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Lichtausbreitung und Schatten

Warum das Modell des Lichtstrahls so trägt — und warum aus ihm sofort Kern- und Halbschatten folgen.

1 Erklärung

Das Modell des Lichtstrahls

Licht läuft in einem gleichmäßigen Stoff geradlinig — darauf ruht die gesamte geometrische Optik.

  • Homogenes Medium:Überall gleich beschaffen (Luft, Wasser, Glas). Nur dort breitet sich Licht geradlinig aus.
  • Lichtstrahl:Kein Objekt, sondern ein Modell: die gedachte Achse eines sehr dünnen Lichtbündels.
  • Lichtbündel:Reale Quellen senden immer Bündel aus; einzelne Strahlen zeichnen wir, um den Weg zu konstruieren.
  • Sehen:Ein Gegenstand ist nur sichtbar, wenn Licht von ihm in unser Auge gelangt.
  • Zwei Fälle:Entweder der Körper leuchtet selbst oder er wirft Licht diffus zurück.
  • Zeichenrichtung:Den Strahlengang immer vom Gegenstand zum Auge zeichnen, nie umgekehrt.
2 Erklärung

Kern- und Halbschatten

Hinter einem undurchsichtigen Körper bleibt ein Raum ohne Licht — seine Form folgt direkt aus der geradlinigen Ausbreitung.

  • Schatten:Der nicht beleuchtete Raum hinter dem Körper.
  • Schattengrenze:Die Verlängerung der Strahlen, die den Körper gerade noch streifen.
  • Punktförmige Quelle:Ein einziger, scharf begrenzter Kernschatten.
  • Ausgedehnte Quelle:Um den Kernschatten legt sich ein Halbschatten, der nach außen heller wird.
  • Kernschatten:Die Lichtquelle ist vollständig verdeckt — dort kommt kein Licht an.
  • Halbschatten:Nur ein Teil der Quelle ist verdeckt, der Rest leuchtet weiter.
Merke

Schattenlänge — über Strahlensätze:

S : G = e : d

G: Höhe des Körpers.

S: Höhe des Schattens auf dem Schirm.

d, e: Abstand der Lichtquelle vom Körper bzw. vom Schirm.

: Lichtquelle, Körperkante und Schattenkante liegen auf einer Geraden — Körper und Schatten sind zentrisch ähnlich.

Schatten selbst erzeugen

Lichtquelle und Hindernis stehen frei auf der Simulationsfläche; Kern- und Halbschatten auf dem Schirm verändern sich mit ihrer Lage. Ziehe Lichtquelle und Hindernis und wähle die Art der Quelle.

Kern- und Halbschatten

Pfeiltasten verschieben das Hindernis, Umschalt und Pfeiltasten verschieben die Lichtquelle.

Halte fest: Erst mit einer ausgedehnten Quelle taucht der weiche Halbschatten-Rand auf.

3 Hinweise

Hinweise

Drei Stellen, an denen es bei Schattenaufgaben regelmäßig klemmt:

Unscharfer Rand ist Halbschatten

Ein unscharfer Schattenrand ist kein verwaschenes Licht, sondern der Halbschatten: Dort ist die Quelle nur teilweise verdeckt.

Nur im homogenen Medium

Geradlinig gilt nur im homogenen Medium — an einer Grenzfläche knickt der Strahl ab.

Von der Lichtquelle aus messen

Beim Rechnen mit Strahlensätzen alle Abstände von der Lichtquelle aus messen, nicht vom Körper.

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