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Textaufgaben: Schatten, Kern- und Halbschatten

Zwei Aufgaben zum Schattenwurf: eine Rechnung mit der Punktlampe und ein Bühnenlicht mit zwei Scheinwerfern.

1

Der Ball vor der Lampe

AFB II

Jonas stellt eine sehr kleine Lampe auf den Tisch. 50 cm davor hängt ein Ball mit einem Durchmesser von 12 cm an einem Faden. Noch einmal 100 cm weiter steht eine weiße Wand (Material M1). An der Wand erscheint ein Schatten.

M1Aufbau von der Seite (nicht maßstäblich)
Lampe Ball Wand 50 cm 100 cm

Die beiden äußeren Lichtstrahlen streifen den Ball gerade noch und begrenzen den Schatten an der Wand.

  1. Beschreibe den Schattenrand: Ist er scharf oder verwaschen? Begründe deine Antwort.
  2. Berechne den Durchmesser des Schattens an der Wand.
  3. Jonas schiebt den Ball näher an die Wand. Erkläre, was mit dem Schatten passiert.
Tipp zu Aufgabe a)
Die Lampe ist sehr klein — sie wirkt wie ein einziger Punkt.
Tipp zu Aufgabe b)
Von der Lampe bis zur Wand sind es 150 cm, bis zum Ball nur 50 cm — also das Dreifache. Wie verhält sich der Schatten dazu?
Tipp zu Aufgabe c)
Zeichne den Aufbau noch einmal mit dem Ball dicht vor der Wand und ziehe die beiden Randstrahlen neu.
Lösung zu Aufgabe a)

Der Rand ist scharf. Weil das Licht nur von einem Punkt kommt, gibt es an der Wand nur zwei Sorten von Stellen: solche, die ein Lichtstrahl erreicht (hell), und solche, vor denen der Ball steht (dunkel). Ein Zwischending gibt es nicht — es entsteht nur Kernschatten, kein Halbschatten.

Lösung zu Aufgabe b)

Abstand Lampe–Ball: 50 cm. Abstand Lampe–Wand: 50 cm + 100 cm = 150 cm.

150 cm : 50 cm = 3 → alles wird auf dem Weg zur Wand dreimal so groß.

Schattendurchmesser: 12 cm · 3 = 36 cm.

Lösung zu Aufgabe c)

Der Schatten wird kleiner und rückt näher an die wahre Größe des Balls heran.

Grund: Die beiden Randstrahlen laufen von der Lampe aus auseinander. Je kürzer die Strecke ist, die sie hinter dem Ball noch zurücklegen, desto weniger können sie sich noch voneinander entfernen. Liegt der Ball direkt an der Wand, ist der Schatten fast genau 12 cm groß.

2

Zwei Scheinwerfer auf der Theaterbühne

AFB III

Bei der Schulaufführung stehen zwei gleich helle Scheinwerfer nebeneinander und leuchten auf die weiße Rückwand der Bühne. Amir stellt sich davor. Auf der Wand erscheinen hinter ihm drei verschieden helle Bereiche: ein sehr dunkler in der Mitte und links und rechts davon je ein grauer Streifen.

Der Techniker sagt: „Wenn ich einen Scheinwerfer ausschalte, wird der dunkle Bereich in der Mitte noch dunkler."

  1. Nenne die drei Bereiche mit den Fachbegriffen und gib an, wie viele Scheinwerfer jeweils blockiert sind.
  2. Prüfe die Aussage des Technikers.
  3. Bei der Sonne über dem Schulhof hat Amirs Schatten mittags einen ziemlich scharfen, abends einen weichen Rand. Erkläre dies mithilfe deiner Ergebnisse.
Tipp zu Aufgabe a)
Zähle für jeden Streifen ab, wie viele der beiden Scheinwerfer Amir gerade verdeckt.
Tipp zu Aufgabe b)
Überlege, was mit dem mittleren Bereich passiert: Erreicht ihn dann mehr, weniger oder gleich viel Licht?
Tipp zu Aufgabe c)
Die Sonne ist keine Punktquelle, sondern eine große Scheibe. Was ändert sich, wenn der Schatten sehr lang wird?
Lösung zu Aufgabe a)

Mitte: Kernschatten — hier verdeckt Amir beide Scheinwerfer, es kommt kein Licht an.

Linker und rechter Streifen: Halbschatten — hier verdeckt er nur einen der beiden Scheinwerfer, das Licht des anderen erreicht die Wand. Deshalb ist es dort grau, nicht schwarz.

Außen: volles Licht von beiden Scheinwerfern.

Lösung zu Aufgabe b)

Die Aussage ist falsch. Im Kernschatten kam schon vorher gar kein Licht an — dunkler als „gar kein Licht" geht nicht.

Richtig ist etwas anderes: Wenn ein Scheinwerfer ausgeht, verschwindet einer der beiden Halbschatten-Streifen. Übrig bleibt ein einziger, scharf begrenzter Schatten. Der Kernschatten wird also nicht dunkler, sondern der Schatten insgesamt schärfer.

Lösung zu Aufgabe c)

Die Sonne ist eine ausgedehnte Lichtquelle: Man kann sich ihre Scheibe als sehr viele Punktquellen nebeneinander vorstellen. Deshalb hat jeder Sonnenschatten am Rand immer einen Halbschatten, in dem nur ein Teil der Sonnenscheibe verdeckt ist.

Mittags steht die Sonne hoch, der Schatten ist kurz — der Halbschattenrand ist dann so schmal, dass er kaum auffällt. Abends steht die Sonne flach, der Schatten wird sehr lang, und der Halbschattenrand zieht sich über eine große Strecke auseinander. Genau das sieht man als weichen, verwaschenen Rand.