Das Licht
Licht und Sehen
Um zu sehen, benötigen wir
1.Licht
2.unsere Augen
3.unser Gehirn
Wir können nur Gegenstände (=Körper) sehen, von denen
Licht ausgesandt wird, das in unsere Augen fällt.
Licht selbst kann man nicht sehen. Man kann den Weg des Lichtes nur
beobachten, wenn man ihn durch geeignete Körper (wie z.B. Staub,
Rauch oder Dampf) sichtbar macht.
Lichtquellen
Lichtquellen sind alle Körper (=Gegenstände), von denen Licht
ausgeht. Wir unterscheiden natürliche und künstliche
Lichtquellen.
Natürliche Lichtquellen sind z.B. Sonne, Mond, Sterne, Feuer
und Glühwürmchen.
Künstliche Lichtquellen sind Glühlampen,
Leuchtstofflampen, Leuchtdioden (=LEDs), LASER und viele andere.
Wir unterscheiden Lichtquellen auch danach, ob sie das Licht selbst
erzeugen (Selbstleuchter) oder ob sie das auf sie treffende Licht
weitergeben (Fremdleuchter).
Beispiele für Selbstleuchter sind Sonne, Sterne, LEDs,
Fenseher, LASER und Glühwürmchen.
Beispiele für Fremdleuchter sind Mond, Planeten,
Fahrradreflektoren und weißes Papier. Alle beleuchteten
Gegenstände, die nicht völlig schwarz sind, sind
Fremdleuchter.
Lichtempfänger
Lichtempfänger sind Energiewandler: sie wandeln Licht in andere
Energieformen um.
Beispiele für Lichtempfänger sind unsere Augen, Fotoapparate,
Film- und Videokameras, Sonnenkollektoren, Solarzellen und Fernrohre.
durchsichtig - undurchsichtig
Licht, das auf einen Körper fällt, kann durchgelassen,
zurückgeworfen (=reflektiert) oder verschluckt (=absorbiert)
werden.
Die meisten Körper sind undurchsichtig und werfen das auftreffende
Licht in die verschiedensten Richtungen zurück - man spricht von Streuung
oder diffuser Reflexion. Körper, die das Licht ungehindert
durchlassen (wie Glasplatten), nennt man durchsichtig. Manche
Körper (wie Nebel) kann das Licht zwar durchdringen, es wird dabei
aber in alle möglichen Richtungen gestreut. Solche Körper
nennen wir durchscheinend oder transparent. Schwarze
Körper verschlucken (absorbieren) das Licht und verwandeln seine
Energie in Wärme. Wir können sie deshalb nur im Kontrast zur
helleren Umgebung sehen. Zauberer benutzen deshalb gerne schwarze
Gegenstände vor schwarzem Hintergrund.
Lichtstrahlen
Eine Glühlampe ist eine Lichtquelle, die Licht nach allen
Seiten aussendet. Oft gibt man ihr ein Gehäuse, das das Licht nur
in eine Richtung austreten lässt. Dabei entsteht ein Lichtbündel.
Mit Hilfe von Lochblenden kann man sehr schmale Lichtbündel
ausblenden. Ein unendlich schmales Lichtbündel nennen wir Lichtstrahl.
Wenn wir ein breiteres Lichtbündel darstellen wollen, zeichnen wir
die Lichtstrahlen, die das Bündel begrenzen (die Randstrahlen).Aus
unserer Erfahrung wissen wir: Lichtstrahlen breiten sich immer
geradlinig aus.
Schattenraum und Schattenbild
Schatten entstehen, wenn Licht auf einen Körper trifft und ihn
nicht durchdringen kann.
In dem Raum hinter dem Körper fehlt das Licht. Diesen Raum
bezeichnen wir als Schattenraum. Wenn der Schattenraum von
einer Wand oder einem Schirm begrenzt wird, entsteht ein Schattenbild.
Kernschatten und Halbschatten
Fällt das Licht von zwei oder mehr Lichtquellen auf einen
undurchsichtigen Körper, überlagern sich die
Schattenräume und auch die Schattenbilder. Der Bereich, in den gar
kein Licht fällt, heißt Kernschatten. Die Bereiche, die nur
teilweise beleuchtet werden, heißen Halbschatten.
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In Bereich I kommt kein Licht der unteren Lampe.
(Halbschatten)
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In Bereich II kommt gar
kein Licht.
(Kernschatten)
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In Bereich III kommt
kein Licht der oberen Lampe.
(Halbschatten)
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Alle anderen Bereiche werden vom Licht beider Lampen beleuchtet.
Licht und Schatten im Weltraum
Tag und Nacht
Die Sonne kann nur eine Hälfte der Erdkugel beleuchten. Die Seite
der Erde, die von der Sonne abgewandt ist, liegt im Schatten(raum) der
Erdkugel. Dort herrscht Nacht. Weil sich die Erde in 24 Stunden einmal
um ihre Achse dreht, entsteht in dieser Zeit der Wechsel von Tag und
Nacht.
Sommer und Winter
Die Erdachse schließt mit der Erdbahn (Ekliptik) einen Winkel von a = 23° 26' (Schiefe der Ekliptik) ein. Haan
liegt etwa auf dem 51. Breitengrad (j =
51°).
Am 21. März steht die Sonne senkrecht über dem Äquator: Tag und Nacht
sind gleich lang und dauern jeweils 12 Stunden.
Am 21. Juni steht die Sonne über dem 23. nördlichen Breitengrad. In
Deutschland haben wir dann nur 8 Stunden Dunkelheit und 16 Stunden
Tageslicht.
Am 23. September steht die Sonne wieder senkrecht über dem
Äquator, Tag und Nacht sind gleich lang.
Am 21. Dezember steht die Sonne über dem 23. südlichen Breitengrad;
jetzt herrscht bei uns 16 Stunden Dunkelheit und es ist nur 8 Stunden
hell.
| Aufgabe: |
Wie hoch steht die Sonne jeweils
am Frühligs-, Sommer-, Herbst-
und Winteranfang am Mittag über dem Horizont ? |
| Hinweis: |
Am Sommeranfang ist die Erdachse
im Norden zur Sonne hin, am
Winteranfang ist sie von der Sonne weg geneigt. Am Frühlings sowie
am Herbstanfang steht die Erdachse senkrecht auf der Verbingungsgeraden
Erde-Sonne. |
| Lösung: |
Am Frühlingsanfang steht die
Sonne 90° - 51° = 39°
am Sommeranfang steht sie (90° - 51°) + 23° = 62°
am Herbstanfang steht sie wieder 39° und
am Winteranfang steht sie (90° - 51°) -23° = 16° über dem Horizont.
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Die längere Tagesdauer und der bis zu 46° höhere Sonnenstand sorgen im
Sommer dafür, dass es wärmer wird als im Winter.
Beachte: Der Abstand der Erde zur Sonne spielt keine Rolle, er ist am
4. Januar am kleinsten.
Die Mondphasen
Der Mond ändert täglich sein Aussehen, weil wir immer nur
einen Teil der von der Sonne beleuchteten Mondhalbkugel sehen. Eine
Umdrehung des Mondes um die Erde dauert etwa 29½ Tage. Deshalb
schauen wir täglich aus einer anderen Richtung auf den Mond.
Sonnen- und Mondfinsternis
Bei seinem Lauf um die Erde schiebt sich der Mond gelegentlich genau
zwischen Erde und Sonne. Dann fällt der Schatten des Mondes auf
die Erde. Wenn wir uns dabei im Schattenraum des Mondes befinden, sehen
wir, wie der Mond die Sonne verdeckt. So entsteht eine Sonnenfinsternis.
Liegt die Erde genau zwischen Sonne und Mond, fällt der Schatten
der Erde auf den Mond. Dabei entsteht eine Mondfinsternis.