Ausbreitung des Lichts

Hallo, mein Name ist Philip und ich erzähle euch heute etwas über die Ausbreitung des Lichtes. Wie wichtig Licht für unser tägliches Leben ist, muss ich wohl nicht betonen. Ohne Licht würden wir buchstäblich im Dunkeln stehen. Alles was ihr sehen könnt, sendet in irgendeiner Form Licht aus. Und zuerst wollen wir uns die Wege dieses Lichtes ansehen. Danach beschäftigen wir uns mit dem Zusammenspiel von Licht und Materie. Also Stoffe und Objekte um uns herum. Hierbei wollen wir vor allem zwischen durchlässigen und undurchlässigen Materialien unterscheiden. Zuletzt erkläre ich euch dann etwas über den Schatten und wie dieser entsteht, denn Licht und Schatten sind ohneeinander undenkbar. Die 1. Beobachtung, die man täglich machen kann, ist, dass sich das Licht in alle Richtungen recht gleichmäßig ausbreitet. Es wird also nicht passieren, dass eine Glühlampe nur nach eine Richtung das Licht aussendet und die andere dunkel bleibt. Der 2. Punkt ist die gradlinige Ausbreitung des Lichtes, das bedeutet, Licht breitet sich immer entlang gerader Linien aus und nicht entlang gebogener oder geknickter Strecken. Diese geraden Linien nennt man im allgemeinen Lichtstrahlen. Mit ihnen kann man den Weg den das Licht zurück legt sehr gut beschreiben. Wir werden ab jetzt nur noch über solche Lichtstrahlen reden.Hierbei wollen wir vor allem zwischen durchlässigen und undurchlässigen Materialien unterscheiden. Nun ergibt sich die Frage: Was passiert, wenn unser Licht auf Materie trifft, wenn irgendein Material, Gegenstand oder Stoffe im Weg eines solchen Gegenstands ist ?

Hier muss man 2 Fälle unterscheiden. Zuerst betrachten wir undurchlässige Materialien, hiervon kennt ihr viele. Die meisten Metalle oder Steinsorten, Holz oder dickes Blatt Papier. Wenn ein Lichtstrahl auf ein solches undurchlässiges Material trifft, so wird er reflektiert. Das bedeutet, dass der Lichtstrahl quasi vom Gegenstand abprallt und zurück geworfen wird. Der Lichtstrahl kann dabei nicht durch das Material gelangen. Diese Reflexion ist der Grund, warum wir die meisten Dinge um uns herum überhaupt sehen können. Denn es kommt vor, dass ein Lichtstrahl zum Beispiel auf ein Buch fällt, dort wird er reflektiert, prallt also vom Buch ab und läuft gerade in eine andere Richtung weiter. Dabei wandert er dann zum Beispiel bis in unser Auge. Wir sehen nämlich eigentlich nicht das Buch, sondern nur einen Lichtstrahl, der von dem Buch reflektiert wird. Diese Reflexion ist der Grund, warum wir die meisten Dinge um uns herum überhaupt sehen können. Wir müssen also unterscheiden, zum einen gibt es Objekte die selber Licht aussenden wie Glühlampen oder die Sonne. Diese Objekte nennt man Lichtquellen oder selbstleuchtend: Andere Dinge reflektieren das Licht lediglich und werden so über unsere Augen wahrgenommen. Jedoch reflektieren nicht alle Materialien das Licht gleichstark, die Menge an Licht, die ein Gegenstand reflektiert, hängt stark von der Farbe ab. Helle Farben wie Weiß oder Rosa werfen sehr viel Licht zurück, während dunkle Farben wie Schwarz, das Licht kaum reflektieren. Deshalb kann man in einem dunklen Raum, weiße Gegenstände besser erkennen als schwarze oder braune. Und Reflektoren an Fahrrädern sind deswegen auch immer in einem knalligen Orange oder Gelb, damit sie möglichst viel Licht reflektieren und man sie im Dunkeln gut erkennen kann. Die Materialien von denen dass Licht jedoch nicht abprallt, heißen durchlässig. Hier kann das Licht durchtreten wie zum Beispiel durch eine Glasscheibe, Wasser, die Luft um uns herum oder manches Plastik. Wir sind also in der Lage durch dieses Material hindurch zu sehen und nennen es deswegen auch durchsichtig. Jedoch kann das Licht nicht einfach spurlos durch das Material gelangen. Bewegt sich ein Lichtstrahl durch ein durchsichtiges Material wie zum Beispiel Luft oder Wasser, so  tut es dies gradlinig. Anders verhält es sich nun aber, wenn er von diesem durchlässigen Material auf einen anderen durchlässigen Stoff trifft. An der Stelle wo die beiden Materialien sich berühren, wird der Lichtstrahl abgeknickt. Man sagt, der Lichtstrahl wird gebrochen. Danach bewegt er sich wieder auf einer geraden Linie fort, solange bis er wieder an einen anderen lichtdurchlässigen Material abgeknickt oder an einem undurchlässigen Material reflektiert wird. Durchlässige Materialien brechen also das Licht, deswegen werden Gegenstände hinter einer Glasscheibe  manchmal verzerrt. versucht zum Beispiel einmal durch eine Glasflasche zu gucken und durch diese Flasche einen kleinen Text zu lesen. Das Licht wird am Rand des Glases gebrochen. Die Buchstaben des Textes sehen dadurch verzerrt und verrutscht aus. Sodass man sie kaum noch erkenn kann. Unser letzter Abschnitt soll sich nicht direkt mit dem licht beschäftigen, denn es geht nun um den Schatten. Und vorweg kann man schon mal sagen, Schatten ist einfach, das fehlen von Licht. Stellen wir uns eine weiße Wand vor. Und auf diese Wand soll von einer Glühlampe etwas Licht fallen. Doch was passiert, wenn sich auf einmal ein undurchlässiger Gegenstand in den Weg schiebt. Das Licht wird von diesem Gegenstand reflektiert, kann also nicht mehr hindurchtreten. Das Wandstück genau hinter diesem Gegenstand, wird also nicht mehr beleuchtet, der Rest der Wand hingegen schon. Diese nicht beleuchtete Fläche nennt man im allgemeinen Schatten. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie dunkler sind als ihre Umgebung. Die Position und Größe eines Schattens kann man mit sogenannten Grenzstrahlen bestimmen. Das sind die Lichtstrahlen, die gerade noch an den Schatten werfenden Gegenstand vorbei kommen. Das Wandstück zwischen diesen Grenzstrahlen wird nun nicht angeleuchtet und bildet den Schatten. Das liegt einfach daran, dass sich das Licht nur auf geraden Linien ausbreiten kann. Interessant werden diese Schatten aber vor allem, wenn nicht nur eine, sondern zwei Lampen auf die Wand scheinen, denn nun müssen wir die Grenzstrahlen von zwei Lampen einzeichnen. Das tun wir hier einmal aus der Sicht von oben. Es entstehen nun unterschiedliche Bereiche auf der Wand. Der Großteil der Wand wird von beiden Seiten beleuchtet, doch auf einen kleinen Teil fällt überhaupt kein Licht, weil die Strahlen von beiden Lampen vom Gegenstand abgehalten werden. Diesen Bereich nennt man Kernschatten. Er ist besonders dunkel, da er absolut unbeleuchtet ist. Daneben gibt es noch die Halbschatten. Das sind Gebiete, wo nur Lichtstrahlen von einer Lampe auftreffen. Die Strahlen der anderen Lampe jedoch nicht hingelangen. Diese Halbschatten haben nur eine mittlere Helligkeit. Sie sind nicht so hell wie die vollbeleuchteten Bereiche und nicht so dunkel wie die Kernschatten. Es entstehen nun Abstufungen von Schatten. Maximal gibt es  dabei so viele Arten von Schatten wie Lampen im Raum sind. Wenn ihr mehrere Lampen in eurem Zimmer habt , könnt ihr das ja mal selbst ausprobieren und etwas mit Licht und Schatten  experimentieren. Die Größe und Position von Schatten lässt sich durch Grenzstrahlen bestimmen. Lichtstrahlen werden von leuchtenden Lichtquellen erzeigt. Also zum Beispiel die Sonne oder gar eine Lampe. Das Licht breitet sich von dort meist gleichmäßig und gradlinig in alle Richtungen aus. Der Weg den das licht zurücklegt, lässt sich sehr gut mit Lichtstrahlen beschreiben. Das sind einzelne gerade Striche, die das Verhalten des lichtes widerspiegeln. Das gradlinige Ausbreiten erfolgt aber nur so lange, bis die Strahlen auf Objekte treffen. Hierbei muss man unterscheiden, treffen sie auf undurchlässige Gegenstände, so werden sie reflektiert. Dabei können die Lichtstrahlen bis in unser Auge gelangen und das ist der Grund, warum wir die meisten Objekte um uns herum überhaupt sehen können. Gegenstände mit hellen Farben reflektieren dabei meist besser als welche mit dunklen Tönen. Treffen sie jedoch auf durchsichtige Materialien wie Glas, so wird der Lichtstrahl gebrochen, es entsteht ein Knick an der Oberfläche der beiden Materialien. Diese Lichtbrechung können wir als Verzerrung oder Verschiebung sehen. Wie stark das licht abgeknickt wird, hängt von der Durchlässigkeit des Materials ab. Gebiete wo kein Licht hingelangt, nennt man hingegen Schatten. Die Größe und Position von Schatten lässt sich durch Grenzstrahlen bestimmen. Besonders zu unterscheiden ist hierbei zwischen Kernschatten und Halbschatten, je nachdem wie viel Licht auf die einzelnen Schatten scheint.   Ich hoffe ich konnte euch dieses Thema etwas erhellen und möge euch das nächste Mal ein Licht aufgehen, wenn ihr eine Lampe anschaltet, euer Philip Physik.