Die erste besteht in der Vergleichung der Begriffe unter einander, um die Einerleiheit oder Verschiedenheit, den Widerspruch und die Uebereinstimmung zweier Vorstellungen zu bestimmen, um zu erfahren, ob ein Begriff analytisch sei, d. h. alles schon in sich enthalte, was das Prädicat ihm beilegt, oder synthetisch, d. h. ob durch ihn etwas neues zu einem andern hinzukomme, ob einer von zweien, und welcher die Form oder die Materie enthalte u. s. w. Die transscendentale Reflexion vergleicht die Vorstellungen in Rücksicht auf das Erkenntnißvermögen, [98] vor welches sie gehören. Sie untersucht die Art und die Bedingungen, unter welchen unsere Begriffe und Urtheile entstehen, die Mitwirkung der Neigung, der Sinnlichkeit, des Verstandes, der Vernunft, des Interesse, der Gewohnheit; sie giebt, nach Kant, Reflexousbegriffe, wodurch das Verhältniß der Dinge zu einander selbst, z. B. ob sie einerlei oder unterschieden sind u. s. w. ausgedrückt wird. Jene, die logische Reflexion, giebt nur Vergleichungsbegriffe, wodurch nur Begriffe beurtheilt werden, ob sie z. B. in ein bejahendes oder verneinendes Urtheil zusammen passen u. s. w." In: Brockhaus Conversations-Lexikon Bd. 4. Amsterdam 1809, S. 98-99. Online: http://www.zeno.org/nid/20000766984
- [3] 1839, Reflexion als Zurückbeugung: "Reflexion ist ein vom Lateinischen hergenommener Ausdruck, der eigentlich Zurückbeugung heißt und in mehrfachem Sinne angewendet wird. So versteht man unter Reflexion des Lichtes die Zurückstrahlung desselben (s. Licht) und reflectiren heißt dann Licht zurückwerfen. Sodann bedeutet Reflexion so viel wie Uberlegung oder Betrachtung, weil die Thätigkeit der Seele und des Gemüths bei dieser Handlung gleichsam auf sich selbst zurückgewendet ist und die durch äußere Eindrücke oder selbstthätig geschaffenen Vorstellungen näher untersucht, und Betrachtungen über allerhand Gegenstände werden deshalb auch Reflexionen genannt. Auf etwas reflectiren heißt auch auf etwas Rücksicht nehmen." In: Brockhaus Bilder-Conversations-Lexikon, Band 3. Leipzig 1839., S. 643. Online: http://www.zeno.org/nid/20000858277
- [4] 1856, Reflexion als Umbeugung: "Reflexion, lat.-deutsch, Umbeugung, Zurückwerfung; vergl. Zurückstrahlung; Nachdenken, besonders über die geistige Thätigkeit selbst." In: Herders Conversations-Lexikon. Freiburg im Breisgau 1856, Band 4, S. 682. Online: http://www.zeno.org/nid/20003488268
- [5] 1861, Reflexion in der Strahlen- und Wellenoptik, auch Wärme: ") Zurückwerfung des Lichts, der Wärmestrahlen, des Schalls. Wenn eine Wellenbewegung, nachdem sie sich in einem Medium von gewisser Elasticität fortgepflanzt hat, auf irgend ein anderes Medium von größerer od. kleinerer Elasticität trifft, so theilt sie sich in zwei Wellensysteme, von denen das eine in das bisherige Mittel zurückkehrt, während das andere in das zweite Mittel übergeht; das erstere heißt das reflectirte Wellensystem u. dieser Theil der Erscheinung die R. Ist die Richtung des ursprünglichen Wellensystems od. Strahls gegen die Grenzfläche des zweiten Mediums senkrecht, so wird er in der, der Einfallsrichtung entgegengesetzten Richtung reflectirt; ist die Richtung gegen denselben schief, so muß der Einfallswinkel dem, in welchem die R. geschah, gleich sein." In: Pierer's Universal-Lexikon, Band 13. Altenburg 1861, S. 911. Online: http://www.zeno.org/nid/20010731164
- [6] 1908, auch Totalreflexion: "Reflexion (lat.), die »Zurückwerfung« z. B. von Seilwellen oder elektrischen Drahtwellen am Ende des Seiles oder Drahtes, insbes. aber des Lichtes, der strahlenden Wärme, elektrischer Strahlen, des Schalles, der Wellenbewegung des Wassers von einer dazu geeigneten Fläche, geschieht stets nach dem Gesetz, daß der Reflexionswinkel gleich ist dem Einfallswinkel, und daß die Einfallsebene mit der Reflexionsebene zusammenfällt. Tritt Licht aus einem optisch dichtern Medium in ein dünneres, so enthält, sobald bei immer größer werdender Neigung der Strahlen gegen die brechende Fläche die gebrochenen Strahlen streifend austreten, d. h. bei noch weiterer Vergrößerung der Neigung überhaupt nicht mehr in das dünnere Mittel hineingelangen können, das reflektierte Licht die gesamte Energie des auffallenden (Totalreflexion), was z. B. beim Auffangen der reflektierten Strahlen auf einem Schirm durch plötzliche Vergrößerung der Helligkeit der Erleuchtung sich kundgibt. Bei schwach divergierenden Strahlen zeigt sich eine scharfe Grenze zwischen dem voll durch totalreflektierte Strahlen beleuchteten und dem weniger durch die gewöhnlich reflektierten Strahlen beleuchteten Gesichtsfeld (Grenzlinie der Totalreflexion), an der bei weißem Licht ein Saum in den Regenbogenfarben auftritt, da die Grenze für die verschiedenen Farben nicht dieselbe ist. Bei dem Totalreflektometer und Refraktometer wird hiervon Gebrauch gemacht zur Bestimmung von Brechungsexponenten. – Im philosophischen Sinne heißt R. die Betätigungsweise des Denkens, bei der die Aufmerksamkeit weniger auf die Gegenstände selbst als auf die Beziehungen gerichtet ist, in die sie im Denken zueinander treten. Der R. über das Gedachte entstammt z. B. unsre Kenntnis der logischen Gesetze. Allgemeiner ist R. auch überhaupt soviel wie Erwägung, Vertiefung in eine Gedankenreihe." In: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 16. Leipzig 1908, S. 687. Online: http://www.zeno.org/nid/20007328745
- [7] 1909, Reflexion auch von Körpern: "Reflexion, die Zurückwerfung entweder von elastischen Körpern an Wänden oder von Wellenbewegungen an Widerständen, wie der Wasserwellen, Erdbebenwellen, Schallwellen, Wärme- und Lichtwellen an Spiegeln, Hertzschen Wellen an Metallflächen. Ist die reflektierende Fläche regelmäßig gebildet, so befolgt die Reflexion der Wellen, analog der Reflexion von elastischen Kugeln, das Reflexionsgesetz, vgl. Art. Licht, Bd. 6, 5. 152/153, und Spiegel. Sind aber die Flächen unregelmäßig gebildet mit Rauhigkeiten, deren Ausdehnung nicht klein ist im Vergleich mit der Wellenlänge, so hat man den Fall der diffusen Reflexion, welche dem Gesetze der Spiegelung nicht gehorcht. Während die Flächen der Spiegel nicht selbst sichtbar sind, sondern Bilder der Umgebung zeigen, werden durch die Reflexion an rauhen und matten Körperoberflächen die Körper selbst sichtbar, die Reflexion des Lichtes nach allen Seiten läßt die Körper wie selbstleuchtend erscheinen. Die diffuse Reflexion des Sonnenlichtes an den Körpern der Erdoberfläche, an den Wolken, an den Stäubchen und Nebeltröpschen der Atmosphäre erzeugt die allgemeine Tageshelle. Die diffuse Reflexion läßt die Körper farbig erscheinen, wenn das Verhältnis der Menge des reflektierten zu der des auffallenden Lichtes je nach der Wellenlänge des Lichtes verschieden ist. (Vgl. Absorption.)" Und noch weiter so zu Optik. In: Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 7 Stuttgart, Leipzig 1909., S. 373-374. Online: http://www.zeno.org/nid/20006110983
- [8] 1911, Reflexion nur im Sinne der Wellenoptik: "Reflexiōn (lat.), Zurückwerfung einer gegen eine feste Fläche stoßenden Wellenbewegung, sei es des Lichts, des Schalls, der Wärme oder auch der Wasserwellen; hierbei ist der Reflexionswinkel (der Winkel [β in Abb. 1478], den der reflektierte Strahl mit dem auf die spiegelnde Ebene gefällten Lote bildet) gleich dem Einfallswinkel (dem Winkel [α], den der einfallende Strahl mit jenem Lote bildet); Apparat s. Tafel: Optik I, 1; im geistigen Sinne Zurückbeugung des Geistes in sich selbst, Nachdenken, Betrachtung." In: Brockhaus' Kleines Konversations-Lexikon, fünfte Auflage, Band 2. Leipzig 1911., S. 502. Online: http://www.zeno.org/nid/20001486756
- [9] 2000, Reflexion im Sinne von Wellen und Teilchen: "Reflexion, Bezeichnung für die unstetige Änderung der Ausbreitungsrichtung einer elektromagnetischen Welle oder Schallwelle beim Auftreffen auf eine Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Ausbreitungsmedien in der Art, daß die Welle in das ursprüngliche Medium zurückläuft. Ebenso wird die entsprechende Richtungsänderung von Teilchen und Körpern beim Aufprall auf eine (starre) Wand als Reflexion bezeichnet." In: der Artikel "Reflexion". Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 25. April 2024. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/reflexion/12221
- [10] Vertreter der Idee von Licht als Teilchen sind beispielsweise Isaac Newton (1642 bis 1727) sowie der Nobelpreisträger der Physik, Richard Feynman (1918 bis 1988). Siehe mehr dazu unter Licht als Teilchen ↗
- [11] Die Quantenelektrodynamik, kurz QED, ist ein Theorie die eine umfassende Beschreibung und Berechnung aller optischen Phänomene liefert, ohne dass dabei auf Wellen als Modell zurückgegriffen wird. Ein Grund, warum die Quantenelektrodynamik an Schulen oder Hochschulen nur wenig erwähnt wird ist vielleicht in der schwierigen Erlernbarkeit ihres mathematischen Apparates zu sehen. Siehe auch Quantenelektrodynamik ↗
