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Übergangsschatten - was ist das?

Schatten ist doch Schatten, oder? Wer sich einige Schattenwürfe einmal angesehen hat, wird feststellen, dass diese durchaus unterschiedlich sein können. Besonders der hellere Übergangsschatten ist ein interessantes Phänomen.

Eine ausgedehnte Lampe erzeugt einen Übergangsschatten.
Eine ausgedehnte Lampe erzeugt einen Übergangsschatten.

So entsteht ein Schatten - ein Experiment

  • Dieses Experiment ist den meisten sicher noch aus der Schule bekannt: Beleuchtet man eine weiße Wand oder einen Schirm mit einer Kerze und stellt dazwischen einen undurchsichtigen Gegenstand, so entdeckt man hinter diesem Gegenstand einen Rau, der völlig lichtfrei ist.
  • Da sich das Licht von der Kerze geradlinig ausbreitet, kann man auf der Wand bzw. dem Schirm den Gegenstand als (meist vergrößerten) und ausgesprochen dunklen Schattenwurf erkennen.
  • Blickt man als Beobachter im Schattenraum in die Richtung der Lichtquelle, so kann man diese nicht sehen.

Kernschatten und Halbschatten - so werden sie gebildet

Was jedoch passiert, wenn man den Gegenstand nicht mit einer Lichtquelle, sondern beispielsweise mit zwei Kerzen beleuchtet? Auch diesen Versuch können Sie selbst durchführen.

  • Abhängig vom Abstand der beiden Kerzen zueinander sowie zum Gegenstand können unterschiedliche Schattenwürfel entstehen.
  • Variieren Sie daher in Ihrem eigenen Experiment die Bedingungen: Sind die beiden Kerzen relativ weit auseinander, bilden sich hinter dem Gegenstand zwei Schatten - je einer für jede Lichtquelle. Rückt man allerdings die beiden Kerzen jetzt näher zueinander, so kann das Licht von der einen Kerze teilweise in den Schattenraum der anderen Kerze kommen und diesen so aufhellen. Dieser Bereich wird Halbschatten genannt. Von hier aus kann ein Beobachter eine der beiden Kerzen sehen.
  • Zusätzlich gibt es einen Bereich, in den weder Licht von der einen noch von der anderen gelangt. Dieser Bereich ist sehr dunkel und wird Kernschatten genannt.

Übergangsschatten - ausgedehnte Lichtquellen erzeugen ihn

  • Wie man jedoch im Alltag häufig beobachten kann (siehe auch Foto), haben Gegenstände weder einen präzisen Schatten, noch teilt sich ihr Schatten in klar getrennte Halb- bzw. Kernschattenbereiche auf. Vielmehr beobachtet man einen ausgedehnten, halbhellen Übergang zwischen einem relativ dunklen Schattenbereich und dem ausgeleuchteten hellen Bereich.
  • Dieser Bereich wird Übergangsschatten genannt und hat einfache physikalische Ursachen: Viele Lichtquellen, egal ob Kerzen, Glühlampen oder auch Leuchtstoffröhren, sind nämlich nicht genau punktförmig, sondern meist ausgedehnter. Das heißt, sie senden von mehreren räumlich unterschiedlichen Punkten Lichtstrahlen aus, die zur Schattenbildung beitragen.
  • Hierdurch ergibt sich ein mehr fließender Übergang zwischen dem dunklen Kernschatten (in den tatsächlich keiner oder kaum ein Lichtstrahl gelangt) und den wirklich hellen Bereichen. 
  • Erklären lässt sich dieser Übergangsschatten, indem man sich die ausgedehnte Lampe so vorstellt, als bestünde sie aus einzelnen punktförmigen Lichtquellen, die jede für sich einen Schatten erzeugen.
  • So entstehen hinter dem Gegenstand Bereiche, die von einigen dieser Lichtquellen beleuchtet werden. Je entfernter dieser Bereich vom Kernschatten ist, desto mehr Lichtquellen beleuchten ihn.
  • Auch diesen Versuch können Sie selbst durchführen. Starten Sie jedoch nicht gleich mit einer ausgedehnten Lampe, sondern erweitern Sie Ihr Kerzensortiment nach und nach um weitere Kerzen, die sich dichter zueinander stellen. So lässt sich die Entwicklung des Übergangsschattens gut beobachten.

Übrigens: Auch die Sonne ist eine ausgedehnte und große Lichtquelle. Dies macht sich am Schattenwurf der Erde bemerkbar. Dort gibt es einen Kernschatten sowie Bereich mit Übergangsschatten, die man bei einer Mondfinsternis beobachten kann. 

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