Kern- und Halbschatten: Übungen – Physik Klasse 5

1

Wirft das einen scharfen Schatten?

AFB I

Sortiere die Lichtquellen danach, ob sie sich eher wie eine Punktquelle oder wie eine ausgedehnte Quelle verhalten.

Ziehe die Karten in den passenden Korb — oder wähle eine Karte mit Tab und Enter und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).

1Punktquelle: nur Kernschatten

2Ausgedehnte Quelle: Kern- und Halbschatten

Entscheidend ist nicht die echte Größe, sondern die Größe im Vergleich zur Entfernung. Die Sonne ist riesig, aber weit weg — trotzdem gibt sie einen weichen Schattenrand. Der Stern ist noch viel größer und noch viel weiter weg: Er wirkt wie ein perfekter Punkt.

Frage dich: Sehe ich von der Wand aus eine leuchtende Fläche oder nur einen leuchtenden Punkt?

2

Wo kommt wie viel Licht an?

AFB I

Setze in jeder Zeile überall dort ein Kreuz, wo die Aussage zutrifft. Es können mehrere pro Zeile sein.

Enter setzt und löscht ein Kreuz.

Bereich auf der Wand	Es kommt gar kein Licht an	Es kommt nur ein Teil des Lichts an	Es kommt alles Licht an
Kernschatten
Halbschatten
Bereich neben dem Schatten
Schatten bei einer echten Punktquelle

Genau ein Kreuz pro Zeile — die drei Spalten schließen sich gegenseitig aus. Der Halbschatten ist der einzige Bereich, in dem ein Teil der Lichtquelle noch zu sehen ist. Wer im Halbschatten steht, sieht die Lampe halb hinter dem Hindernis hervorlugen.

Stell dich in Gedanken an die betreffende Stelle der Wand und schaue zur Lampe zurück. Wie viel davon siehst du?

3

Im Schattenbild anklicken

AFB II

Eine ausgedehnte Lampe beleuchtet eine Kugel. Klicke im Schema die gesuchte Stelle an.

Klicke die gesuchte Stelle an. Mit der Tastatur: Tab zum Wandern, Enter zum Auswählen.

Von oben nach unten liegen die Bereiche immer in derselben Reihenfolge: hell — Halbschatten — Kernschatten — Halbschatten — hell. Der Kernschatten sitzt genau hinter dem Hindernis in der Mitte, die Halbschatten sind die weichen Ränder links und rechts davon.

Zeichne die zwei äußersten Strahlen ein: einen vom oberen Lampenrand über die Kugelunterkante und einen vom unteren Lampenrand über die Kugeloberkante.

4

Welches Schattenbild entsteht?

AFB II

Bestimme für jede Situation die Art der Lichtquelle und das entstehende Schattenbild.

Wähle in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.

Situation	Art der Lichtquelle	Schattenbild an der Wand
Eine winzige LED beleuchtet einen Würfel
Die Sonne beleuchtet einen Baum
Zwei kleine Lampen links und rechts beleuchten dich
Eine breite Deckenleuchte über deiner Hand

Bei zwei getrennten Lampen entstehen zwei vollständige Schatten. Nur dort, wo beide Lampen blockiert sind, liegt echter Kernschatten — dieser Bereich ist deutlich dunkler als die beiden Halbschatten daneben.

Zähle zuerst, wie viele leuchtende Flächen es gibt — daraus folgt das Schattenbild fast von allein.

5

Wie hoch ist der Baum?

AFB III

Am selben Nachmittag wirft ein 1 m hoher Stab einen 0,5 m langen Schatten. Direkt daneben ist der Schatten eines Baumes 6 m lang. Rechne Schritt für Schritt.

Rechne Schritt für Schritt. Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet.

Wie oft passt die Schattenlänge des Stabes in seine Höhe? (Höhe ÷ Schatten)-mal
Wie hoch ist dann der Baum?m
Ein Haus daneben ist 9 m hoch. Wie lang ist sein Schatten?m

Weil das Sonnenlicht überall aus derselben Richtung kommt und geradlinig läuft, ist das Verhältnis Höhe : Schattenlänge für alle Gegenstände am selben Ort gleich. Genau so hat Thales von Milet vor 2600 Jahren die Höhe der Cheopspyramide bestimmt — ohne sie zu besteigen.

Der Stab ist doppelt so hoch wie sein Schatten lang ist. Gilt das auch für den Baum?

Höhe = 2 · Schattenlänge, also 2 · 6 m = 12 m. Umgekehrt: Schatten = Höhe ÷ 2.

Übungen: Schatten, Kern- und Halbschatten

Jetzt bist du dran

Wirft das einen scharfen Schatten?

Wo kommt wie viel Licht an?

Im Schattenbild anklicken

Welches Schattenbild entsteht?

Wie hoch ist der Baum?