Der weiße SchattenBisher war nur der Schatten einer annähernd punktförmigen Lichtquelle Gegenstand unserer Betrachtungen. Mit dieser Einheit wird begonnen, weitere Schatten zu untersuchen.
Als besonders spektakuläre Einführung dient uns ein Demoexperiment zum weißen Schatten. Dafür wird ein Würfel aus Kantenholz aufgehängt und mit der bisher genutzten Punktlichtquelle beleuchtet. Der bekannte schwarze Schatten des Würfels ist auf der Projektionsfläche zu sehen. Nun wird die Punktlichtquelle durch eine waagerecht aufgestellte, möglichst lange Stableuchte ersetzt. Umittelbar vor der Leuchte wird mittig ein schmaler Schattengeber eingebracht. Die Breite dieses Schattengebers richtet sich nach der Breite des Kantenholzes aus dem der Würfel besteht und der Entfernung dieses Würfels zur Leuchte. So sollte der Schattengeber in Sichtlinie Wand-Würfel-Schattengeber gerade noch von einem Kantenholz abgedeckt werden können.
Mit den Schülern wird anschließend diskutiert, wie es wohl zu dem weißen Schatten kommen könnte. Dazu werden die Versuchsaufbauten, die zum weißen und zum schwarzen Schatten führen genauer untersucht und verglichen. Es fällt sofort auf, dass man einerseits eine Punktlichquelle für den schwarzen Schatten benötigt und eine Stableuchte für den weißen. Die Funktion des kleinen Schattengebers vor der Stableuchte ist vorerst unklar.
Einige Schüler werden gebeten, sich die Lampe aus Sicht der Projektionsfläche anzuschauen. Im Falle der Punktleuchte ist außerhalb des Schattens die gesamte Lichtquelle zu sehen, im Schattenbereich nichts von derselben. Von aussen betrachtet ergibt sich unteres Bild 1. Das Prinzip AmeiseDas Arbeitsblatt wird intensiv mit Hilfe ein OH-Folie besprochen. Der Aufgabenteil zur ausgedehnten Lichtquelle wirft wahrscheinlich einige Probleme auf, die jedoch gemeinsam gelöst werden kann. So wird zur Bestimmung des Blickfeldes der imaginären Ameise möglicherweise oftmals nur eine Hilfslinie eingezeichnet, die für die Lösung dieses Aufgabenteils aber nicht ausreichend ist. Es folgte der erste Schülerversuch. Das zugehörige Arbeitsblatt leitet die Schüler dazu an, sich intensiver mit der Entstehung der Übergangsschatten (dieser Begriff wird zu diesem Zeitpunkt noch nicht eingeführt) auseinanderzusetzen:
Was würde nun eine Ameise von der Lichtquelle sehen, wenn es sich an der Projektionsfläche entlang bewegt? Erklärung des weißen Schattens
Im Grunde ist der weiße Schatten mit den bisher erlangten Mitteln, insbesondere dem Prinzip Ameise, ein nicht allzu großes Problem. Wieder wird ein Schüler nach vorne in den Schattenraum des zuvor aufgebauten Experiments zum weißen Schattens gebeten. Diesmal wird anstelle des relativ komplizierten Würfels der Schüler selber als Schattengeber missbraucht. Besonders schöne Bilder ergeben sich, wenn der Schüler seine Arme austreckt und die Abdeckung vor der Lampe hin- und her bewegt wird. Befindet sich der Schüler etwas links (Bild 1) bzw. rechts (Bild 3) von der Mitte, sieht er sowohl den Schattengeber, als auch die Abdeckung vor der Lampe. Bewegt er sich weiter in die Mitte, überdecken sich beide, er kann mehr von der Lampe sehen, was bedeutet, dass es dort heller ist als in den Bereichen drumherum. Demzufolge ist eine Stablampe und die Abdeckung für dieses Experiment unentbehrlich. Man erkennt außerdem, dass vom Ort der Bildentstehung aus gesehen beide die gleiche Größe haben sollten. Verschiedene Schattenformen
Das Aussehen eines Schattens hängt unmittelbar mit der dazugehörigen Lichtquelle zusammenhägt. In dieser Einheit wird diese Erkenntnis auf die Spitze getrieben mit dem Ziel, die Form einer Lichtquelle nur anhand des Schattens vorauszusagen. Neben der bekannten Punkt- und Stableuchte kommt eine Ringleuchte zum Einsatz, die vor den Schülern versteckt gehalten wird. Die Lochkamera
Der Schritt zur Lochkamera ist nach der letzten Einheit ein kleiner: Man hat festgestellt, dass der Schatten die Form der Lichtquelle wiedergibt. Unsere Umwelt besteht aus vielen Lichtquellen, denn ein Baum reflektiert das Sonnenlicht und kann für den Beobachter als solche interpretiert werden. Das Prinzip der Lochkamera baut darauf auf. Ein drehbares Gelenk wird am Lehrerpult befestigt, das als Halterung für einen langen Stab dient. Auf der Spitze dieses Stabes steckt ein Schwamm, der sich in erreichbarer Nähe zur Tafel befindet. Aufgabe eines Schülers ist nun, mit verbundenen Augen und dem Stab ein großes "L" an die Tafel zu malen. Im Idealfall sollte auf der Tafel ein auf dem Kopf stehendes, seitenverkehrtes "L" erscheinen. Es kann vorkommen, dass die Schüler bereits einen Schritt weiter denken und den Stab so führen, dass tatsächlich ein richtiges "L" auf der Tafel entsteht. Der Zweck der Übung kann aber auch in diesem Fall in einer Diskussion geklärt werden. Basteln einer LochkameraFür eine kleine Lochkamera für jeden der Schüler werden folgende Materialien benötigt:
Die kleinere Rolle wird auf ein Stück Pergamentpapier gestellt, und der Umfang mit einem Stift übertragen. Dieser Kreis wird sternförmig aus dem Papier herausgeschnitten (das werden die Klebelaschen) und über die eine Öffnung der kleineren Röhre geklebt. Das Ende der anderen Röhre wird mit dem Klebeband großzügig zugeklebt und mit einem kleinen Loch versehen. Nun steckt man beide Röhren so ineinander, dass man in die kleinere Röhre hineinsehen kann, ohne das Licht in den Sichtraum fällt. Fertig ist die Lochkamera! Zum Abschluss wird der Schulhof mit den Schülern und der Kamera entdeckt. |