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Licht, Farbe und Sehen

Die Spektralfarben des Sonnenlichts und wie sie durch Dispersion sichtbar werden sowie additive und subtraktive Farbmischung

Phänomene des Lichts

Ohne das Licht der Sonne wäre ein Leben auf der Erde gar nicht möglich. Das Sonnenlicht versorgt uns mit Wärme und bräunt unsere Haut. Aber wie du sicher aus eigener Erfahrung weißt, ist das Sonnenlicht auch notwendig, damit bei Regen ein Regenbogen entstehen kann. Bei bewölktem Himmel bleibt der Regenbogen aus. Wusstest du, dass auch das Sonnenlicht für den blauen Himmel und das Abendrot verantwortlich ist? Dies erscheint zunächst merkwürdig, denn die Sonne leuchtet schließlich weiß am Himmel und nicht farbig.

Dispersion und Farben

Vielleicht kennst du die geschliffenen Glasprismen, die manche Leute an ihrer Scheibe hängen haben. Fällt Sonnenlicht auf das Prisma, so kannst du alle Farben des Regenbogens an der Zimmerwand erkennen. Leuchtest du mit einer Taschenlampe auf das Prisma, so bleibt dieser Effekt aus. Bei einem Regenbogen passiert physikalisch gesehen dasselbe, wobei die Regentropfen als Prisma fungieren. Daraus kannst du lernen, dass weißes Sonnenlicht alle Farben des Regenbogens enthält wohingegen eine Taschenlampe nur gelbes Licht aussendet. Doch was macht ein Prima oder Regentropfen mit dem Licht?

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Lichtbrechung und Lichtdurchlässigkeit

Es gibt Stoffe die Licht nur reflektieren, wie zum Beispiel metallische Oberflächen oder Autolack, die meist glänzen. Darüber hinaus gibt es Stoffe, die Licht absorbieren. Diese sind meist schwarz oder matt. Es gibt aber auch lichtdurchlässige Stoffe, wie ein Prisma aus Glas oder ein Regentropfen.

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Wie du sicher weißt, wird Licht, das von einem Medium in ein anderes übergeht, gebrochen. Daher erscheint dein Körper unter Wasser auch so grotesk. Dasselbe passiert mit Sonnenlicht, das von Luft in den Regentropfen, der ebenfalls aus Wasser besteht, übergeht: Es wird gebrochen. Das besondere ist, dass Licht unterschiedlicher Farbe unterschiedlich stark gebrochen wird. Dieses Phänomen nennt man in der Physik Dispersion. Rot wird am wenigsten stark und Violett am stärksten gebrochen. Deswegen wird das weiße Sonnenlicht, das aus allen Farben besteht, im Regentropfen oder Prisma in seine farblichen Bestandteile zerlegt, die sogenannten Spektralfarben. Im Übrigen ist dies auch der Grund warum wir den Himmel tagsüber blau und abends rot sehen.

Farben und Farbmischung

Am Beispiel des Sonnenlichts hast du gelernt, dass alle Farben zusammen weiß ergeben. Dies gilt für die additive Farbmischung. Die additive Farbmischung ist eine Lichtmischung und gilt für alle selbstleuchtenden Objekte, also auch für Fernseher und Bildschirme. Die drei additiven Grundfarben sind Rot, Blau und Grün. Wenn du einmal ganz nah vor deinem Computerbildschirm sitzt, kannst du erkennen, dass dieser aus vielen kleinen roten, blauen und grünen Punkten besteht. Je nach Intensität der einzelnen Farbpunkte nimmt dein Auge eine andere Farbe war.

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Vielleicht bist du nun etwas verunsichert, schließlich erhältst du im Kunstunterricht nicht Weiß, wenn du die drei Grundfarben mischst. Stattdessen würdest du Schwarz erhalten. Die gängigen Mischregeln, wie zum Beispiel dass Rot und Gelb gemischt Orange ergibt, sind die Regel der subtraktiven Farbmischung. Die subtraktive Farbmischung ist keine Licht- sondern eine Stoffmischung und ihre drei Grundfarben sind Gelb, Magenta und Cyan.

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Die Farbe eines Objekts hängt davon ab, mit welcher Farbe es beleuchtet wird. Die übliche Farbwahrnehmung findet unter Bestrahlung mit weißem Sonnenlicht statt. Leuchtest du mit einer farbigen Taschenlampe, so erscheinen die Farben anders. Außerdem hängt die Farbe eines Objekts von dessen Reflexionsvermögen bezüglich der Farben des Lichts ab. So ist ein Gegenstand gelb, weil er gelbes Licht reflektiert und alle andere Farben absorbiert.

Infrarot und Ultraviolett

Auch wenn es so klingt, aber Infrarot (IR) und Ultraviolett (UV) sind keine Farben, zumindest keine die unser menschliches Auge wahrnehmen kann. Sie liegen im Sonnenlicht unterhalb (infra) von Rot und oberhalb (ultra) von Violett. Auch wenn IR- und UV-Strahlung nicht vom Auge wahrgenommen werden kann, so ist sie doch da: Infrarot ist mit Nachtsichtkameras sichtbar und ultraviolettes Licht verursacht Sonnenbrand. Deswegen solltest du immer geschützt in die Sonne gehen.

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Das Auge

Der Grund, warum du und Menschen und Tiere überhaupt etwas sehen können, ist das Auge. Die Bildentstehung im Auge funktioniert dabei sehr ähnlich, wie die Versuche mit Linsen und Lichtquellen, die du vielleicht aus dem Physikunterricht kennst. Die Augenlinse ist wie ihr Name schon verrät eine Linse, die Licht sammelt (konvex). Einfallendes Licht wird auf den Schirm, in diesem Fall die Netzhaut, geworfen und kann dort von den Sehnerven ans Gehirn gesendet und dort verarbeitet werden. Das besondere am Auge ist, dass es keinen festen Brennpunkt hat, sondern durch Muskelbewegungen die Linse stauchen und strecken kann, sodass ein einfallendes Bild immer scharf auf der Netzhaut abgebildet werden kann. Ist dies nicht der Fall, so brauchst du eine Brille, die dein Auge dabei unterstützt.

Bildentstehung im Auge