Wie entstehen diese länglichen Lichtreflexionen?

Hallo zusammen,

ihr kennt sicher diese tollen Lichtspiegelungen von zb Autorücklichtern bei nasser Straße.

Jetzt meine Frage:
Wieso sind diese Reflexionen so länglich? Bei Nässe müsste doch aufgrund des Wassers zwischen den Steinchen eine annährend plane Oberfläche sein die das Licht ziemlich genau spiegelt und nicht zum Betrachter hin streut?
Wieso entsteht ein Streifen anstatt einem Oval?

Hier ein paar beispielbilder:
http://farm1.static.flickr.com/159/439915070_2d9ee3b…
http://theworldofimages.files.wordpress.com/2009/10/…
http://farm1.static.flickr.com/87/254617672_267e3203…

Würde mich echt mal interresieren^^. Weiss jemand weiter?

Gruß Buttercookie

Hallo,

Diese Spiegelungen entstehen an einer unregelmäßig geformten Fläche, stellen also eigentlich mehrere Reflexe dar, die ineinanderlaufen. Eine glatte Fläche wie z.B. eine Auslagenscheibe würde tatsächlich eine einfache elliptische Spiegelung liefern, wenn die Quelle annähernd kreisförmig ist.

Es grüßt

Der Daimio

Einfaches Experiment dazu
Hallo!

Es ist nur eine Frage der Oberflächenbeschaffenheit der spiegelnden Fläche.
Einfaches Experiment: nimm die glatte Seite einer Alufolie und lege ein Stück Folie auf den Tisch. Stelle eine punktförmige LED-Lampe knapp über die Folie und betrachte das Spiegelbild aus einem flachen Winkel. Du wirst nur einen Punkt bzw. einen kleinen elliptischen Fleck sehen. Der Lichtfleck scheint an der Stelle zu sein, die sich ergibt, wenn du den Ort der LED an der Ebene der Alufolie mathematisch spiegelst. Das Spiegelbild der LED scheint „unter“ dem Tisch zu sein.
Zerknittere die Folie etwas und du bekommst den gleichen Effekt wie bei der nassen Straße. Du hast viele kleine Spiegel mit unterschiedlichen Winkeln. Sie lassen das Spiegelbild an unterschiedlichen Orten erscheinen und machen so aus einem Lichtpunkt einen Lichtstreifen.

Liebe Grüße,

Thomas.

Hallo,

ungefähr so wollte ich auch antworten, bin dann aber über ein kleines Problem gestolpert, was ich mir nicht erklären konnte.
Warum erhält man einen Streifen und keinen größeren Lichtfleck? Wenn du die unebene Oberfläche als viele kleine Spiegelflächen interpretierst, dann ist es doch merkwürdig, dass die alle in einer Ebene reflektieren sollen. Wenn du dir die Oberfläche mit Wölbspiegeln ausgelegt vorstellst, dann dürften doch alle Punkte den Lichtstrahl irgendwie reflektieren, sogar der Straßenbelag hinter dir. Genaugenommen tut er das ja auch. Das nennt man dann Streuung und die ist der Grund dafür, dass du die Straße überhaupt siehst. Mit dem Gedanken im Hinterkopf war die Frage für mich dann wieder komplizierter als sie auf den ersten Blick aussah.

An was ich als nächstes gedacht hatte war das Reflexionsverhalten einer CD. Auf dieser hat man bedingt durch den gleichmäßigen Rillenabstand eine Reflexion am Gitter. Nun weiß ich aber nicht, ob man das Chaos des Straßenbelags als solches interpretieren kann.

Ich bin gespannt, wie ihr das seht,
Andreas

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Hallo,

aufmerksam nachgedacht! Sehr schön.

Ich denke ich weiß die Antwort und versuche sie zu erklären:

Machen wir folgendes Experiment:

  • Die Lichtquelle und das Auge des Beobachters seien zur Vereinfachung auf gleicher Höhe über der reflektierenden Fläche (z.B. ein Meter).
  • Die reflektierende Fläche (x-y-Ebene) besteht aus kleinen spiegelnden Flächenstücken, die zur Vereinfachung alle den gleichen Winkel zur gesamten makroskopischen Fläche haben, z.B. 1 Grad. Die Drehung um die z-Achse der Flächenstücke ist statistisch verteilt.
  1. Anordnung: Lichtquelle und Auge sind direkt neben einander, das Auge schaut senkrecht auf die spiegelnde Fläche.
    Ergebnis: Man sieht den Reflex der Lichtquelle genau unter einem Winkel von 1 Grad neben dem Reflex, der sich bei einer glatten Fläche zeigen würde. Das heißt, man sieht eine Kreislinie. Durchmesser: Tangens 1 Grad mal 1 Meter mal 2 = ungefähr 35mm.

  2. Anordnung: Lichtquelle und Auge sind viele Meter, also deutlich weiter voneinander entfernt, als der oben vorgegeben Abstand der Verbindungslinie Auge-Lichtquelle zur Oberfläche (1 Meter).
    In Längsrichtung sieht man wieder die Reflexe unter plus/minus einem Grad zum Reflex, der bei einer glatten Fläche vorhanden wäre.
    In Querrichtung sieht das anders aus: Man sieht den Reflex dort, wo er sich von der gedachten Verbindungslinie Lichtquelle-Auge senkrecht nach unten auf die Fläche unter einem Winkel von einem Grad befindet.
    Die Breite des Reflexes ist also wieder 35mm. Aus der halben Entfernung zwischen Lichtquelle und Auge, die ja einige Meter beträgt, sind diese 35mm als Sehwinkel betrachtet aber weit weniger als ein Grad. Man hat also den Eindrcuk, der Ring ist nun länger als breit, also eine Ellipse.

Am besten, Du machst mal eine Zeichnung. Die kann ich leider hier nicht mitschicken, würde die Erklärung aber wesentlich vereinfachen.

Ich hoffe, ich konnte die Sache verständlich erklären.

Grüße,
Jürgen

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Hallo und herzlichen Dank,

ich glaube ich habe dich verstanden. Ich fasse mal zusammen und verallgemeinere mal (auch für all diejenigen, die es vllt nicht verstanden haben).

Die reflektierende Straße ist garnicht so uneben, wie man vielleicht denkt, es ist ja immerhin ein ausgleichender Wasserfilm drauf. Daher kann man die Abweichungen des Lots der Spiegelflächen von der Straßenebene als recht klein betrachten.
Dein erstes Beispiel zeigt was ich vermutet hatte, dass man bei einer solchen Reflexion einen Kreis (im Optimalfall) statt eines Punktes sieht. Dieser Kreis ist das Ergebnis eines Kegelschnitts. Der Kegel behinhaltet alle reflektierten Strahlen. Liegen Lichtquelle und Betrachterauge weit auseinander, befinden sich bezogen darauf aber relativ dicht über der Spiegelfläche, dann ist dieser Kegelschnitt eben kein Kreis mehr, sondern eine wahnsinnig lang gezogenen Ellipse.
Da die Reflexion auf der Straße allerdings nicht ganz dem Idealfall entspricht und es keinen genau definierten Grenzwinkel gibt, bis zu dem „viel“ Licht und ab dem „kein“ Licht mehr reflektiert wird, sehen wir keine scharfe Ellipse, sondern so ein verwaschenes, längliches etwas, was man auch als Streifen interpretieren könnte.

Bei deinem Text kam mich mir wieder vor wie in der Uni… unter dreimal lesen pro Satz war da nix zu holen :wink: Danke für die ausführliche Erklärung mit Experimentieranleitung, so hab ichs auch ohne Zeichnung verstanden.

Schönen Tag noch,
Andreas

Hallo,

ich habe im Folgenden mal einen Teil Deines Textes hierher kopiert und ergänze entsprechend.

Die reflektierende Straße ist gar nicht so uneben, wie man vielleicht denkt, es ist ja immerhin ein ausgleichender Wasserfilm drauf. Daher kann man die Abweichungen des Lots der Spiegelflächen von der Straßenebene als recht klein betrachten.

> genau so ist es.

Dein erstes Beispiel zeigt was ich vermutet hatte, dass man bei einer solchen Reflexion einen Kreis (im Optimalfall) statt eines Punktes sieht. Dieser Kreis ist das Ergebnis eines Kegelschnitts.

> Hier beginnt dein Mißverständnis: Der Kreis ist zwar ein Kegelschnitt, aber daraus zu schließen, dass es sich auch bei nicht senkrechtem Reflex um einen Kegel und einen Kegelschnitt handelt, ist unzulässig.

Der Kegel behinhaltet alle reflektierten Strahlen. Liegen Lichtquelle und Betrachterauge weit auseinander, befinden sich bezogen darauf aber relativ dicht über der Spiegelfläche, dann ist dieser Kegelschnitt eben kein Kreis mehr, sondern eine wahnsinnig lang gezogenen Ellipse.

> Die Ellipse die sich in diesem Fall ergibt, stammt eben gerade nicht von einem Kegel, weil die „Sehstrahlen“ von Deinem Auge zum Rand des Reflexes kein Kegel sind.
Erläuterung: In vertikaler Richtung haben wir einen Öffnungswinkel von plusminus 1 Grad, da waren wir uns ja einig. Hätten wir einen Kegel, dann wäre der Öffnungswinkel auch horizontal ein Grad nach rechts und links. Bei einem Abstand zum Reflex von beispielsweise 10 Meter hätte dann der Refelx eine Gesamtbreite von 35cm. Wie ich in meiner Beschreibung aber gezeigt habe, ist der Reflex 3,5cm breit, weil der Abstand der Verbindungslinie Auge/Licht zur Strassenoberfläche in meinem Beispiel ja EIN Meter war, und die Breite des Reflexes NICHT von der Entfernung des Betrachters vom Reflex, sondern eben vom Abstand der genannten Verbindungslinie zur Strassenoberfläche abhängt.
Der Reflex ist also noch viel schmaler beziehungsweise länglicher, als er nach Deiner Kegelschnitttheorie wäre.

Da die Reflexion auf der Straße allerdings nicht ganz dem Idealfall entspricht und es keinen genau definierten Grenzwinkel gibt, bis zu dem „viel“ Licht und ab dem „kein“ Licht mehr reflektiert wird, sehen wir keine scharfe Ellipse, sondern so ein verwaschenes, längliches etwas, was man auch als Streifen interpretieren könnte.

> Dies ist wieder völlig richtig!

Falls Du noch Verständnisschwierigkeiten hast, kannst Du es ja doch mal mit der Zeichnung probieren.

Viele Grüße,
Jürgen

Danke euch für die vielen Überlegungen und Antworten. Das Ganze erscheint mir jetzt total offensichtlich :wink:

Ich habe mir trozdem zur Anschauung noch ne mini-Animation gemacht - die ich euch nicht vorenthalten will.
(der renderzeit wegen leider etwas zu wenig strahlensampels)

…wer keine nasse Straße mit Lichtquelle zuhause hat klickt hier:

http://www.vidup.de/v/QP3pD/lichtreflex.mp4

Grüße
buttercookie