NuT7 Licht und Schatten

Fällt Licht auf einen nicht durchsichtigen Gegenstand, so wird es reflektiert und man sieht den Gegenstand beleuchtet. Aber was ist hinter dem Gegenstand? Der Gegenstand wirft einen Schatten. Im folgenden Bild ist der Schatten eines Kaktus an einer Wand zu sehen.

Ein Teil des Lichts wird an der, der Lichtquelle zugewandten Seite reflektiert, der andere Teil des Lichts wird absorbiert. Hinter dem Kaktus ist kein Licht mehr. Dieser lichtfreie Raum hinter einem Gegenstand heißt Schatten.

Das Schattenbild lässt sich durch die Randstrahlen der Lichtquelle festlegen.
Beleuchtet man mit einer punktförmigen Lichtquelle L einen Schirm und stellt zwischen die Lichtquelle und den Schirm einen undurchsichtigen Gegenstand, so entsteht hinter diesem Gegenstand (Hindernis für das Licht) ein lichtfreier Raum.
Das Licht breitet sich von L aus geradlinig aus und man sieht auf dem Schirm einen vergrößerten Umriss des Gegenstandes, den Schatten des Gegenstandes.

Schaut man aus dem Schattenraum in Richtung Lichtquelle, so kann man diese nicht sehen.

  Aufgabe 1

Schaue dir die ersten 8 Minuten dieses Videos an

und beantworte folgende Fragen:
1. Wie entsteht ein Schatten?
2. Erkläre den Begriff "Schatten".
3. Was ist eine Punktlichtquelle?
4. Was ist ein Schattenbild?
5. Was ist der Schirmabstand, Objektabstand?
6. Wann ist das Schattenbild am größten, wann am kleinsten?
7. Was passiert, wenn man den Schirmabstand vergrößert?
8. Was sind Randsstrahlen?
9. Was ist der Schattenraum?
10. Wie entsteht das Schattenbild?

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1. Ein Schatten entsteht hinter einem undurchsichtigen Gegenstand, der von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Der Gegenstand absorbiert das Licht, das von der Lichtquelle kommt.
2. Ein Schatten ist der Raum, in den kein Licht hinfällt.
3. Eine Punktlichtquelle ist eine Lichtquelle bei der aus einem Punkt alles Licht herauskommt.
4. Ein Schattenbild ist der Umriss eines Schattens auf einem Schirm, einer Leinwand.
5. Der Schirmabstand ist die Entfernung des Schirms von der Lichtquelle.
Der Objektabstand ist die Länge der Strecke zwischen Lichtquelle und Gegenstand.
6. Das Schattenbild ist am größten, wenn der Objektabstand klein ist, der Gegenstand ist nahe vor der Lichtquelle.
Das Schattenbild ist am kleinsten, wenn der Objektabstand groß ist, der Gegenstand ist nahe vor dem Schirm.
7. Vergrößert man den Schirmabstand, dann wird das Schattenbild größer.
8. Randstrahlen sind geradlinige Lichtstrahlen, die gerade noch am Gegenstand vorbei kommen.
9. Der Schattenraum ist der Bereich hinter einem Gegenstand in den kein Licht hinkommt.

10. Das Schattenbild entsteht auf dem Schirm, wo die Randstrahlen auf den Schirm treffen.

Merke 1. Ein Schattenbild entsteht, wenn die Randstrahlen, das sind die Lichtstrahlen, die gerade noch am Gegenstand vorbei kommen, auf den Schirm treffen. Sie erzeugen den Umriss des Gegenstandes. 2. Die Größe des Schattenbildes hängt vom Abstand der Lichtquelle zum Objekt (Objektabstand) und dem Schirmabstand, der Entfernung des Schirmes von der Lichtquelle, ab.

Versuch Schalte abends (oder wenn es in deinem Zimmer dunkel ist) in deinem Zimmer deine Schreibtischlampe an und richtige sie auf die Wand. Die Schreibtischlampe ist eine nahezu "punktförmige" Lichtquelle. Nun bringe deine Hände zwischen Schreibtischlampe und Wand und beobachte an der Wand das Schattenbild. Versuche mit deinen Händen verschiedene Tiere als Schattenbild an der Wand zu bilden. Bringe deine Hände in Nähe der Schreibtischlampe. Was kannst du am Schattenbild erkennen? Bringe deine Hände in Nähe der Wand. Was ändert sich dann an deinem Schattenbild?

  Aufgabe 2

Zeichne in das Bild die Randstrahlen und kennzeichne den Schattenbereich.

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Was passiert, wenn man zwei Lichtquellen hat?

  Aufgabe 3

Schaue dir dieses Videos ab Minute 7:38 bis 10:00 weiter an

und beantworte folgende Fragen:
1. Was sieht man, wenn ein lichtundurchlässiger Gegenstand von zwei Lichtquellen bestrahlt wird?
2. Wie hießt der Bereich, in dem sich die zwei Schatten überlagern.
3. Was ist ein Halbschatten?

Nun kannst du den Video auch zu Ende ansehen.

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1. Hinter dem Gegenstand sieht man zwei Schattenbilder, die sich eventuell auch überlagern.
2. Der Bereich, in dem sich die zwei Schatten überlagern heißt Kernschatten.

3. Ein Halbschatten ist der Bereich, wo nur das Licht von einer Lichtquelle hinkommt. Er liegt im Schatten der zweiten Lichtquelle.

Merke Wird ein lilchtundurchlässiger Gegenstand von zwei Lichtquellen bestrahlt, so ist hinter dem Gegenstand sein Schatten. Dieser teilt sich auf in den Kernschatten, das ist der Bereich wo kein Licht von beiden Lichtquellen hinkommt. Dort überlagern sich die Einzelschatten der zwei Lichtquellen. Daneben sind die Halbschatten, das sind die Bereiche wo nur Licht von einer Lichtquelle hinkommt. A ist der Bereich des Kernschattens, B der Bereich des Halbschattens. Ein Gegenstand kann mehrere Schatten haben. Dies hängt von der Anzahl der Lichtquellen ab, die ihn beleuchten. Der Kernschatten ist der Bereich, in dem hinter dem Gegenstand kein Licht ist. Der Halbschatten ist der Bereich hinter dem Gegenstand, in dem das Licht von (mindestens) einer Lichtquelle ankommt.

  Aufgabe 4

Gehe auf diese Seite bei Leifiphysik. Dort ist alles was du gerade kennengelernt hat nochmals dargestellt. Zu den Begriffen gibt es Applet, die du mit einem Schieberegler (unten) betätigen kannst.
1. Betätige den Schieberegler von Abb. 1 und erkäre was du siehst.
2. Betätige den Schieberegler von Abb. 2 und erkläre, was du siehst.

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1. Beleuchtet man mit einer Punktlichtquelle einen Schirm und stellst zwischen die Lichtquelle und den Schirm einen undurchsichtigen Gegenstand, so entsteht hinter diesem Hindernis ein lichtfreier Raum, der Schattenraum. Dies ist der Schatten des Gegenstandes.
Aufgrund der geradlinigen Lichtausbreitung sieht man auf dem Schirm als Schatten die vergrößerten Umrisse des undurchsichtigen Gegenstandes.

2. Beleuchtet man den Gegenstand mit zwei Punktlichtquellen, so überlagern sich die Schatten der beiden Lichtquelle. Der Bereich, in den kein Licht gelangt ist der Kernschatten. Gelangt Licht von der oberen Lichtquelle in den Schatten der unteren Lichtquelle (o der Licht von der unteren lilchtquelle in den Schatten der oberen Lichtquelle) so entsteht ein Halbschatten.

  Aufgabe 5

Zeichne in das Bild die Randstrahlen und kennzeichne die Schattenbereiche.

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A ist der Kernschatten, B der Halbschatten.

  Aufgabe 5

Wie stellt man sich eine ausgedehnte Lichtquelle vor?
Nenne Beispiele für eine ausgedehnte Lichtquelle.
Was ist das besondere für die Bereiche zwischen Kernschatten und Helligkeit?

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Eine ausgedehnte Lichtquelle besteht aus "unendlich" vielen Punktlichquellen.
Eine ausgedehnte Lichtquelle ist die Sonne, ein Flächenstrahler, ...

Der Halbschatten geht kontinuierlich vom Kernschatten aus zur Helligkeit über. Man spricht von einem Übergangsschatten.

  Aufgabe 6

Bearbeite das Quiz zum Schatten.

Versuch Mache drei Versuche von dieser Seite.