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Licht und Schatten einfach erklärt
Ein Schatten entsteht, wenn ein lichtundurchlässiger Gegenstand das Licht einer Quelle abschirmt. Weil sich Licht geradlinig ausbreitet, gelangt hinter dem Gegenstand kein direktes Licht oder nur ein Teil des Lichts hin.
Auf dieser Seite lernst du, Schatten zu erklären, mit Randstrahlen vorherzusagen und Kern-, Halb- sowie Übergangsschatten zu unterscheiden.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie entsteht ein Schatten?
Stell dir eine Lampe vor, die auf einen Schirm leuchtet. Hältst du einen lichtundurchlässigen Gegenstand dazwischen, blockiert er einen Teil des Lichts. Hinter ihm entsteht ein Bereich ohne direkte Beleuchtung.
Schatten
Ein Schatten ist ein Raum oder eine Fläche, die nicht direkt oder nur teilweise von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Der Raum hinter dem Gegenstand heißt auch Schattenraum. Das sichtbare Schattenbild erscheint zum Beispiel auf einer Wand oder einem Schirm.
Drei Dinge sind nötig:
- eine Lichtquelle,
- ein lichtundurchlässiger oder stark lichtschwächender Gegenstand,
- ein Bereich hinter dem Gegenstand, den das direkte Licht nicht erreicht.
In einem wirklichen Raum ist ein Schatten oft nicht völlig schwarz. Licht kann von Wänden oder anderen Gegenständen in den Schatten gestreut werden. Entscheidend ist: Dort fehlt das direkte Licht der abgeschirmten Quelle.
Eine kleine Lampe beleuchtet eine weiße Wand. Du hältst einen Bleistift zwischen Lampe und Wand. Der Bleistift blockiert einige Lichtstrahlen. Auf der Wand erscheint deshalb sein Schattenbild.
Der Schatten entsteht nicht, weil der Bleistift selbst Dunkelheit aussendet. Er entsteht, weil weniger Licht auf diesen Teil der Wand trifft.
Ein Gegenstand erzeugt keinen Schatten aus sich heraus. Er hält direktes Licht auf.
Wie zeigen Randstrahlen die Schattengrenze?
Eine kleine Lichtquelle kann näherungsweise als punktförmige Lichtquelle behandelt werden. Ihr Licht scheint von einem einzigen Punkt auszugehen. Dadurch besitzt das Schattenbild eine klare Grenze.
Randstrahl
Ein Randstrahl ist ein Lichtstrahl, der gerade noch an einer Kante des Gegenstands vorbeiläuft. Randstrahlen markieren die Grenze zwischen beleuchtetem Bereich und Schatten.
So konstruierst du den Schatten einer punktförmigen Lichtquelle:
- Markiere die Lichtquelle, den Gegenstand und den Schirm.
- Zeichne von der Quelle einen geraden Strahl, der gerade an der oberen Kante des Gegenstands vorbeiläuft.
- Zeichne einen zweiten Strahl an der unteren Kante vorbei.
- Verlängere beide Strahlen bis zum Schirm.
- Der Abschnitt zwischen ihren Auftreffpunkten ist das Schattenbild.
Eine kleine Lampe steht links, ein rechteckiger Körper in der Mitte und ein Schirm rechts. Zwei Randstrahlen laufen von der Lampe an der oberen und unteren Körperkante vorbei. Zwischen diesen Strahlen kann kein direktes Licht der Lampe hinter den Körper gelangen. Auf dem Schirm begrenzen ihre Auftreffpunkte den Schatten.
Für diese Vorhersage musst du nicht jeden Lichtstrahl zeichnen. Die beiden Randstrahlen genügen, weil sie genau die Schattengrenzen festlegen.
Was ändert sich bei mehreren Lichtquellen?
Bei mehreren Lichtquellen wirft jede Quelle ihren eigenen Einzelschatten. Diese Schatten können sich überlagern. Dadurch entstehen Bereiche mit unterschiedlicher Helligkeit.
Kernschatten
Der Kernschatten ist der Bereich, den das direkte Licht keiner vorhandenen Lichtquelle erreicht. Von dort aus wäre keine der Quellen sichtbar.
Halbschatten
Ein Halbschatten oder Teilschatten erhält nur Licht von einem Teil der vorhandenen Quellen. Bei zwei Lampen ist dort eine Lampe sichtbar, während die andere vom Gegenstand verdeckt wird.
Zwei kleine Lampen stehen nebeneinander und beleuchten einen Gegenstand vor einem Schirm.
- In der Mitte überlagern sich die Einzelschatten beider Lampen. Dort liegt der dunkle Kernschatten.
- Seitlich erreicht jeweils das Licht einer Lampe den Schirm, während das Licht der anderen blockiert wird. Dort entstehen Halbschatten.
Deckst du eine Lampe ab, verschwindet der Einzelschatten der abgedeckten Quelle. So kannst du erkennen, welcher Schattenbereich zu welcher Lampe gehört.
Keine Quelle beleuchtet den Bereich: Kernschatten. Nur ein Teil der Quellen beleuchtet ihn: Halb- oder Teilschatten.
Warum haben große Lichtquellen weiche Schattenränder?
Eine ausgedehnte Lichtquelle ist keine einzelne leuchtende Stelle. Eine Leuchtstoffröhre oder die Sonne kann vereinfacht als sehr große Zahl dicht nebeneinanderliegender Punktlichtquellen betrachtet werden.
Ein Gegenstand verdeckt an einer Stelle möglicherweise viele Teile der Quelle, an einer anderen Stelle aber nur wenige. Deshalb ändert sich die Helligkeit schrittweise oder fließend.
Übergangsschatten
Ein Übergangsschatten ist der weich begrenzte Bereich zwischen Kernschatten und vollständig beleuchtetem Gebiet. Je nach Ort sind unterschiedlich große Teile der ausgedehnten Lichtquelle sichtbar.
Eine kleine Lampe erzeugt hinter einem Gegenstand einen deutlich begrenzten Schatten. Beleuchtet stattdessen eine lange Leuchtröhre den Gegenstand, entstehen viele leicht gegeneinander verschobene Einzelschatten. Ihre Grenzen überlagern sich. Der Schattenrand wirkt dadurch weich oder verwaschen.
Die Begriffe Halbschatten, Teilschatten und Übergangsschatten beschreiben verwandte Erscheinungen: Ein Bereich erhält nur einen Teil des möglichen direkten Lichts. Bei wenigen einzelnen Quellen lassen sich Teilschatten oft getrennt erkennen. Bei einer ausgedehnten Quelle gehen die Helligkeitsstufen fließend ineinander über.
Wie untersuchst du Schatten selbst?
Für einen einfachen Versuch brauchst du eine kleine Taschenlampe, einen lichtundurchlässigen Gegenstand und einen hellen Schirm oder eine Wand. Richte die Lampe nie direkt in die Augen.
Versuch 1: Abstände verändern
- Stelle Lampe, Gegenstand und Schirm hintereinander auf.
- Markiere ihre Anfangspositionen.
- Verschiebe nur den Gegenstand und beobachte das Schattenbild.
- Bringe ihn zurück und verschiebe anschließend nur den Schirm.
- Vergleiche Größe und Schärfe der Schattenbilder.
Bei einer näherungsweise punktförmigen Quelle wird das Schattenbild größer, wenn der Gegenstand näher an die Quelle rückt. Rückt er näher an den Schirm, wird das Schattenbild kleiner und nähert sich der Größe seines Umrisses an. Randstrahlen helfen dir, diese Veränderungen vorherzusagen.
Versuch 2: Zahl der Lichtquellen verändern
- Beleuchte den Gegenstand zunächst mit einer Taschenlampe.
- Ergänze eine zweite kleine Lichtquelle.
- Decke die Quellen abwechselnd ab.
- Ordne die sichtbaren Bereiche den einzelnen Quellen zu.
Mit einer Quelle erwartest du einen klar begrenzten Einzelschatten. Mit zwei Quellen können ein Kernschatten und seitliche Halbschatten entstehen.
Verändere bei einem fairen Vergleich immer nur eine Bedingung. Bleiben die anderen Abstände und Positionen gleich, kannst du die beobachtete Veränderung zuverlässig zuordnen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Licht und Schatten
- Entstehung: Ein Gegenstand blockiert geradlinig laufendes Licht
- Vorhersage: Randstrahlen markieren die Schattengrenzen
- Eine kleine Quelle: klar begrenzter Einzelschatten
- Mehrere Quellen: Kernschatten und Teilschatten
- Ausgedehnte Quelle: weicher Übergangsschatten
- Untersuchung: jeweils nur eine Bedingung verändern
Abschluss-Check
Kannst du Entstehung, Begrenzung und Schattenart jeweils mit den Lichtwegen begründen, hast du das zentrale Prinzip verstanden: Entscheidend ist, welche Teile einer Lichtquelle einen Bereich direkt erreichen.