Reflexion von Licht und Entstehung des Spiegelbilds

Woher weisst Du eigentlich, wie Du aussiehst? Wenn Du Dein Wissen darüber nur davon bekommen könntest, dass Dich andere Menschen beschreiben, dann wäre es sicherlich sehr schwierig, ein genaues Bild vom eigenen Aussehen zu bekommen. Doch zum Glück gibt es Spiegel. Diese zeigen ein sehr genaues Abbild von den Dingen und Personen, die vor dem Spiegel stehen. Doch wie funktioniert ein Spiegel überhaupt und wie entsteht dann Dein Spiegelbild?

Reflexion

Licht hat verschiedene Eigenschaften. Wie Du bereits weisst, beleuchtet Licht Objekte, auf die es fällt. Das Licht wird von allen Objekten zumindest zu einem kleinen Teil zurückgeworfen (reflektiert). Je nach Objekt nimmt das Licht dann eine gewisse Farbe an und das Objekt erscheint einem Betrachter in der jeweiligen Farbe. 

Es gibt jedoch auch Objekte, die das Licht wirklich sehr stark reflektieren. Das ist bei sehr glatten Oberflächen der Fall, wie zum Beispiel bei der Oberfläche eines Spiegels, bei der Wasseroberfläche eines ruhigen Sees oder auch bei vielen Metallen. Diese reflektieren dann sehr viel vom einfallenden Licht. Sie geben dadurch sehr genau wieder, welche Objekte oder Personen sich vor der spiegelnden Oberfläche befinden.

Reflexionsgesetz 

Wenn Licht reflektiert wird, dann wird es durch die spiegelnde Oberfläche gerichtet umgelenkt. Wie genau diese Umlenkung funktioniert, wird durch das Reflexionsgesetz beschrieben:

Bei der Reflexion des Lichts ist der Einfallswinkel $$\alpha$$ stets genauso gross wie der Reflexionswinkel $$\beta$$. 

Das Reflexionsgesetz ist daher eine der einfachsten Formeln der gesamten Physik. Es lautet:

​$$\alpha=\beta$$​​

Hierbei gilt, dass der einfallende Lichtstrahl, das Lot und der reflektierte Lichtstahl in einer Ebene liegen. 

Zur Erinnerung: Das Lot steht senkrecht auf der Spiegeloberfläche. Es wird auf dem Spiegel an der Stelle eingezeichnet, an der der einfallende Strahl auf den Spiegel auftrifft.

Spiegelbilder

Im Spiegel werden die Objekte an Orten gesehen, wo sie gar nicht sein können: Es wirkt so, als würden sich die Objekte hinter der Spiegeloberfläche befinden. 

Daher sagt man auch, dass Spiegelbilder Scheinbilder (virtuelle Bilder) sind. 

Den Weg des Lichts kann man verstehen, indem man die Lichtquelle als punktförmig betrachtet und sich dann ansieht, wie sich die einzelnen Lichtstrahlen bewegen. 

Diese werden vom Spiegel, sobald sie auf dessen Oberfläche fallen, gemäss dem Reflexionsgesetz reflektiert und dadurch so umgelenkt, dass sie in die Augen eines Beobachters fallen können. 

Der Beobachter geht aber nicht davon aus, dass die Strahlen zuvor reflektiert wurden. 

Das Gehirn interpretiert es so, als wäre der Verlauf des Lichts geradlinig gewesen. Dann denken wir, dass sich das Objekt doch eigentlich hinter der Spiegeloberfläche befinden muss.

Dadurch, dass sich das Spiegelbild für einen Beobachter hinter der Spiegeloberfläche zu befinden scheint, erscheint das Spiegelbild kleiner, als der Gegenstand ist. Dies ist allein auf die höhere Distanz vom Spiegelbild zum Beobachter zurückzuführen. 

Wegen der Symmetrie (siehe Reflexionsgesetz) ist das Spiegelbild eines Gegenstandes immer genauso weit vom Spiegel entfernt, wie der Gegenstand. 

Spiegelverkehrt

Warum "vertauscht" ein Spiegel eigentlich immer links und rechts, aber nicht oben und unten? 

Das hängt damit zusammen, dass die Lichtstrahlen immer im selben Winkel zurückgeworfen werden, wegen des Reflexionsgesetzes. Stellen wir uns vor, dass eine Person vor dem Spiegel steht und die Lichtquelle direkt von einer Position hinter ihr in Richtung Spiegel scheint. Will man das Spiegelbild erhalten, dann muss man nur jeden Punkt senkrecht mit der Spiegeloberfläche verbinden.

Der Kopf ist im Spiegelbild dann oben, die Füsse sind im Spiegelbild unten. Die linke Hand befindet sich im Spiegelbild direkt vor der linken Hand der Person und das Spiegelbild der rechten Hand befindet sich direkt vor der rechten Hand der Person. 

Doch wieso ist das Spiegelbild dann spiegelverkehrt? 

Wie man sehen kann, ist da eigentlich überhaupt nichts vertauscht. Das hängt nur mit einer Interpretationsweise des Gehirns zusammen. 

Auch wenn wir uns selbst im Spiegel betrachten und das Spiegelbild auch als die eigene Person erkennen, so sind wir es dennoch gewohnt, eine Person direkt vor uns stehen zu sehen und diese zu betrachten. Die Person, welche vor uns steht und uns ansieht, ist gegenüber unserem eigenen Körper um $$180°$$ gedreht. Hebt sie ihre linke Hand und wir ebenso, dann werden die Hände auf unterschiedlichen Seiten gehoben. 

Genau das erwarten wir von unserem Spiegelbild dann allerdings auch. Und daher kommt der Effekt des "spiegelverkehrten". 

Diffuse Reflexion 

Exakte Spiegelbilder ergeben sich, wenn die spiegelnde Oberfläche eine sehr glatte Fläche ist. Jedoch können auch andere Objekte spiegeln, welche aus vielen einzelnen spiegelnden Oberflächen bestehen, die in vielen verschiedenen Richtungen angeordnet sind. So ist es beispielsweise bei Wolken der Fall. Dadurch werden beispielsweise Sonnenstrahlen an den Wolken gestreut, wodurch eine rote Farbe entsteht, wenn die Sonne sehr tief am Horizont steht, also morgens oder abends.