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Licht und Schatten 06:47 min

Textversion des Videos

Transkript Licht und Schatten

Hallo, heute wollen wir uns mit dem Thema Schatten beschäftigen. Denn eigentlich ist das Thema ja Licht, aber wo Licht ist, ist auch Schatten. Also gehören die Schatten dazu. Zunächst einmal müssen wir aber wissen, dass Licht sich geradlinig ausbreitet. Was bedeutet das? Stellen wir uns vor, wir haben eine Glühbirne, in der das Licht von einer Glühwendel ausgeht. Dann strahlt es von der Glühwendel erst mal in alle Richtungen. Da wir aber meist einen Lampenschirm über unsere Glühbirnen hängen, kommt nicht mehr alles Licht bei uns an. Den Boden erreicht jetzt nur noch das Licht, das, wenn es sich geradlinig ausbreitet, am Lampenschirm vorbei passt. Das sind also die Lichtstrahlen, die in einem ziemlich flachen Winkel ausgesandt werden, aber so, dass sie gerade noch am Lampenschirm vorbei passen und alle Lichtstrahlen dazwischen, die in steileren Winkeln ausgesandt werden. Stellt man sich vor, dass das Licht irgendwann auf den Boden eines Raumes zum Beispiel trifft, dann hat man auf einem Gebiet einen erleuchteten Fleck und daneben Schatten. Den Bereich, der dann vom Licht erleuchtet ist, nennt man dann auch den Lichtkegel. Betrachten wir eine solche Situation noch einmal von oben. Wir nehmen uns wieder eine Lampe, die man auch oft als Kreis mit einem Kreuz dadurch zeichnet, und irgendein Hindernis. Dieses Viereck zum Beispiel. Wenn sich nun die Lichtstrahlen von der Lichtquelle geradlinig ausbreiten, können sie an dem Hindernis nicht vorbei. Bzw. sie können schon vorbei, aber sie können nicht dahinter leuchten, denn das Licht macht keine Kurven. Also entsteht hinter dem Hindernis ein Schatten. Zieht man einen senkrechten Strich durch diesen Bereich, stellt man fest, dass er in der Mitte dunkel ist und außen helle Bereiche hat. Dort kann das Licht noch hinkommen. Erweitern wir unseren Versuch, indem wir diesmal zwei Lampen und ein Hindernis nehmen. Jede dieser Lampen kann dieses Hindernis beleuchten, aber von ihrer Richtung aus gesehen, nicht dahinterstrahlen. Es entstehen also zwei Gebiete, in denen Schatten ist. Einmal das von der unteren Lampe, aber auch das von der oberen Lampe. Andererseits kann ja die eine Lampe dorthin leuchten, wo die andere nicht hinkommt. Es gibt nur einen kleinen Bereich, an dem sich die beiden Schattengebiete überlappen. Er liegt direkt hinter dem Hindernis. Deswegen nennt man die beiden äußeren Gebiete, die jeweils von einer Lampe beleuchtet werden und von einer Lampe kein Licht bekommen, Halbschatten. Und das Gebiet, das von keiner der beiden Lampen Licht empfängt, Kernschatten. Noch etwas ist wichtig, wenn wir uns mit Licht und seiner geradlinigen Ausbreitung beschäftigen. Stellen wir uns vor, jemand steht im Kernschatten und möchte gerne die eine Lampe sehen. Natürlich geht das nicht, das Hindernis ist im Weg. Aber auch jemand der anstelle der Lampe steht und in Richtung des Hindernisses guckt, kann den Menschen im Kernschatten nicht sehen. Erst wenn die eine Person den Kernschatten verlässt und sich dorthin stellt, wo auch das Licht der Lampe hinreicht, kann sie die Person, die an der Stelle der Lampe steht, sehen. Aber dann kann sie auch von dieser Person gesehen werden. Daher spricht man davon, dass Lichtwege umkehrbar sind. Es ist nicht möglich, jemandem in die Augen zu sehen, ohne dass dieser einen auch sieht. Es sei denn, derjenige ist blind natürlich. Auch in der Astronomie spielen Schatten eine wichtige Rolle. Sie haben dort nur einen anderen Namen: Finsternisse. Schauen wir uns zunächst an, was bei einer Sonnenfinsternis passiert. Wenn die Sonne, der Mond und die Erde genau in einer Reihe stehen, und zwar so, dass der Mond zwischen Sonne und Erde steht, wirft der Mond einen Schatten. Die Sonne kann nicht direkt hinter ihn leuchten. Liegt nun ein Teil der Erdoberfläche in diesem Schatten, ist es für die Menschen dort dunkel. Es erreicht sie kein Licht von der Sonne mehr. Weil der Mond allerdings so klein ist, ist auch dieses Schattengebiet sehr klein. Deshalb sind Sonnenfinsternisse immer nur von bestimmten Regionen aus zu beobachten. Betrachten wir nun eine Mondfinsternis.

Auch hier müssen Sonne, Erde und Mond in einer Reihe stehen. Allerdings ist es diesmal die Erde, die zwischen der Sonne und dem Mond steht. Deswegen ist sie es nun auch, die einen Schatten wirft, wenn sie von der Sonne angestrahlt wird. Liegt nun der Mond ausgerechnet in diesem Schatten, erscheint er uns dunkel, denn vorsicht, der Mond ist kein selbstleuchtendes Objekt wie die Sterne. Er reflektiert lediglich das Licht, das er bekommt, wenn er von der Sonne angestrahlt wird. Wusstest du schon? Die Lichtgeschwindigkeit ist begrenzt. Das bedeutet, dass wir die Sonne so sehen, wie sie vor 8 Minuten ausgesehen hat. Denn das Licht, das sie zu uns aussendet, braucht 8 Minuten, um durch das Weltall zu reisen und uns zu erreichen.  Denn die Lichtgeschwindigkeit, die man mit c abkürzt, ist zwar unglaublich groß, sie beträgt 300000km/s, aber der Abstand zwischen der Sonne uns unserer Erde ist noch unvorstellbar viel größer. Er beträgt 150 Millionen Kilometer. Halten wir noch einmal fest, was wir in diesem Video gesehen haben. Das Licht breitet sich geradlinig aus, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 300000 km/s. Finsternisse sind in Wirklichkeit Schatten, allerdings in astronomischen Größenordnungen. Bei einer Sonnenfinsternis wirft der Mond einen Schatten auf die Erde und bei einer Mondfinsternis wirft die Erde einen Schatten auf den Mond. Das war's zum Thema Licht und Schatten.Vielen Dank fürs Zuhören.

64 Kommentare
  1. Sehr schlechtes Mikro
    Sehr ungenau gezeichnet

    Von Stanze79, vor 4 Monaten
  2. Hallo Anke Dirk, danke für deinen Kommentar. Wir arbeiten stetig an der Verbesserung unserer Inhalte und freuen uns immer über Feedback.
    Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Albrecht Kröner, vor 5 Monaten
  3. Dein Mikrofon ist nicht gut aber gut erklärt.Nastes mal bitte sauber malen!

    Von Anke Dirk, vor 5 Monaten
  4. Ungenau gezeichnet!!!
    Wenn es sauberer wäre, würde man es besser verstehen! 3 Sterne :(

    Von Shahin K., vor 7 Monaten
  5. das mikrofon ist eine reine Katastrophe

    Von Schneider Pia 1, vor 7 Monaten
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Licht und Schatten Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Licht und Schatten kannst du es wiederholen und üben.

  • Fasse dein Wissen über das Licht zusammen.

    Tipps

    Zur Beschreibung des Lichts verwenden wir hier das so genannte Strahlenmodell des Lichts. Welche wichtige Eigenschaft besitzen Strahlen?

    Die Lichtgeschwindigkeit ist unvorstellbar groß, aber ist sie unendlich groß?

    Der erste Sonnenstrahl, den du am Morgen siehst, hat die Sonnenoberfläche bereits acht Minuten vorher verlassen.

    Die Umkehrbarkeit des Lichtweges, kann sie sein oder muss sie sein?

    Lösung

    Wir beschreiben Licht für die Erklärung von Schatten mit dem Strahlenmodell des Lichtes. Das heißt: Licht breitet sich von einer Quelle immer geradlinig aus. Du kannst einen Lichtstrahl durch eine gerade Linie darstellen. Wenn du einen Lichtstrahl zeichnest, würde er beim Vertauschen von Lichtquelle und Auftreffpunkt genau denselben Weg rückwärts zurücklegen. Lichtwege sind immer umkehrbar.

    Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt rund 300 000 Kilometer pro Sekunde. Das ist unvorstellbar schnell, aber dennoch ein endlicher Wert. Diese Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit hat zur Folge, dass im astronomischen Maßstab auch Laufzeiten für das Licht sehr groß werden können. Da sind die acht Minuten, die das Licht von der Sonnenoberfläche zu uns benötigt, noch sehr wenig. Unsere Galaxie, die Milchstraße, hat beispielsweise einen Durchmesser von rund 100000 Lichtjahren!

  • Beschrifte die Abbildung zum Thema Licht und Schatten.

    Tipps

    Das Licht wird auf einem Schirm aufgefangen.

    Wie erzeugt man Halb- und Kernschatten?

    Lösung

    In der Abbildung ist eine Lichtquelle gezeigt. Das Licht der Lichtquelle trifft auf ein Hindernis. Hinter dem Hindernis entsteht ein Schatten. Der Raum hinter dem Hindernis teilt sich damit in zwei Bereiche auf, die vom Licht erreicht werden, und in einen, in den kein Licht fällt.

    Eine Lichtquelle erzeugt einen gewöhnlichen Schatten. Halb- und Kernschatten können erst entstehen, wenn mindestens zwei Lichtquellen auf ein Hindernis treffen.

    Die Lichtquelle ist eine Glühlampe. Um den Schatten zu zeichnen, der hinter dem Hindernis entsteht, muss man die beiden geradlinigen Lichtstrahlen einzeichnen, die gerade noch am Hindernis vorbeikommen. Die Lichtstrahlen beginnen im Mittelpunkt der Glühlampe, da sich dort die Heizwendel befindet, die das Licht erzeugt. Diese beiden Lichtstrahlen grenzen den Schattenraum ab, der schraffiert dargestellt ist.

  • Beschreibe den gezeigten Versuch und sage voraus, was passieren wird.

    Tipps

    Zwei Lichtquellen ermöglichen das Entstehen besonderer Schattenformen.

    Stell dir die Verläufe der Lichtstrahlen von beiden Lampen vor.

    Lösung

    In der Abbildung siehst du das Versuchsergebnis. Hinter dem Hindernis bildet sich ein Kernschatten (dunkelgrün schraffiert), an den Seiten Halbschatten (hellgrün schraffiert).

    Die Schatten sind umso größer, je näher das Hindernis an die Lampen herangeschoben wird. Sie werden kleiner, wenn man das Hindernis näher an den Schirm schiebt.

  • Ermittle, in welchen der gezeigten Fälle es zu einer Sonnenfinsternis kommt.

    Tipps

    Welcher Himmelskörper leuchtet und welche Himmelskörper werfen Schatten?

    Wie müssen die Himmelskörper ausgerichtet sein, damit generell eine Finsternis entstehen kann?

    In welcher Reihenfolge müssen die Himmelskörper angeordnet sein, damit eine Sonnenfinsternis entstehen kann?

    Lösung

    Als erste Bedingung für das Entstehen einer Finsternis müssen alle drei Himmelskörper auf einer Linie liegen. Nur dann können die erzeugten Schatten von Erde oder Mond überhaupt auf den jeweils anderen Himmelskörper fallen.

    Die zweite Bedingung, damit es zu einer Sonnenfinsternis kommen kann, ist die richtige Reihenfolge der drei Himmelskörper. Damit der Mond die Sonne verdecken kann, muss er zwischen Sonne und Erde stehen. Dann wirft der Mond einen Schatten auf die Erde, sodass in einem kleinen Gebiet der Erdoberfläche die Bildung eines Kernschattens (totale Sonnenfinsternis) möglich ist.

  • Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit es zu einer Mondfinsternis kommt.

    Tipps

    Der Mond muss von der Erde beschattet werden.

    Lösung

    Bei einer Mondfinsternis liegen Sonne, Erde und Mond auf einer Linie. Dabei steht die Erde zwischen der Sonne und dem Mond. So kann der Erdschatten den Mond verdecken. Das meiste Sonnenlicht gelangt nicht mehr bis zur Mondoberfläche.

    Da der Mond somit (fast) kein Licht mehr reflektieren kann, ist er von der Erde (fast) nicht mehr zu sehen. Etwas rötliches Restlicht gelangt durch Berechnung dennoch zum Mond und wird reflektiert. Bei einer totalen Mondfinsternis sieht der Mond daher rot aus und wird auch als Blutmond bezeichnet.

  • Erkläre, weshalb bei einer totalen Mondfinsternis ein Blutmond zu sehen ist.

    Tipps

    Welche dieser Annahmen kannst du ausschließen, weil sie anderen Beobachtungen widersprechen würden?

    Lösung

    Tatsächlich ist die Lichtbrechung rötlicher Farbanteile vom Sonnenlicht in den Schattenraum der Erde der Grund für den Blutmond. Das rote Licht gelangt zum Mond und wird von ihm reflektiert.

    Nachbilder auf der Netzhaut gibt es tatsächlich. Wenn du lange auf einen hellen Gegenstand schaust und dann den Kopf bewegst, siehst du ihn noch kurzzeitig vor deinen Augen. Dafür sind die Zeitspannen der Mondfinsternis jedoch zu lang und ist die Lichtmenge kurz vor dem Beginn der totalen Mondfinsternis zu gering.

    Würde das rötliche Licht von anderen Sternen stammen, müsste man diesen Effekt beispielsweise auch bei Neumond sehen. Zu diesen Zeiten ist der Mond für uns jedoch komplett unsichtbar, so wie er es ohne die beschriebene Lichtbrechung auch bei der totalen Mondfinsternis wäre.

    Und für die hartnäckigen Zweifler unter euch...die nächste totale Mondfinsternis kommt bestimmt.