Wie wir sehen: Lichtquellen, Sender und Empfänger

Einstieg

In einem völlig dunklen Raum siehst du nichts, auch nicht dein Buch, das direkt vor dir liegt. Schaltest du eine Lampe ein, siehst du die Lampe und plötzlich auch das Buch. Dabei leuchtet das Buch gar nicht selbst. Wie kommt die Information „Hier liegt ein Buch“ in dein Auge?

Erklärung

Lichtquellen und beleuchtete Körper

• Lichtquellen senden selbst Licht aus: die Sonne, eine Kerzenflamme, eine Lampe, ein Bildschirm, ein Glühwürmchen.
• Beleuchtete Körper leuchten nicht selbst. Wir sehen sie nur, wenn Licht auf sie fällt und ein Teil davon in unser Auge gelangt: ein Buch, der Mond, eine Wand, dein Gesicht im Spiegel.

Der Mond ist keine Lichtquelle. Er wird von der Sonne beleuchtet und wirft einen Teil des Lichts zu uns.

Sehen: Sender und Empfänger

Um etwas zu sehen, braucht man einen Sender und einen Empfänger.

• Der Sender ist eine Lichtquelle oder ein beleuchteter Körper. Er sendet Licht in alle Richtungen aus.
• Der Empfänger ist das Auge. Wir sehen einen Gegenstand nur, wenn Licht von ihm in unser Auge fällt.

Aus dem Auge kommt kein Licht heraus. Der Blick „trifft“ nichts, auch wenn wir im Alltag so sprechen. Darum siehst du im Dunkeln nichts, obwohl deine Augen offen sind.

Licht breitet sich geradlinig aus

Halte eine Pappe mit einem kleinen Loch vor eine Lampe in einem abgedunkelten Raum. Mit etwas Kreidestaub oder Nebel siehst du einen geraden hellen Streifen. Licht breitet sich in einem Stoff wie Luft geradlinig aus. Es läuft nicht um Ecken.

Den hellen Streifen nennt man Lichtbündel. Wird das Bündel durch eine sehr enge Blende immer schmaler, kommt man zum Lichtstrahl. Einen Lichtstrahl gibt es in Wirklichkeit nicht, er ist ein Modell: eine gerade Linie mit Pfeil, die zeigt, in welche Richtung sich Licht ausbreitet. In Zeichnungen arbeiten wir mit diesem Modell.

Licht ist sehr schnell. In Luft legt es in einer Sekunde rund 300 000 km zurück. Das Licht der Sonne braucht bis zur Erde etwa 8 Minuten.

Schatten

Weil sich Licht geradlinig ausbreitet, entsteht hinter einem lichtundurchlässigen Körper ein Schatten: ein Raum, in den kein Licht der Lichtquelle gelangt. Die Grenzen des Schattens findest du, indem du von der Lichtquelle gerade Linien an den Rändern des Körpers vorbei zeichnest.

Beispiele

Beispiel 1: Warum siehst du den Mond?

Die Sonne (Sender) beleuchtet den Mond. Der Mond wirft einen Teil dieses Lichts in alle Richtungen zurück, auch zur Erde. Dieses Licht fällt in dein Auge (Empfänger). Die Kette lautet: Sonne → Mond → Auge.

Beispiel 2: Das Schlüsselloch

Durch ein Schlüsselloch siehst du nur einen kleinen Teil des Zimmers dahinter. Licht von den Gegenständen im Zimmer gelangt nur auf geraden Wegen durch das Loch in dein Auge. Gehst du näher heran, siehst du mehr, weil mehr gerade Wege durch das Loch in dein Auge führen.

Beispiel 3: Die Schattenlänge zeichnen

Eine Lampe hängt 2 m über dem Boden. Ein Ball liegt darunter, etwas zur Seite. Zeichne eine gerade Linie von der Lampe am oberen Rand des Balls vorbei bis zum Boden. Dort, wo sie auf den Boden trifft, endet der Schatten. Hängt die Lampe tiefer, wird der Schatten länger.

Merksatz

Wir sehen einen Gegenstand nur, wenn Licht von ihm in unser Auge fällt. Lichtquellen senden selbst Licht aus, beleuchtete Körper werfen Licht zurück. Licht breitet sich geradlinig aus. Der Lichtstrahl ist ein Modell für die Richtung, in der sich Licht ausbreitet.

Übungen

Grundlagen

1. Ordne zu, ob Lichtquelle oder beleuchteter Körper: Sonne, Mond, Fahrradreflektor, Taschenlampe, Tafel, Handydisplay.
2. Beschreibe mit Sender und Empfänger, wie du eine Tafel siehst.
3. Nenne eine Beobachtung, die zeigt, dass sich Licht geradlinig ausbreitet.

Weiter

4. Paul sagt: „Katzen können in völliger Dunkelheit sehen.“ Nimm Stellung mit dem Sender-Empfänger-Modell.
5. Ein Fahrradreflektor leuchtet in der Nacht hell auf, wenn ein Auto ihn anstrahlt. Erkläre, warum er trotzdem keine Lichtquelle ist.
6. Erkläre den Unterschied zwischen einem Lichtbündel und einem Lichtstrahl.

Knobeln

7. Das Licht der Sonne braucht bis zur Erde etwa 8 Minuten. Was bedeutet das für die Sonne, die du am Himmel siehst? (Schau nie direkt in die Sonne, das schädigt die Augen.)
8. Zeichne, wie lang der Schatten eines 1 m hohen Stabes ist, wenn eine Lampe 3 m hoch direkt über einem Punkt hängt, der 1 m vom Stab entfernt ist. Arbeite im Maßstab 1 m ≙ 2 cm.

Lösungen

1. Lichtquellen: Sonne, Taschenlampe, Handydisplay. Beleuchtete Körper: Mond, Fahrradreflektor, Tafel.
2. Eine Lampe oder das Tageslicht beleuchtet die Tafel. Die Tafel (Sender) wirft einen Teil des Lichts zurück, unter anderem in dein Auge (Empfänger).
3. Zum Beispiel: Ein Lichtbündel im Nebel ist gerade. Hinter Gegenständen entstehen Schatten mit scharfen Rändern. Durch ein gebogenes Rohr sieht man das Licht nicht.
4. Die Aussage ist falsch. Auch Katzen brauchen Licht, das von den Gegenständen in ihre Augen fällt. Katzen kommen mit viel weniger Licht aus als Menschen, aber in völliger Dunkelheit sehen auch sie nichts.
5. Der Reflektor sendet kein eigenes Licht aus. Er wirft nur das Licht der Autoscheinwerfer zurück, und zwar besonders stark in Richtung des Autos. Ohne angestrahlt zu werden, bleibt er dunkel.
6. Ein Lichtbündel ist ein echtes, begrenztes Bündel Licht, das man im Nebel sehen kann. Ein Lichtstrahl ist ein gedachtes, unendlich dünnes Bündel. Man zeichnet ihn als Linie mit Pfeil, um die Ausbreitungsrichtung zu zeigen.
7. Du siehst die Sonne so, wie sie vor etwa 8 Minuten war, denn so lange war das Licht unterwegs.
8. Die gerade Linie von der Lampe (3 m hoch) über die Stabspitze (1 m hoch, 1 m weiter) sinkt auf 1 m Strecke um 2 m. Bis zum Boden fehlt ihr hinter dem Stab noch 1 m Höhe, dafür braucht sie 0,5 m Strecke. Der Schatten ist 0,5 m lang, in der Zeichnung 1 cm.