Schatten

Einstieg

In diesem Eintrag gilt es zu klären, wie Schatten entsteht und welche physikalischen Grundlagen dabei zum Vorscheinen kommen. Zusätzlich wird auf die Konstruktion der Schattenräume eingegangen und das erworbene Wissen in einem Lückentext abgefragt.

Theorie

Zunächst werden relevante, theoretische Grundlagen aus der Physik aufgezeigt:

Lichtausbreitung

"Da wo Licht ist, ist auch Schatten". Dieses Zitat ist physikalisch gesehen völlig richtig, denn um Schatten überhaupt wahrnehmen zu können, benötigen wir eine Lichtquelle. Typische Lichtquellen sind: Sonne, Kerze, Glühlampe, Taschenlampe. Dabei haben alle Lichtquellen folgendes gemeinsam: Sie senden das Licht geradlinig und allseitig aus (siehe Abb.1)

Abb.1: Geradlinige und allseitige Ausbreitung des Lichts anhand Glühlampe (links) und Sonne (rechts)

Die in der Abb.1 dargestellten Pfeile, stellen die sogenannten '''Lichtstrahlen''' dar. Sie beginnen an der Oberfläche des jeweiligen Körpers und zeigen vom Mittelpunkt weg ins Unendliche. Von jeder Lichtquelle gehen unendlich viele Lichtstrahlen aus.

Schattenentstehung

Wenn nun ein Gegenstand den oben beschriebenen Lichtstrahl blockiert, so gelangt der Lichtstrahl natürlich nicht mehr ins Unendliche, sondern wird am Gegenstand reflektiert und absorbiert. Die Reflexion und Absorption spielt aber für die Schattenentstehung keine Rolle. Wichtig ist, dass der Lichtstrahl nicht durch den Gegenstand hindurch gelangt (siehe Abb. 2). Hinter dem Gegenstand ist also ein Raum, welcher kein Licht beinhaltet. Und genau diesen Raum bezeichnen wir als Schattenraum oder umgangssprachlich Schatten.

Abb. 2: Der Lichtstrahl gelangt nicht durch das rote Hindernis

Konstruktion von Schattenräumen

Um Schattenräume zu konstruieren, benötigt man sogenannte '''Randstrahlen'''. Randstrahlen sind die Lichtstrahlen, welche den Rand des Gegenstands gerade so nicht berühren, also am Gegenstand vorbei strahlen (siehe Abb.3). Diese Randstrahlen bilden mit dem Gegenstand die Grenzen des Schattenraumes.

Man benötigt also nur die Randstrahlen, um den zugehörigen Schatten zu bestimmen. Dies wird in Abb. 4 gezeigt.

Abb.3: Randstrahlen

Abb.4: Schattenraum-Konstruktion mit Hilfe der Randstrahlen

Übungsaufgaben

Teste nun dein gelerntes Wissen unter folgendem Link:

https://learningapps.org/watch?v=ptjk3wmm522