Eine Münze verschwindet -
Experiment zu Lichtbrechung

Unter beiden Gurkengläsern befindet sich jeweils eine Münze. Bei dem mit Wasser gefüllten Glas ist sie jedoch nicht zu sehen, wenn man von der Seite schaut: Ein Beispiel für Lichtbrechung. Dieser Versuch ist ein Klassiker unter den Freihandversuchen.

Was wird gebraucht?

• Gurken- oder Einmachglas

• Münze

• Wasser

Was ist zu tun?

Man lege die Münze auf einen Tisch und das Gurkenglas darauf. Dann fülle man das Gurkenglas mit Wasser, stelle es wieder auf die Münze und schaue von der Seite darauf.

Was ist geschehen?

Befindet sich nur Luft im Gurkenglas, so ist die Münze von der Seite gut zu sehen. Befindet sich jedoch Wasser im Glas, so scheint die Münze beim Blick von der Seite verschwunden.
Irgendetwas geschieht mit dem Lichtstrahl, der von der Münze ausgeht, das ihn daran hindert in unser Auge zu fallen.
Geht Licht von Wasser und Glas in Luft über werden die Lichtstrahlen an den Grenzflächen gebrochen - und zwar vom Lot weg (siehe Grafik). Ein Teil wird dabei immer auch reflektiert. Wasser und Glas bezeichnet man als optisch dichter als Wasser. Diese optische Dichte gibt an, wie stark ein Lichtstrahl gebrochen wird. Sie wird mit der Brechzahl oder dem Brechungsindex angegeben. Je höher die Brechzahl eines Mediums, umso stärker ist die Brechung.
Luft hat ungefähr die Brechzahl 1. Wasser hat einen Brechungsindex von etwa 1,33 und Glas in diesem Fall einen Brechungsindex von etwa 1,5.
Wie stark der Lichtstrahl gebrochen wird, hängt außerdem davon ab, wie schräg das Licht einfällt. Je schräger der Blickwinkel, desto stärker die Lichtbrechung. In unserem Versuch ist die Münze nur dann zu sehen, wenn man nicht von der Seite
Totalreflekton tritt übrigens dann auf, wenn man das Glas hochhält und von unten auf die Wasseroberfläche schaut. Hier bildet das Wasser eine Spiegelfläche und die Lichtstahlen können das optisch dichtere Medium nicht verlassen. Alles wird reflektiert.
1703 wurde erstmals eine Abhandlung über das Verhalten von Lichstrahlen in transparenten Medien veröffentlicht. Sein Verfasser war der Niederländer Willebrord van Roijen Snell (1580-1626) dem zu Ehren dieses grundlgegende Gesetz der geometrischen Optik Snelliussches Brechungsgesetz genannt wird.

Dieses Phänomen im Alltag

Der Effekt der Totalreflektion wird beispielsweise in Lichtwellenleiter genutzt, zu denen auch die Glasfaserkabel gehören. Sie dienen der optischen Datenübertragung. Dazu werden Daten mit Hilfe von Lichtsignalen codiert und durch Lichtleiter geschickt. Die Glasfaserkabel bestehen aus einem Kern und einem Mantel aus Glas. Es handelt sich um unterschiedliche Glasarten, die jeweils unterschiedliche Brechungsindizes haben. Das Licht läuft durch das Kabel und wird dabei viele Male total reflektiert, bevor es beim Empfänger ankommt. Lichtwellenleiter finden auch in der Medzin oder einfach in Form von Glasfaserlampen Verwendung.
Der Diamant hat übrigens von allen Stoffen mit 2,4 den höchsten Brechungsindex. Das bedeutet, dass das Licht dort nur noch etwa ein Drittel so schnell ist wie im Vakuum - also statt 300000 Kilometer pro Sekunde nur noch 125.000. Der Winkel der Totalrefektion ist beim Übergang von Diamant-Luft beträgt nur 24 Grad. Ist ein Diamant gut geschliffen, so wird ein Großteil der einfallenden Lichtstrahlen total reflektiert, so dass dadurch das Funkeln und Glitzern entsteht, für das der Diamant so berühmt ist.