Licht und Schatten
In dieser Lektion lernst du, warum Licht sich geradlinig ausbreitet und wie dadurch Schatten entstehen. Du unterscheidest Kernschatten und Halbschatten und kannst erklären, warum manche Schatten scharfe und manche weiche Ränder haben.
- Fach: Physik
- Klasse 6
- Thema: Optik
- Dauer: 12 Min
- Niveau: Einfach
Warum es überhaupt Schatten gibt
Licht breitet sich von einer Quelle aus immer geradlinig aus. Du kannst dir das wie sehr dünne, gerade Striche vorstellen – in der Physik heißen sie Lichtstrahlen. Sie biegen nicht um Ecken und sie suchen sich keinen Weg an Hindernissen vorbei. Genau deshalb siehst du einen Sonnenstrahl in staubiger Luft als schnurgerade Linie und nicht als Bogen.
Wenn ein Körper im Weg steht, den das Licht nicht durchdringen kann, fehlt das Licht dahinter. Dieser unbeleuchtete Bereich ist der Schatten. Ein Schatten ist also nichts, was vom Gegenstand ausgeht – er ist einfach die Stelle, an die kein Licht gelangt. Das merkst du daran, dass ein Schatten sofort verschwindet, wenn du die Lampe ausschaltest, obwohl der Gegenstand noch da ist.
Wie der Schatten aussieht, hängt von der Lichtquelle ab. Eine sehr kleine Quelle wie eine einzelne LED wirkt fast wie ein Punkt und erzeugt einen Schatten mit scharfem Rand. Eine große oder flächige Quelle wie ein Fenster schickt von vielen verschiedenen Stellen Licht los. Dann gibt es Bereiche, die nur von einem Teil der Lampe beleuchtet werden. Solche Bereiche sind heller als der völlig dunkle Kern, aber dunkler als die Umgebung. Der Rand wird dadurch weich und verwaschen.
Ein typischer Fehler: Viele schreiben, der Schatten werde größer, weil der Gegenstand größer werde. Das ist falsch. Der Gegenstand bleibt gleich – der Schatten wächst, weil die Lichtstrahlen von der Quelle auseinanderlaufen. Schiebst du den Gegenstand näher an die Lampe, deckt er einen größeren Teil des Strahlenbündels ab, und der Schatten auf der Wand wird größer.
Kernschatten oder Halbschatten?
Bei einer ausgedehnten Lichtquelle entstehen zwei verschiedene Schattenbereiche. Der Unterschied liegt darin, wie viel von der Lichtquelle du von dieser Stelle aus noch sehen könntest.
Merke dir die Prüffrage: Stelle dich in Gedanken an den dunklen Punkt und schaue zur Lampe. Siehst du gar nichts von ihr, bist du im Kernschatten. Siehst du noch einen Teil, bist du im Halbschatten.
Kernschatten
An dieser Stelle wird die Lichtquelle vollständig vom Körper verdeckt. Es kommt überhaupt kein Licht an.
Beispiele
- Der tiefschwarze innere Bereich des Schattens deiner Hand an der Wand
- Der Schatten eines Balls vor einer einzelnen kleinen LED
Signalwörter
- völlig dunkel
- scharf begrenzt bei kleiner Lichtquelle
- von hier aus ist keine Stelle der Lampe sichtbar
- liegt immer in der Mitte des Schattens
Halbschatten
An dieser Stelle wird nur ein Teil der Lichtquelle verdeckt. Ein Teil des Lichts erreicht die Fläche noch.
Beispiele
- Der graue, weiche Rand um deinen Schatten an einem bewölkten Tag
- Der unscharfe Saum eines Schattens bei zwei Lampen im Raum
Signalwörter
- nur abgeschwächt, nicht völlig dunkel
- weicher, verwaschener Rand
- von hier aus ist ein Teil der Lampe sichtbar
- entsteht nur bei ausgedehnten oder mehreren Lichtquellen
- umgibt den Kernschatten ringförmig
Beispielrechnung
Eine kleine Lampe steht 30 cm vor einer Wand. Genau in der Mitte dazwischen hängt eine quadratische Pappe mit einer Kantenlänge von 4 cm. Wie breit ist der Schatten auf der Wand?
Gegeben:
- Abstand Lampe–Wand: 30 cm
- Abstand Lampe–Pappe: 15 cm
- Kantenlänge Pappe: 4 cm
Gesucht:
Breite des Schattens auf der WandLösung:
- Das Strahlenbündel läuft geradlinig auseinander. Schatten und Pappe wachsen im gleichen Verhältnis wie ihre Abstände zur Lampe.
- Streckfaktor30 cm15 cm
- Streckfaktor2
- Schattenbreite4 cm · 28 cm
Der Schatten auf der Wand ist 8 cm breit, also doppelt so breit wie die Pappe.
Jetzt bist du dran
Wie breitet sich Licht in Luft aus, wenn nichts im Weg ist?
Noch nicht. Licht breitet sich geradlinig aus. Nur deshalb haben Schatten überhaupt die Form des Gegenstands.
Das Wichtigste in Kürze
- Licht breitet sich geradlinig aus – deshalb entstehen Schatten.
- Ein Schatten ist der Bereich, in den kein Licht gelangt.
- Im Kernschatten ist die Lichtquelle völlig verdeckt, im Halbschatten nur teilweise.
- Punktförmige Quellen geben scharfe Ränder, ausgedehnte Quellen weiche.
- Der Schatten wird größer, weil die Strahlen auseinanderlaufen – nicht, weil der Gegenstand wächst.
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Das solltest du vorher können
- Lichtquellen und Lichtstrahlenin Arbeit
- Sehen und Gesehenwerdenin Arbeit
Das kommt als Nächstes
- Sonnen- und Mondfinsternisin Arbeit
- Reflexion am Spiegelin Arbeit