Refexion

Direkte Reflexion

Eintrittswinkel gleich
Austrittswinkel

Eine ideal glatte Fläche (z.B. ein Spiegel) reflektiert das Licht nach dem physikalischen Grundsatz: Eintrittswinkel gleich Austrittswinkel. Dies bedeutet, dass jeder Lichtstrahl, der auf einen Spiegel trifft, genau in eine Richtung reflektiert wird. Deswegen kann man in einem Spiegel Gegenstände erkennen.

Diffuse Reflexion

Diffuse Reflexion

Trifft ein Lichtstrahl auf eine raue Oberfläche, wird er in alle Raumrichtungen reflektiert. Da das bei den meisten Oberflächen so ist, "fliegen" viele Lichtstrahlen in alle möglichen Richtungen durch den Raum und treffen unter verschiedensten Winkeln auf andere Gegenstände. Dies ist der Grund dafür, dass ein Raum auch ohne direkte Lichteinstrahlung hell ist und auch dafür, dass wir Gegenstände sehen können. Ein Gegenstand der kein Licht reflektiert erscheint uns als komplett schwarz, wie z.B. der unbewölkte Nachthimmel. Die Sterne und die Sonne sind Lichtquellen, die aktiv Licht austrahelen. Der Mond hingegen wird von der Sonne angeleuchtet und reflektiert ihr Licht.

Diese Reflexion geschieht natürlich auch bei nicht schwarzen Körpern nicht 1:1. Ein gewisser Teil des Lichts wird "verschluckt". Dadurch entstehen zum Beispiel Farben: ein grünes Blatt, zum Beispiel, reflektiert nur Licht der Farbe grün usw. Dieser Effekt führt aber auch dazu, dass eine Lampe nicht immer den ganzen Raum hell machen muss. Je nachdem wo sie steht, wird nur ein gewisser Teil des Raumes hell und es entstehen Schatten. Wäre die Reflexion optimal, müsste sich das von der Lampe ausgestrahlte Licht überall im Raum verteilen und alles gleich hell erleuchten. Dies kann man sich annähernd in einem komplett weißen Raum vorstellen.

Camera obscura

Aber warum können wir Objekte sehen und fotografieren?
Pfeil
Betrachtet man den oberen und den unteren Punkt eines Pfeils, sieht die diffuse Reflexion etwa so aus wie im Bild links. Von jedem Punkt werden die Strahlen kugelförmig ausgesandt. Betrachtet man nun eine Schnittebene rechts vom Pfeil, könnte man auf dieser nur Kreise von reflektiertem Licht erkennen. Der Pfeil wäre aber nicht als solcher zu erkennen.
Um nun aber den Pfeil, also jeden Punkt des Pfeils, erkennen zu können, darf im Idealfall nur ein Lichtstrahl pro Punkt auf die Lichtempfindliche Schicht (Netzhaut, Kleinbildfilm, CCD usw.) fallen. Dies erreicht man, in dem man die anderen ausblendet. Dazu verwendet man z.B. eine Wand mit einem kleinen Loch, eine Blende. Die Größe der Abbildung ist vom Verhältnis der Abstände Objekt-Blende und Bildwand-Blende abhängig.

D
Camera obscuraiesen Effekt hat Leonardo da Vinci in einem dunklem Raum mit Loch in der Wand entdeckt: camera obscure (dt.: dunkler Raum). Daraus leitet sich auch der Name Kamera für einen Fotoapparat ab.
Eine solche Blende besitzt auch unser Auge und jede Foto- oder Filmkamera. Um ein scharfes Bild von dem Objekt vor der Blende zu bekommen, müsste die Blende aber so klein sein, dass nur jeweils ein Lichtstrahl hindurch passt. Dies würde aber zur Folge haben, dass nur sehr wenig Licht auf die Bildwand trifft, wodurch ein sehr dunkles Abbild entsteht. Um dies zu vermeiden verwendet man Blenden mit größeren Löchern. Damit man aber trotzdem ein scharfes Bild erhält, braucht man ein weiteres physikalisches Gesetzt: Die Brechung