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Versuche

Abschlussball (CK-12-Simulation)

Das Ziel der Simulation

Mit der CK-12-Simulation 'Abschlussball' kannst du

  • Strahlengänge untersuchen
  • den Einfluss von Größe und Entfernung des Spiegels auf das Spiegelbild untersuchen

Wann sieht man seinen ganzen Körper im Spiegel?

Sicherlich kennst du das Problem: Du willst dein neues Outfit im Spiegel betrachten, aber manchmal ist es gar nicht so einfach, sich komplett im Spiegel zu sehen. Kann tatsächlich mehr von sich im Spiegel sehen, wenn man näher herangeht oder sich weiter weg stellt?

Schau dir das Video an und achte darauf, wie viel vom Bild des Mannes im Spiegel sichtbar ist, wenn er weit weg oder ganz nah am Spiegel ist.

Beobachtung

Ist der Spiegel zu klein hilft es auch nichts, wenn man weiter vom Spiegel weg oder näher an ihn herangeht - der sichtbare Bildausschnitt bleibt immer gleich.

Warum das so ist, kannst du mit der CK12-Simulation 'Abschlussball' untersuchen.

Die Simulation kurz erklärt

Abb. 1 Übersicht über die Bedienelemente der Simulation.

Hinweis: Die Simulation wird in einigen Browsern nicht in einem neuen Tab, sondern im Vollbildmodus dargestellt. Wenn du also die Aufgaben bearbeiten und gleichzeitig mit der Simulation arbeiten möchtest, solltest du die Aufgaben und die Simulation auf zwei verschiedenen Geräten aufrufen.

Hier geht es zur Simulation

Abb. 2 Wie groß muss ein Spiegel sein, damit man seinen ganzen Körper darin sehen kann?
Aufgaben
Aufgabe
1. Strahlengänge mithilfe der Simulation untersuchen

Starte die Simulation und probiere verschiedene Spiegelgrößen und Entfernungen aus. Beobachte dabei die angezeigten Wege der Lichtstrahlen, die vom Körper des Mannes ausgehen.

Abb. 3 Zwei denkbare Strahlengänge am Spiegel.

a) Bestimme, wie lang der Spiegel mindestens sein muss, damit der Mann seine Füße im Spiegel betrachten kann.

b) Woran kannst du in der Simulation erkennen, ob der Mann seine Füße sehen kann oder nicht? Erläutere dies anhand der dargestellten Strahlengänge.

c) In Abb. 3 sind zwei denkbare Strahlenverläufe vom Schuh des Mannes ausgehend eingezeichnet. Beurteile, ob diese Strahlenverläufe beide physikalisch richtig sind.

Lösungsvorschläge

Lösung

a) Der Spiegel muss midestens \(4\,\rm{ft}\) lang sein.

b) Damit der Mann seine Füße im Spiegel sehen kann, muss ein Lichtstrahl von den Füßen auf den Spiegel treffen und von dort in sein Auge gelangen können.

c) Lichtstrahlen weren am Spiegel immer im selben Winkel zurückgeworfen, in dem sie auf den Spiegel treffen. Dieser Zusammenhang ist als Reflexionsgesetz bekannt.  Daher kann der Lichtstrahl  B nicht unter dem eingezeichneten Winkel reflektiert werden und auch nicht ins Auge des Mannes treffen.

Aufgabe
2. Welchen Einfluss hat die Spiegelgröße?
Abb. 4 Mann vor einem kleinen und einem großen Spiegel.

Die zwei Bilder in Abb. 4 zeigen das Spiegelbild des Mannes und einige Lichtstrahlen bei zwei verschieden großen Spiegeln.

Vergleiche die zwei Bilder und erläutere anhand der gezeigten Lichtstrahlen die Größe des Bildausschnitts.

Lösung

Wenn der Spiegel größer ist, können auch Lichtstrahlen von weiter unten im richtigen Winkel auf die Spiegeloberfläche treffen und ins Auge des Mannes gelangen. Daher kann der Mann mit einem größeren Spiegel mehr sehen.

3. Warum spielt die Entfernung zum Spiegel keine Rolle?

Beobachte nun, was passiert, wenn du in der Simulation verschiedene Entfernungen zum Spiegel einstellst.

a) Ergänze mit deinen Beobachtungen den folgenden Text:

Aufgabe

b) Erkläre anhand dieser Beobachtung, warum die Entfernung zum Spiegel keine Rolle spielt. Die Skizze in Abb. 5 kann dir dabei helfen.

Abb. 5 Mann in zwei verschiedenen Entfernungen zum Spiegel.

Lösung

b.) Die Konstruktion der Strahlen liefert sowohl für große als auch für kleine Entfernungen zum Spiegel dasselbe Ergebnis, weil sich Einfalls- und Ausfallswinkel der Lichtstrahlen immer im gleichen Maße ändern: 

Steht der Mann nah am Spiegel ist der Winkel zu flach und der Strahl läuft über ihn hinweg.

Steht der Mann weiter vom Spiegel weg, ist der Winkel zwar spitzer. Da der Strahl aber auch bis zur Position des Mannes einen weiteren Weg zurücklegen muss, hat er an der Position des Mannes wieder exakt die gleihe Höhe erreicht wie vorher. Daher hilft nur ein größerer Spiegel, wenn man sich komplett darin sehen möchte.