Brechung (Physik)
Brechung bezeichnet die Richtungsänderung einer Welle aufgrund einer Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Elektromagnetische Wellen
Bei elektromagnetischen Wellen entsteht Brechung, wenn sie schräg auf eine Grenzfläche zwischen Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes auftreffen. Durch die unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit ändert sich dabei die Wellenlänge, nicht jedoch die Frequenz.
Wie stark die Richtungsänderung ist, hängt vom Winkel ab, unter dem die Wellen auf die Grenzfläche auftreffen. Bei einem Winkel von 0 Grad (senkrecht) findet keine Richtungsänderung statt. Wird der Winkel zu groß, das heißt sehr flaches Auftreffen, werden die Wellen beim Übergang von einem optisch dichteren Stoff, z.B. Wasser, zu einem optisch dünneren Stoff, z.B. Luft, nicht mehr gebrochen, sondern totalreflektiert. Die mathematische Formel dafür liefert das Snelliussche Brechungsgesetz.
Brechung ist verantwortlich für die optischen Eigenschaften von Linsen und Prismen, aber auch für die Entstehung von Wetterphänomenen wie Regenbogen oder Halos.
Optisch anisotrope Materialien können doppelbrechend sein, d.h. das Licht teilt sich in ihnen in zwei Strahlen auf, die unterschiedlich stark gebrochen werden.
Sonstige Wellen
Bei Wellen im Wasser verringert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit mit der abnehmenden Wassertiefe in Strandnähe. Deshalb ändert sich die Richtung von Meereswellen so, dass sie ungefähr senkrecht auf den Strand auflaufen.Refraktion versus Diffraktion (Beugung)
Während "Brechung" (engl. Refraction) die Richtungsänderung einer Welle durch veränderte Geschwindigkeit ist,
bedeutet "Beugung" (engl. Diffraction) die Ablenkung an einem Hindernis (Spalt, Gitter, Linsenrand, Fangspiegel usw). Der Unterschied beider Begriffe wird am Beispiel von Linsenoptiken deutlich:
Wirkung beim Fernrohr
Mittels Brechungsgesetz kann man den Strahlengang durch Objektiv und Okular genau berechnen - aber diese "Geometrische Optik" sagt nichts über die Auflösung des Fernrohrs (Trennschärfe bei kleinen Winkeln).
Über letztere entscheidet nicht die Brechung, sondern die Beugung. Die Linsenränder verursachen Lichtablenkungen und Interferenzenen, die bei großen Objektiven prozentuell günstiger sind. Das Auflösungsvermögen hängt daher von der Apertur und kaum von der Vergrößerung ab.
Siehe auch:
