Licht und Finsternis: Experimente mit Licht, Schatten, Lupen und Spiegeln
Abschnittsübersicht
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In diesem Kurs "Licht und Finsternis: Experimente mit Licht, Schatten, Lupen und Spiegeln" werden wir verschiedene Experimente zum Thema Licht und Schatten, mit Lupen und Spiegeln ausprobieren. Wir werden zum einen die Experimente aus der Box aufbauen und durchführen, aber auch andere Experimente kennenlernen.
Kursdauer: 19.04.-07.06.2024
Die Videokonferenz dazu findet immer freitags von 17-18 Uhr statt. In den Ferien und am Brückentag machen wir eine Pause, so dass wir 6 experimentelle Freitage erleben werden.
Die einzelnen Kurstermine sind: 19.04., 26.04., 03.05., 17.05., 31.05. und 07.06.2024Microsoft Teams
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Besprechungs-ID: 396 684 499 95
Kennung: GVRgHr
Vorstellung
Mein Name ist Katrin Gerling und ich bin eure Trainerin in diesem Kurs der Webakademie. Ich habe in Magdeburg Ingenieurinformatik studiert und habe anschließend als Softwareentwicklerin gearbeitet. Seit meiner Studienzeit gebe ich Kurse zum Thema Robotik und Programmieren und betreue Teams in der Vorbereitung auf Robotik-Wettbewerbe.
Fragen & Antworten
Wenn Du während des Kurses Fragen haben solltest, kannst du mir gern eine Nachricht schicken über die Sprechblase (Mitteilungen). Ich werde dir so schnell wie möglich antworten. Oder nutze die Zeit in der Videokonferenz zum Fragen.
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Schatten allgemein
Schatten fallen sehr verschieden aus, wegen:- Art des Lichtes
- Je nach Gegenstand/Objekt, der/das einen Schatten wirft
- Abstand, Lage und Beschaffenheit der Fläche, auf der der Schatten zu sehen ist
Voraussetzung für interessante Schattenbilder:- Konzentriertes Licht: Sonne, Diaprojektor, Beamer, Halogenspot, Taschenlampe oder Kerze
- Weniger geeignet: Röhrenlampen, große und matte Glühbirnen, Tageslicht ohne direkte Sonne oder indirekte Beleuchtung
Der Bereich auf dem der Schatten auftrifft wird Schirm genannt. -
Schatten im Sonnenlicht
Beobachte den Schatten deiner Hand im Sonnenlicht:- Er bleibt immer gleich groß
- Entfernung zum Schirm egal
- Mit zunehmendem Abstand zwischen Hand und Schirm -> Schatten unscharf
- Schirm steht schräg zur Sonne -> Schatten größer
- Objekt schräg zur Sonne -> Schatten kleiner
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Schatten im Kerzenlicht
S
- Gebraucht wird: dunkles Zimmer, Spielmännchen, Schachteldeckel/-boden, weißes Papier, Teelicht und Erwachsener mit Streichhölzern oder Feuerzeug
- Stelle Schachteldeckel, Spielmännchen und Kerze in einer Reihe auf.
- Bewege die einzelnen Objekte nacheinander
- Was kannst du alles feststellen?
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Schatten von mehreren Lichtquellen
- Bei mehreren Lichtquellen teilt der Schatten sich in Halbschatten und Kernschatten auf.
- Im Halbschatten gibt es immer noch Licht.
- Im Kernschatten ist kein Licht vorhanden.
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Schatten einer Kerze
- Gebraucht wird: dunkles Zimmer, Spielmännchen, Schachteldeckel/-boden, weißes Papier, Taschenlampe, Teelicht und Erwachsener mit Streichhölzern oder Feuerzeug
- Mit Taschenlampe auf die Kerze leuchten.
- Der Schatten zeigt die Kerze und den Docht, Flamme ist auch sichtbar.
- Man sieht Schatten der heißen Luft. Das kommt vom Ruß.
- Bei genauem Hinschauen ist auch die heiße Luft über der Flamme sichtbar.
- Heiße Luft hat andere optische Eigenschaften als kalte Luft.
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Schatten von Objekten
- Du brauchst eine Lichtquelle (z.B. Taschenlampe) und Gegenstände aus der Box
- Was können wir bei den verschiedenen Schatten feststellen?
Der Untergrund auf den ein Schatten fällt, kann die Wahrnehmung verändern. Auf der Treppe ist der Schatten verzerrt. Der Schatten eines Rings in einem Buch wird zu einem Herz.
Probiere es gleich einmal selbst aus! -
Schatten verändern
- Schatten verändern die Umgebung
- Beobachte, wie sich die Schatten in einem dunklen Zimmer verändern, wenn du mit einer Kerze durch das Zimmer gehst.
- In früheren Jahrhunderten ohne elektrisches Licht glaubten Menschen gerne an Gespenster.
Wie verändern Schatten Gesichter? -
Schattentheater
- Es braucht eine Geschichte.
- Für Schattenfiguren mit Händen braucht es viel Übung.
- Schattentheater mit Papierfiguren.
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Schatten von Papierfiguren
Experiment:Du brauchst eine Glasscheibe, Papier (das gelbe aus der Experimentierbox), etwas Feuchtigkeit und Sonnenlicht.Schneide dir verschiedene eckige Formen zurecht und befestige sie mit etwas Feuchtigkeit an der Glasscheibe.Beobachte die Schatten.
Die Schatten dieser Papierstückchen werden im Sonnenlicht rasch unscharf und kreisrund. Die Formen im Schatten kann man bei größerer Entfernung kaum noch unterscheiden.
Im Licht einer Röhrenlampe werden alle Schatten länglich.
Also nimmt der Schatten die Form der Lichtquelle an.
Wenn du diesen Versuch bei einer partiellen Sonnenfinsternis, bekommst du also ein Abbild der jeweiligen Lichtquelle auf ein Papier. So kannst du eine solche Sonnenfinsternis beobachten, wenn sich der Mond langsam vor die Sonne schiebt, ohne selbst in die Sonne schauen zu müssen (was man ja auch nicht machen soll, wegen Erblindungsgefahr!).
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Lichtreflexe
Mit Lichtreflexen sind die Helligkeiten gemeint, die du in, an und in der Umgebung der Gegenstände und in deren Schatten siehst.Sieh dir die durchsichtigen Objekte aus deinem Kasten noch einmal genau an und achte dieses Mal auf die Lichtreflexe.
Lichtreflexe der Glasmurmel
Lichtreflexe auf/in der Linse
Lichtreflexe der Dose
Lichtreflexe der Glasscheibe
Lichtreflexe im Schatten der Linse
Lichtreflexe der Schusterkugel
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Dia mit Schlitz
Experiment:Lege ein Papier in das Dia und mache einen Schlitz in das Papier rein.Hältst du das Dia vor dein Auge und schaust damit auf ein Fenster mit Sprossenkanten, sind die Sprossen parallel zum Schlitz unscharf. Die anderen Kanten sind scharf.Führe nun das Dia mit dem Schlitz an eine Lichtquelle. Der Schlitz erscheint viel breiter.
Ähnliches Phänomen bei einem Messer über einer Kerze. Es sieht aus als wäre an dieser Stelle eine Kerbe drin.Bitte nicht nach machen, oder nur unter Aufsicht eines Erwachsenen!
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Schusterkugel
(Quelle: Von Hans Rüger, 1868 - 1907 - Die Gartenlaube, Sammelband 1903, S. 697, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8348107)Die Schusterkugel (auch Schusterlampe) ist ein mit Wasser gefüllter farbloser Glas-Kolben in Kugelform, der von Handwerkern insbesondere vor der Einführung elektrischer Lichtquellen benutzt wurde, um diffuses Licht der Sonne, einer Gas- oder Öllampe wie mit einer Sammellinse zu fokussieren und so den Arbeitsplatz besser auszuleuchten. Auf diese Weise konnten auch die lichtschwachen Stunden des Tages während der Dämmerung zur Arbeit genutzt werden. Neben dem Fokussieren war das Filtern der Wärmestrahlung der Lichtquelle ein erwünschter Effekt der Schusterkugel. So konnte man mit temperaturempfindlichen Materialien nah an einer starken Lichtquelle arbeiten.
Experiment:
- gläserne Kugel mit Wasser füllen.
- Sie dient nun auch der Vergrößerung von Schrift.
- Bei ausgestrecktem Arm steht die Welt auch Kopf.
- Sie konzentriert Lampenlicht auf einen sehr hellen Lichtpunkt direkt hinter der Glaskugel.
Mit einer wassergefüllten Glaskugel haben Schuster früher das schwache Licht einer Petroleumlampe auf die zu bearbeitende Sohle konzentriert.Daher der Name Schusterkugel.
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Spiegelbilder
Welche Seiten des Würfels sehe ich im Spiegel? Vervollständige das Spiegelbild!
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Spieglein, Spieglein, bin ich alleine?
- Nimm 2 Spiegel und stelle sie in ca. 90° Winkel (rechtem Winkel) zueinander auf.
- Lege einen Stift oder einen länglichen Gegenstand zwischen die Spiegel
- Was für ein Bild entsteht durch die Spiegel?
- Was passiert, wenn man die Spiegelposition ändert?
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Kaleidoskop
Im Kaleidoskop steckt innen eine drei- oder viereckige Röhre aus Spiegeln. In dieser werden die farbigen Teilchen am Röhrenende reflektiert und bilden ein symmetrisches Muster, das sich verändert, sobald sich die Teilchen bewegen.
Experiment:Baue dir mit den 3 Spiegeln aus der Experimentierbox ein Kaleidoskop.Positioniere die 3 Spiegel so, dass sie ein Dreieck ergeben mit der Spiegelseite zueinander.Lege die Spiegelkugel und andere Objekte hinein. Bewege die Objekte und sie wie sich die Spiegelbilder verändern.Bastelanleitung für ein Kaleidoskop: https://www.geo.de/geolino/basteln/4410-rtkl-bastelanleitung-so-bastelt-ihr-ein-kaleidosko
(Hier wird noch zusätzliches Material benötigt.)
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Symmetrie
Symmetrie ist eine geometrische Eigenschaft. Schau dir dazu gleich mal das Dreieck an:Spiegelst du die Seiten an der blauen Linie, erhältst du wieder das gleiche Dreieck. Du kannst nämlich einfach die eine Seite an der blauen Linie auf die andere Seite falten. Dann liegen die Seiten genau übereinander. Die Figur ist also symmetrisch!Merke dir: Wenn du etwas so spiegeln, drehen oder verschieben kannst, dass es wieder genau auf sich selbst abgebildet wird, sprichst du von Symmetrie.
Erstmal unterscheidest du, ob etwas in sich oder zueinander symmetrisch ist. Das Dreieck zuvor ist in sich symmetrisch, da du es an der Spiegelachse übereinander klappen kannst. Aber was passiert, wenn du noch ein Dreieck daneben legst?
Diese Dreiecke sind zueinander symmetrisch, weil man sie an der blauen Linie spiegeln kann.
Was ist achsensymmetrisch? Die Achsensymmetrie hast du jetzt schon kennengelernt. Wenn du etwas an einer bestimmten Spiegelachse wieder in sich oder zueinander abbilden kannst, handelt es sich um Achsensymmetrie. Ein Quadrat hat zum Beispiel ganze 4 Symmetrieachsen!
Du kannst es an der Senkrechten, Horizontalen oder an den Diagonalen spiegeln.
Es gibt noch weitere Symmetrien, die aber hier nur mit Namen erwähnt werden, da wir sie nicht anwenden. Punktsymmetrie, Drehsymmetrie, Asymmetrie.
Weitere Informationen findet man z.B. unter: https://studyflix.de/mathematik/symmetrie-3908
Experiment:Schreibe das Alphabet in großen Druckbuchstaben auf oder nutze einen Spiegel am Bildschirm..Findest du die Symmetrieachse bzw. Spiegelachse in den Buchstaben?
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Spiegelschrift
Spiegelschrift entsteht ein einer Symmetrieachse.
Auf Feuerwehrautos oder Krankenwagen sieht die Beschriftung auf den Autos oft in Spiegelschrift.Hast du eine Idee, warum das so ist?
Im folgenden Bild sehen wir Spiegelschrift. Nimm einen Spiegel und versuche das Wort im Spiegel zu lesen.
Ist das Wort richtig oder falsch geschrieben?
Versuche mal etwas in Spiegelschrift zu schreiben, stelle dir dafür einen Spiegel neben oder vor dein Blatt. -
Glasscheibe als Kopierhilfe
Eine Glasscheibe kann als Spiegel genutzt werden. Dabei sollten die Lichtverhältnisse so sein, dass die Glasscheibe auch spiegelt.Da man hindurchblicken kann, kann man die Spiegelung auf einem Blatt Papier nachzeichnen und somit gespiegelt kopieren.
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2 Bilder in einem?
Was siehst du?
Spoiler: Es kann eine Kelch/Vase sein oder 2 Gesichter, die sich ansehen.
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Illusion
- Linien scheinen nicht parallel
- Schwarze und weiße Kästen scheinen nicht gleich groß
- Täuschung entsteht durch Anordnung der Kästchen -> Man nimmt die Kontraste auf diesem Bild stärker wahr als die Linien, deshalb scheinen sie sich zu biegen.
Der Kreis in der Mitte lässt vermuten, dass es unterschiedliche Ebenen sind und das der Kreis sich bewegt. Und das nur weil das schwarz-weiß Muster um 90° gedreht ist.
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Bewegungsillusion
- Einige Muster scheinen sich zu bewegen, obwohl sie in Wirklichkeit stillstehen
- Dieser Effekt kommt durch weiße und schwarze Umrandung der Figuren zustande. Sie bilden Kontraste innerhalb des Bildes.
- Das Bild selbst verrät aber nicht, welche der abgebildeten Formen weiter vorne oder hinten liegen sollen.
- Deshalb versucht das Gehirn, die Kontraste zu interpretieren und den Formen einen räumlichen Platz zuzuordnen.
- Dadurch kommt die scheinbare Bewegung zustande, vor allem, wenn der Blick hin und her schweift.
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Unendlichkeit - Infinity
Diese Art von Bildern rufen eine Unendlichkeit hervor, die man nur in der digitalen Welt umsetzen kann.
Sieh dir die Bilder genau an und prüfe, was in die Tiefe geht, und was hervor kommt!
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Ames Raum
Ein Ames Raum ist ein schiefer Raum, dessen Wände und Texturen verzerrt sind, um verschiedene optische Täuschungen hervorzurufen.Schaue dir dazu ein Video an, dass du im folgenden Link findest:
Baue dir mit der folgenden Bastelanleitung doch einen eigenen Ames Raum. -
