Physik

Wie funktioniert ein Spiegel?

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Gábor Paál
Gábor Paál (Foto: SWR, Gábor Paál)

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Glas und Aluminium

Ein Spiegel besteht im Wesentlichen aus zwei Schichten: Das Wichtigste ist eine glatt gepresste dünne Schicht aus Aluminium. Diese Aluminiumschicht wird ihrerseits geschützt durch eine durchsichtige Glasplatte. Was bringt nun diese Aluminiumfläche dazu, ein Spiegelbild zu erzeugen?

Die Aluminiumschicht ist extrem glatt. Eine Tapete im Vergleich dazu kann gar nicht so glatt sein, denn da sind lauter Fasern oder Unebenheiten in der Wandfarbe. Aber die Aluschicht im Spiegel ist ganz glatt gepresst – wie eine hochwertige Alufolie, nur stabiler. Und warum erzeugen glatte Flächen nun ein Spiegelbild? Ganz einfach deshalb, weil dort die Lichtstrahlen symmetrisch abprallen.

Der Einfallswinkel ist der Ausfallswinkel

Stellen wir uns anstelle der Lichtstrahlen eine Billardkugel am Rand des Billardtischs vor. Da gilt die Regel: So wie sich die Kugel auf die Wand zubewegt, so prallt sie in die andere Richtung auch wieder ab. Entscheidend ist dabei der Winkel an genau diesem einen Punkt, an dem die Kugel die Wand berührt. Nur er entscheidet, in welche Richtung die Kugel fliegt.

Nun stellen wir uns vor, die Kugel trifft die Wand etwas weiter links oder rechts. Bei einer glatten Fläche macht das nicht viel aus: Auch die Bahn der Kugel ändert sich jeweils nur ein klein wenig. Das extreme Gegenbeispiel wäre eine Wand mit lauter Mulden und Beulen. Wenn wir gegen eine solche Wand einen Gummiball werfen, dann werden wir im Voraus nicht sagen können, wohin er abprallt. Ein Millimeter Unterschied im Aufprallpunkt kann dann einen Riesenunterschied machen bei der Richtung, in die der Ball abprallt. Oder wenn man Tischtennis spielt und auf der Tischtennisplatte liegen Sandkörner herum: Landet der Ball dann zufällig auf einem solchen Sandkorn, springt er plötzlich in eine ganz andere Richtung als die, in die er springen soll.

Genauso ist das beim Licht: Die Oberfläche muss sehr glatt sein, damit sie das Licht sauber spiegelt. Ansonsten streut es in alle möglichen  Richtungen. Der Unterschied zwischen Spiegel und Tapetenwand ist also: Der Spiegel reflektiert das Licht geordnet, die raue Tapetenwand völlig ungeordnet – und deshalb sehen wir kein ordentliches Bild, sondern nur eine weiße Fläche.

Auf einer glatten Tischtennisplatte kann ich mich nicht spiegeln ...

... weil sie fürs Licht immer noch nicht glatt genug ist. Die Lichtteilchen sind ja viel kleiner als ein Tischtennisball – und entsprechend sind auch nur viel kleinere Unebenheiten erlaubt. Konkret heißt das: Die Unebenheiten bei einem Spiegel müssen kleiner sein als ein zehntausendstel Millimeter. Physikalisch ausgedrückt: Die Unebenheiten müssen kleiner sein als die halbe Wellenlänge des Lichts.

Wie entsteht ein geordnetes Spiegelbild?

Lichtstrahlen sind von Natur aus gerade. Und damit rechnet unser Gehirn auch: Wenn ich in einer bestimmten Richtung einen Baum sehe, dann gehe ich davon aus, dass dort auch der Baum ist, denn das Licht kommt ja auf geradem Weg vom Baum in mein Auge. Der Spiegel trickst uns nun aus, eben weil er den Lichtstrahl nicht durchlässt, sondern einen Knick in den sonst geraden Lichtstrahl macht.

Wenn ich vor dem Spiegel stehe, gibt es einen Lichtstrahl, der von meiner Nasenspitze zum Spiegel gelangt, und von dort in mein Auge zurückgeworfen wird. Mein Gehirn aber tut so, als wären alle Lichtstrahlen gerade, deshalb „sehe“ ich eine Nasenspitze mir gegenüber; es sieht so aus, als würden wir durch den Spiegel hindurchsehen. Das Gehirn denkt sich einfach den Knick, den der Lichtstrahl macht, weg. Wie bei einem geknickten Strohhalm, den man wieder aufklappt. Und weil der Spiegel alle Lichtstrahlen so geordnet knickt, entsteht auch am Ende wieder ein geordnetes Bild – eben ein Spiegelbild.

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