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

Einfaches "Hologramm" mit Smartphone und CD-Hülle

Ein Hologramm bauen

Abb. 1 Bauanleitung und Demonstration im Video

Materialbedarf

1 CD-Hülle
Smartphone
Tesafilm

Aufbau

Du stellst den durchsichtigen Deckel der CD-Hülle etwa 45° nach oben und fixierst den Deckel in dieser Position indem du einen Streifen Tesafilm vom Deckel bis auf den Boden der Hülle klebst. Nun stellst du die Bildschirmhelligkeit deines Smartphones auf Maximum, rufst ein Video mit dunklem Hintergrund auf und legst Smartphone mit dem Bildschirm nach oben auf den Boden der CD-Hülle.

Beobachtung

Nun blickst du von vorne in die geöffnete CD-Hülle hinein. Auf dem hochgestellten Deckel der Hülle wird das auf dem Smartphone gezeigte Bild sichtbar und scheint praktisch im Raum zu schweben.

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

Frei schwebendes 3D-"Hologramm"

Durch Reflexion schwebender Schmetterling
Abb.
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Durch Reflexion schwebender Schmetterling

Mit nur etwas mehr Aufwand kannst du mit dem gleichen optischen Trick scheinbar frei im Raum schwebende Bilder erzeugen. In Abb. 2 siehst du einen Schmetterling frei über einem Smartphone-Display schweben, den du dabei von allen Seiten betrachten kannst.

Materialbedarf

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

Für diesen Versuch benötigst Du wieder ein Smartphone zum Abspielen eines Videos. Dazu benötigst du eine transparente Pyramide ohne Spitze. Diese kannst du schnell und einfach selbst bauen. Dazu benötigst Du nur die in Abb. 3 dargestellten Materialien.

Aufbau

Zunächst zeichnest du die Schnittvorlage (siehe Abb.4) auf die Overheadfolie. Wenn Du beim Zeichen kariertes Papier unterlegst, ist das Messen der Längen dabei ganz einfach. Danach schneidest du die vier Trapeze aus und legst sie mit den schrägen Seiten aneinader. Nun klebst du die Trapeze an den drei Stellen, wo die Seiten aneinanderliegen, 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 ist. Die Folie reflektiert einen Teil des von unten kommenden Lichtes des Smartphone-Displays. Da für die Richtung der Reflexion das Reflexionsgesetz gilt, fällt das reflektierte Licht ins Auge des seitlich positionierten Beobachters. Wie bei der Bildentstehung am Spiegel, sieht es nun für den Betrachter so aus, als würde das Licht von hinter der reflektierenden Oberfläche ausgehen. Du nimmst 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.

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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