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Grundwissen

Schatten

Das Wichtigste auf einen Blick

  • kern-und-halbschatten.png Joachim Herz Stiftung
    Den lichtfreien Bereich hinter einem Gegenstand nennt man Schatten.
  • Bei zwei oder mehr punktförmigen Lichtquellen unterscheidet man Kernschatten, er wird von keiner Lichtquelle beleuchtet, und Halbschatten, er wird nur von einem Teil der Lichtquellen beleuchtet.
  • Bei ausgedehnten Lichtquellen tritt ein unscharfer Übergangsschatten auf.
 
Aufgaben Aufgaben

Die verschiedenen Schattenbereiche können mit der hier dargestellten Versuchsreihe anschaulich gemacht werden.

Schatten bei einer punktförmigen Lichtquelle

Abb. 1 Entstehung eines Schattens durch die Beleuchtung eines Hindernisses mit einer punktförmigen Lichtquelle

Beleuchtest du mit einer punktförmigen Lichtquelle (z.B. einer Kerze) einen Schirm und stellst zwischen die Lichtquelle und den Schirm einen undurchsichtigen Gegenstand, so entsteht hinter diesem Hindernis ein lichtfreier Raum (vgl. die Animation in Abb. 1). Man bezeichnet diesen unbelichteten Bereich als Schatten des Gegenstandes.

Aufgrund der geradlinigen Lichtausbreitung siehst du auf dem Schirm als Schatten die vergrößerten Umrisse des undurchsichtigen Gegenstandes.

Blickst du vom Schatten in Richtung der Kerze, so kannst du diese nicht sehen. Von allen anderen Punkten des Schirms aus ist die Kerze sichtbar.

Kern- und Halbschatten bei zwei punktförmigen Lichtquellen

Abb. 2 Entstehung von Kern- und Halbschatten durch die Beleuchtung eines Hindernisses mit zwei punktförmigen Lichtquellen

Beleuchtest du den Gegenstand mit zwei punktförmigen Lichtquellen, so gelangt z.B. das Licht von der linken Kerze teilweise in den Schatten der rechten Kerze. Es entsteht ein sogenannter "Teillichtbereich" oder Halbschatten.

Blickst du vom Halbschatten aus in Richtung der Kerzen, so kannst du nur eine Kerze sehen.

Stellst die Kerzen nahe genug aneinander, so gibt es einen Bereich in den weder Licht von der linken noch Licht von der rechten Kerze dringt. Man nennt diesen Bereich den Kernschatten.

Blickst du vom Kernschatten aus in Richtung der Kerzen, so kannst du keine der beiden Kerzen sehen.

Kern- und Übergangsschatten bei vielen punktförmigen oder einer ausgedehnten Lichtquelle

Abb. 3 Entstehung von Kern- und Übergangsschatten durch die Beleuchtung eines Hindernisses mit vielen punktförmigen Lichtquellen

Mit je mehr Punktlichtquellen du einen Gegenstand beleuchtest, desto mehr Abstufungen entstehen beim Übergang des Schattens von dunkel zu hell (vgl. die Animation in Abb. 3). So wird es immer schwieriger die einzelnen Bereiche voneinander zu unterscheiden.

schatten-ausgedehnte-lichtquelle-beschriftet.jpg Joachim Herz Stiftung Stefan Richtberg

Beleuchtest du den Gegenstand nun mit einer ausgedehnten Lichtquelle (z.B. einer Leuchtstoffröhre), so kannst du annehmen, dass diese Lichtquelle aus "unendlich" vielen einzelnen Lichtquellen besteht, die beliebig dicht nebeneinanderstehen. So ergibt sich auf dem Schirm ein "fließender" Übergang zwischen dem Kernschatten und den hellen Bereichen. Man nennt diesen fließenden Übergangsbereich den sogenannten Übergangsschatten.

Unsere Sonne ist übrigens eine sehr große, ausgedehnte Lichtquelle. Auf der sonnenabgewandten Seite der Erde entsteht daher ein Kern- und ein Übergangsschatten.

Aufgabe

lichtausbreitung-aufgabe1.png Joachim Herz Stiftung
Im Schatten bezüglich welcher Lichtquellen befindest du dich,

a) wenn du am Punkt A stehst?

b) wenn du am Punkt B stehst?

Lösung

a) An Punkt A bist Du im Schatten bzgl. der Lichtquellen 4 und 5. Anders ausgedrückt kannst Du vom Punkt A aus nur die Lichtquellen 1, 2 und 3 sehen.

b) An Punkt B bist Du im Schatten bzgl. der Lichtquellen 1, 2, 3 und 4. Anders ausgedrückt kannst Du vom Punkt A aus nur die Lichtquelle 5 sehen.