Warum spiegeln Fußböden manchmal Licht und manchmal nicht?

Heute tauchen wir in die Welt der Physik ein und beschäftigen uns mit einem Begriff, der mir bei

Marcus Weber, Judith Weber: Phantastisch physikalisch. Warum Physik manchmal nerven kann, aber immer großartig ist – und einfach alles um uns herum erklärt

zum ersten Mal begegnet ist. Unsere Autoren geben sich in ihrem Buch alle Mühe, Nichtphysikern wie mir physikalische Phänomene zu erklären, die so alltäglich sind, dass wir sie nur selten hinterfragen.

Polarisierte Brillen

Eines der Themen ist Polarisation. Bis jetzt dachte ich, dass ich mich mit dem Thema gut auskenne. Immerhin habe ich einige Jahre Sonnenbrillen mit Polarisationsfiltern verkauft. Dieser besondere Filter sorgt dafür, dass Licht nur in ganz bestimmten Richtungen durchkommt und verhindert so in vielen Situationen, dass wir geblendet werden. Zudem sehen wir mit einer polarisierten Brille manchmal mehr oder weniger als Menschen ohne eine solche Brille.

Ich erinnere mich noch dunkel an eine Situation, in der ein Freund, der eine polarisierte Brille trug, Fische sehen konnte, die ich nicht sah. Wir standen beide auf einer Brücke, die über einen Fluss führte. Die Sonne schien und das Licht spiegelte sich im Wasser, so dass ich nicht sehen konnte, was unter der Wasseroberfläche geschah. Mein Freund dagegen konnte das sehen, weil seine Brille das reflektierte Licht herausfilterte. In solchen Momenten ist ein Polfilter genial.

Anders sieht es bei dem ein oder anderen Bildschirm aus. Diese strahlen Lichtwellen in eine bestimmte Richtung aus. Wenn Deine polarisierte Brille genau diese Richtung blockiert, siehst Du nichts auf Deinem Bildschirm. Solltest Du eine Polbrille haben, kannst Du diesen Effekt sogar testen. Nimm die Brille und halte sie so vor Deinen Bildschirm, als ob Du sie auf der Nase hättest. Nun drehst Du die Brille um 360 Grad. Bei manchen Bildschirmen wirst Du an irgendeinem Punkt sehen, dass Dein Bildschirm plötzlich schwarz wird.

Polarisierende Parkettfußböden

Laut unserer Autoren können nicht nur Brillen, sondern auch frisch geputzte Parkettfußböden Lichtwellen reflektieren bzw. filtern. Wenn eine parallel zum Boden schwingende Lichtwelle auf diesen trifft, wird sie vom Boden reflektiert. Wenn eine hochkant schwingende Welle auf den Fußboden trifft, wird diese gefiltert. Im ersten Fall blendet uns der Boden, im zweiten Fall nicht.

Bis zu diesem Punkt kann ich unseren Autoren gedanklich folgen. Ich verstehe allerdings die Erläuterung der Hertz’schen Dipole nicht, die unsere Autoren anführen, um das Phänomen der reflektierten und gefilterten Sonnenstrahlen zu beschreiben:

„Schauen wir uns mal einen Lichtstrahl an, der sich dem Holzboden nähert. Die wild schwingende Lichtwelle trifft auf Elektronen im Parkett und bringt diese ebenfalls zum Schwingen – in die Richtung, in die auch die Lichtwelle schwingt. Die Elektronen wirken wie kleine Antennen, die das Licht empfangen und wieder abstrahlen. Physiker sagen: Sie fungieren als Hertz‘sche Dipole. Der Fußboden ist quasi voller kleiner Sender. Diese Sender nehmen das Licht auf und strahlen es wieder ab. Das Besondere an den Dipolen ist: Sie strahlen das Licht nicht überallhin gleich gut ab, sondern nur seitlich. Lichtwellen, die ohnehin parallel zum Boden schwingen, haben damit kein Problem: Sie treffen in recht flachem Winkel auf die Dipole im Boden und ihr Licht wird schön reflektiert […]. Der hochkant schwingende Lichtstrahl […] hat es schwerer: Er trifft so ungünstig auf den Boden, dass der Dipol das Licht vollständig in den Boden hineinleitet. Der Boden schluckt das Licht, und diese Schwingungsrichtung ist damit verloren. Das vom Parkettboden reflektiert Licht schwingt also nur noch in eine Richtung, nämlich parallel zum Boden. Es ist polarisiert.“

S. 112f.

Ich habe diese Sätze schon einige Male gelesen und verstehe dennoch nicht genau, was Hertz’sche Dipole sind. Es ist daher – wie so oft – die Zeit gekommen, das Internet um Rat zu fragen.

Was ist ein Hertz‘scher Dipol?

Es gibt so Tage, an denen ich meine Neugier bereue. Heute ist so ein Tag. Das Thema Hertz’sche Dipole taucht so tief in die Welt der Physik ab, dass ich Schwierigkeiten habe, YouTube Erklärungen wie denen vom Simple Club oder von Benno Köhler gedanklich folgen zu können.

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YouTube immer entsperren

Aufgrund meines mangelnden physikalischen Wissens kann ich daher nicht erklären, was ein Hertz’scher Dipol ist. Wenn Du wissen möchtest, was ein Hertz´scher Dipol ist, empfehle ich Dir die beiden YouTube Videos zu schauen. Was ich dank der YouTube Videos aber nun erklären kann, ist, was ein Hertz’scher Dipol mit einem Parkettfußboden zu tun hat.

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Ein Dipol ist ein Stab, der auf der einen Seite positiv und auf der anderen Seite negativ geladen ist. Eine (Stab)Antenne, wie wir sie auf alten Autos finden, ist ein Hertz’scher Dipol. Sie kann Wellen empfangen und senden. Das Spannende an einer Antenne ist, dass sie richtig ausgerichtet sein muss, um Wellen zu senden. Und genau auf diesen Punkt wollen unsere Autoren offenbar hinaus. Die Elektroden in unserem Parkettboden werden zum Sender von parallel schwingenden Lichtwellen. Hochkant schwingende Wellen empfangen die Elektroden des Fußbodens nur, geben sie aber nicht weiter. Die Elektroden in unserem Fußboden verhalten sich bei den Lichtstrahlen also genau wie eine Antenne, die richtig ausgerichtet Wellen empfängt und sendet und falsch ausgesendete Wellen einfach schluckt.