Optik

Lichtreflexion

3D-"Hologramm" durch Reflexion

  • Vertauscht ein Spiegel links und rechts?
  • Wie groß muss ein Spiegel sein, damit man sich ganz in ihm sehen kann?
  • Wo befindet sich das Spiegelbild, wenn hinter dem Spiegel eine Wand ist?

3D-"Hologramm" durch Reflexion

Hinweis: Aus physikalischer Sicht handelt es sich bei dem folgenden Phänomen nicht um ein Hologramm, auch wenn es im Internet häufig so bezeichnet wird.

Durch Reflexion schwebender Schmetterling
Abb.
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Durch Reflexion schwebender Schmetterling
Durch einen einfachen optischen Trick kannst du, scheinbar frei im Raum schwebende Bilder erzeugen. Im folgenden Bild siehst du einen Schmetterling über einem Smartphone-Display schweben.

Bauanleitung

Für diesen Versuch benötigst Du neben einem Smartphone, auf dem du später ein entsprechendes Video abspielst, eine transparente Pyramide ohne Spitze. Diese kannst du einfach und mit wenig Zeitaufwand selbst bauen. Dazu benötigst Du nur folgende Materialien:

 

Notwendiges Matrial zum Bau einer 3D Hologramm Pyramide
Abb.
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Notwendiges Matrial zum Bau einer 3D Hologramm Pyramide

Zunächst zeichnest du dazu die Schnittvorlage (siehe Bild) auf die Overheadfolie. Wenn Du beim Zeichen kariertes Papier unterlegst, ist das Messen der Längen dabei ganz einfach. Danach schneidest du die Trapeze aus und legst sie mit den Schenkeln aneinader. Nun klebst du die einzelnen Trapeze an den drei Stellen, wo die Schenkel aneinander liegen, mit Tesa zusammen. Jetzt nimmst du die zusammengeklebten Trapeze in die Hand, knickst sie an den Klebestellen und formst so eine Pyramide. Nun kannst du auch die letzte Verbindung mit einem Teststreifen herstellen und fertig ist deine Pyramide ohne Spitze!

 

Bauanleitung Pyramide für 3d Hologramm
Abb.
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Bauanleitung Pyramide für 3d Hologramm
Hinweis: Willst du anstatt eines Smartphones ein Tablet verwenden, so muss deine Pyramide etwas größer sein.

Durchführung

Seitlicher Blick in die Pyramide mit dem schwebenden 3D Hologramm
Abb.
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Seitlicher Blick in die Pyramide mit dem schwebenden "3D-Hologramm"
Um den Effekt zu sehen, benötigst Du neben der abgestumpften Pyramide aus der Bauanleitung ein geeignetes Video, das du bspw. hier findest. Dieses musst du im Vollbildmodus bei maximaler Bildschirmhelligkeit abspielen (evtl. auch Licht ausschalten). Dabei stellst du die abgestumpfte Pyramide auf dem Kopf in die Mitte des Bildschirms. Wenn du nun von der Seite in deine Pyramide schaust, sieht es so aus, als würden die Bilder über deinem Smartphone schweben.

Reflexion als Ursache

Lichtweg zur Bildentstehung an einem "3D Smartphone Hologramm"
Abb.
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Lichtweg zur Bildentstehung an einem "3D Smartphone Hologramm"
Dieser optische Trick funktioniert, weil die Overhead-Folie nicht vollständig durchsichtig. Die Folie reflektiert einen Teil des von unten kommenden Lichtes des Smartphone-Displays. Da für die Richtung der Reflexion gilt das Reflexionsgesetz gilt, fällt das reflektierte Licht ins Auge des seitlich positionierten Beobachters. Wie bei der Bildentstehung beim Spiegel, sieht es nun für uns so aus, als würde das Licht von hinter der reflektierenden Oberfläche ausgehen. Wir nehmen daher das Bild im Raum hinter der Overheadfolie frei im Raum schwebend war.

Das grundlegende Prinzip dieses optischen Tricks wurde übrigens schon lange genutzt. Als klassischer Bühnentrick bekannt, wurden auf diese Art und Weise bspw. plötzlich Geister auf einer Bühne erscheinen und sogar schweben lassen.

Tipp: Um den Effekt schnell und einfach zu demonstrieren, kann auch einfach eine Overheadfolie schräg über ein Smartphone oder Tablet gehalten werden. Auch dann ist der Effekt der schwebenden Bilder gut sichtbar.

Aufgabe

Nummerierte Elemente beim Holo-Video
1a) Plane ein Experiment mit dem du herausfinden kannst, welche der vier Darstellungen in einem "Hologramm"-Video zu dem wahrgenommenen, schwebenden Bild beitragen, wenn du von einer Seite auf das Bild schaust.

1b) Führe dieses Experiment durch und notieren deine Erkenntnisse.

Lösung

1a) Ein geeignetes Experiment zur Untersuchung der Fragestellung kannst durch das nacheinander Abdecken von jeweils drei Teilbildern realisieren.  Dabei musst du von einem festen Beobachtungspunkt aus untersuchen, ob das schwebende Bild noch zu sehen ist oder nicht.

1b) Nur wenn das dem Beobachtungspunkt zugewandte Bild des Videos nicht verdeckt ist, ist das schwebende Bild zu sehen. Daher trägt bei der Betrachtung von einer Seite nur dieses eine Bild zum schwebenden Bild bei.

Gedrehte Pyramide auf dem Smartphone Display

2) Überlege Dir, was passiert, wenn du die Pyramide anstatt mit dem abgestumpften Spitze nach unten mit der Grundfläche auch das Display stellst. Formuliere zunächst deine Überlegungen, bevor du diese mit Smartphone und Pyramide überprüfst.

Lösung
Lichtweg zur Bildentstehung an einem "3D Smartphone Hologramm" bei gedrehter Pyramide

2) Das Bild erscheint bei gedrehter Pyramide deutlich weiter weg und steht nun auf dem Kopf. Ursache hierfür ist, dass nun das Licht von der vom Betrachter abgewandten Seite der Pyramide in Richtung des Betrachters reflektiert wird. Dieses Bild wird entsprechend auch von dem Bild erzeugt, welches unter dieser Fläche liegt. Und da dieses Bild im Video gerade um 180° zum ürsprünglichen Bild gedreht ist, erscheint das Bild so auf dem Kopf stehend. Verschiebst du nun die Pyramide so, dass die reflektierende Fläche über dem vorderen Bild ist, erscheint es wieder richtig herum.

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