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Reflexionsgesetz: \(\alpha = \alpha ’\) (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel), lässt sich aus dem Fermatschen Prinzip herleiten
Spiegelung ist kompliziert: bei Spiegelungen im Raum kann man nicht einfach das zweidimensionale Bild spiegeln, sondern man muss zunächst eine (mathematische) Spiegelung an der Spiegelebene
(z. B. See) durchführen, die gespiegelten Objekte haben dann wieder eindeutige Position im dreidimensionalen Raum, dann zweidimensionales Abbild auf Netzhaut
Spiegel vertauscht nicht links und rechts: rein psychologischer Effekt, liegt daran, dass man sich in die gespiegelte Position hinein versetzt
vom Spiegel weggehen hilft nichts: bei senkrecht zum Boden aufgehängten Spiegeln sieht man immer gleich viel (z. B. gerade noch sein Knie), egal, wie weit man vom Spiegel entfernt ist
Spiegel als Signalgeber: z. B. Optiker sendet mit Spiegel von einsamer Insel SOS, wäre Sonne punktförmig, dann könnte man sehr weit Signale senden (wegen Absorption und
Streuung in Atmosphäre nicht unendlich weit), aber aufgrund der Ausdehnung der Sonne nimmt Bildgröße linear mit der Entfernung zu (Lochkamera-Prinzip), d. h. Bestrahlungsstärke einer
Fläche nimmt quadratisch ab, also kann man nur über kurze Entfernungen Signale senden (mit quadratischem Spiegel mit \(\SI {5}{\centi \meter }\) Seitenlänge über ca. \(\SI
{13}{\kilo \meter }\) weit)
gekrümmte Spiegel, Kugelspiegel: mit gekrümmten Spiegeln kann Licht fokussiert werden, ein Kugelspiegel hat als Brennweite den halben Krümmungsradius
spiegelnde Kugeln: zeigen gesamten Raum mit Ausnahme des kleinen Bereichs hinter der Kugel (z. B. Christbaumkugeln), Raum wird verzerrt, am Rand unendlich starke Verzerrung, aber theoretisch komplette
Information enthalten, Seifenblasen sind gleichzeitig Konvex- und Konkavspiegel
objects in mirrors are closer than they appear: eigentlich müsste das Bild näher beim Betrachter liegen wie das Originalobjekt, Widerspruch löst sich auf, wenn man bedenkt, dass Gehirn
Entfernung aus der Bildgröße bestimmt, Bildgröße ist hier reduziert (Abbildungsmaßstab kleiner \(1\)), daher die Warnung
Deflektometrie: aus der Verzerrung des Bildes eines bekannten Objekts kann auf die Form des spiegelnden Elements zurückgeschlossen werden, z. B. Hochhaus in Fensterfassade oder
Wasseroberfläche (dann können die Wellen berechnet werden)
Lichtkreuze: aufgrund deformierten Fenstern, Druck auf Außenpunkte, Zylinderlinsen entstehen
Fresnel-Gleichungen: an einer Grenzfläche ergibt sich Brechung und Reflektion, d. h. nur ein Teil wird gebrochen, das restliche Licht wird reflektiert, Anteile
können mit den Fresnel-Gleichungen bestimmt werden
von außen durch Fenster schauen: bei Tag schlecht möglich, da es innen dunkler ist als außen, starke Reflektion verringert den Kontrast und verhindert das Hineinsehen, bei Nacht ist es innen heller als außen,
kaum Reflektion, hoher Kontrast, man kann gut hineinsehen, analoger Effekt bei Gardinen
halbdurchlässiger Spiegel: lässt in beide Richtungen gleich viel Licht durch, aber im hellen Raum kann man schlecht in den dunklen Raum hineinsehen
Reflexion und Wellen: am Horizont ist Meer dunkler, wenn Wellen vorhanden sind (ein Teil des Lichts wird durch die Wellenberge am Horizont abgeschattet)
verschmiertes Bild: in der Spiegelung einer Brücke kann man senkrechte Pfeiler gut sehen, aber diagonale Streben kaum, Grund liegt in der unebenen Wasseroberfläche, vertikale Verschmierung
ändert kaum etwas am senkrechten Pfeiler, aber verschmiert diagonale Streben mit dem Hintergrund, auch schön sichtbar von tiefstehender Sonne/Mond (Verschmierung wird stärker, wenn Objekt tief
steht)
nass = dunkel: sobald beliebiges Material nass wird (mit beliebiger Flüssigkeit), erscheint es dunkler, Grund liegt in der Totalreflektion eines Teil des von der Oberfläche gestreuten Lichts im
dünnen Wasserfilm oberhalb des Materials, reflektiertes Licht hat erneut die Chance, von der Oberfläche absorbiert zu werden (beim Streuung treten beliebige Winkel auf)
dünne helle Stoffe: wird auch dunkler, da Transmissionswahrscheinlichkeit erhöht wird (Absorption ist zu vernachlässigen), analog werden dünne weiße Kleidungsstücke
durchsichtig, wenn sie nass sind (in Durchsicht erscheinen sie heller)
Halos: für Halos sind viele Eiskristalle in der Luft erforderlich, hexagonale Kristalle, vielfältige Formen, auch im Sommer möglich (in großen Höhen ist die Temperatur unter dem
Gefrierpunkt)
Halo-Beobachtung: regelmäßig Himmel inspizieren, Himmel in Reflexion beobachten, z. B. in Gartenkugel (stärkere Helligkeitsgradienten), Sonnenbrille benutzen (Abdunklung)
Lichtsäule (sun pillar): vertikale helle Linie oberhalb der tiefstehenden Sonne (Eiskristalle haben eher horizontale Ausrichtung, sind aber leicht gekippt, reflektieren Sonnenlicht an ihren Endflächen),
geht auch mit künstlichen Lichtquellen (Straßenlaternen) und Lichtsäule nach unten
Nebensonnen (sun dogs): entstehen durch Brechung in hexagonalen Eiskristallen, die \(120^\circ \)-Innenwinkel führen zu einer (gehäuften, durchschnittlichen) Ablenkung von \(22^\circ \) der
Lichtstrahlen der Sonne, da die Eiskristalle häufig senkrecht stehen, scheinen unter dem Winkel von \(22^\circ \) neben der Sonne links und rechts ebenfalls weitere (Neben-)Sonnen zu sein, da Brechung und daher
Ablenkwinkel wellenlängenabhängig ist, gibt es oft eine farbliche Aufspaltung (man hat den Eindruck, ein kurzes Regenbogensegment zu sehen), analog Nebenmode (moon dogs), aber sehr selten, da Leuchtkraft
schwach
\(22^\circ \)-Halo: Kristalle nicht mehr alle vertikal ausgerichtet, sondern stark unterschiedlich, Lichtablenkung ist (durchschnittlich) \(22^\circ \), Nebensonnen leicht außerhalb, da schräger Lichteinfall auf
die Kristalle zu einer zusätzlichen Winkeldifferenz führt, analog Mondhalo
\(46^\circ \)-Halo: Kristalle mit \(90^\circ \)-Winkeln ergeben Ablenkung von \(46^\circ \), \(46^\circ \)-Halos wesentlich seltener, da größerer Himmelsbereich voller Eiskristalle sein muss, da weniger
Lichtanteile durch \(90^\circ \)-Winkel laufen und da der Ring breiter ist (Dispersion, geringerer Kontrast)
zirkumzenitaler Bogen: Sonne tiefer als \(32^\circ \), Eiskristalle stehen senkrecht, Ablenkung am \(90^\circ \)-Prismenwinkel der Kristalle, Zirkumzenitalbogen oder Bravaisbogen direkt über Beobachter,
Berührungsbögen/Tangentialbögen grenzen oben und unten an \(22^\circ \)-Halo an
Horizontalkreis: parallel zum Horizont durch die Sonne um den Beobachter herum, überall Eiskristalle, die senkrecht sind und Reflexionen an den Seitenwänden verursachen+