Schattenbildung

Autor:
Publikation:	30.6.1999
Herkunft:	La main à la pâte, Paris

Licht breitet sich geradlinig aus. Eine der Folgen dieser geradlinigen Ausbrei­tung ist die Schattenbildung. Machen wir folgendes Experiment: Wir beleuch­ten einen Tennisball mit einer als punktförmig angenommenen Lichtquelle. Da es eine vollkommen punktförmige Lichtquelle in Wirklichkeit nicht gibt, verwen­den wir eine einfache Taschenlampenbirne. Da der Glühfaden der Birne sehr fein und klein ist, kann man diese Quelle als nahezu punktförmig ansehen.

Abb. 1: Schattenbildung bei Benutzung einer punktförmigen Lichtquelle

Wenn man sich hinter den Ball in den Bereich stellt, wohin das von der Glüh­lampe ausgehende Licht nicht kommt, sieht man die Glühlampe nicht. Der gesamte Bereich hinter dem Ball wird Schattenbereich genannt. Der Ball hindert das von der Glühlampe ausgehende Licht daran, dorthin zu gelangen. Auf dem Schirm sieht man einen (in diesem Fall kreisrunden) dunklen Fleck, den man Schlagschatten nennt. Der Bereich zwischen dem Ball und dem Schirm, in den die Lichtstrahlen der Glühlampe nicht hingelangen, hat wegen der runden Form des Balls die Form eines Kegels: Es ist ein Schattenkegel. Wenn man anstelle des Balls einen anders geformten Gegenstand genommen hätte, hätte der Schattenbereich auch eine andere Form gehabt.

Wenn die Lichtquelle ausgedehnt ist, was fast immer der Fall ist (Sonne, Straßenlaterne, ...), hat der dunkle Fleck auf dem Schirm keinen klar abge­grenzten Rand mehr. Man findet vielmehr einen fließenden Übergang von Hell nach Dunkel. Dieser Übergangsbereich wird als Halbschatten bezeichnet. Wenn man sich in den Bereich des Halbschattens stellt und in Richtung der Licht­quelle blickt, sieht man immer einen Teil der ausgedehnten Lichtquelle (machen Sie den Versuch!). Erst vom Bereich des eigentlichen Schattens aus ist die Lichtquelle vollständig verdeckt.

Abb. 2: Schattenbildung bei Benutzung einer ausgedehnten Lichtquelle

Um die Bereiche des Schattens und des Halbschattens grafisch zu ermitteln, braucht man nur Geraden zwischen den äußersten Punkten der Lampe und den Randpunkten des schattenerzeugenden Objekts zu ziehen (siehe Abb. 2). Der Bereich des Schattens, der von keiner der Geraden erreicht werden kann – weil der den schattenbildende Gegenstand dazwischen liegt –, ist der soge­nannte Kernschatten. Der Bereich, der von einem Teil der Geraden (aber eben nicht allen) erreicht werden kann, ist der Halbschatten. Dieser bildet rund um den eigentlichen Schattenbereich einen "Rand".

Stellen Sie sich nun einmal vor, die Lampe wäre die Sonne und der Tennisball der Mond. Wenn man jetzt den Schirm wegnimmt und stattdessen eine weitere (größere) Kugel, z.B. einen Fußball, an seine Stelle setzt, hat man genau die Situation modelliert, wie sie bei einer Sonnenfinsternis auftritt: Der Mond er­zeugt einen Schatten auf einem Teil der Erde. Es gibt dann einen Bereich auf der Erde, in dem die Sonne völlig verdeckt ist (dort ist es völlig dunkel); dieser ist umgeben von einem Bereich, in dem die Sonne nur teilweise vom Mond verdeckt ist.

Wenn Sie nun die Rollen von Erde und Mond vertauschen (so dass die Erde einen Schatten auf den Mond wirft), haben Sie ein Modell für eine Mond­finsternis. Allerdings ist die Erde wesentlich größer als der Mond, so dass der Mond ganz und gar im Kernschatten der Erde liegen kann, wie es bei einer totalen Mondfinsternis der Fall ist.

Messungen von Größe und Richtung eines Schattens können auch genutzt werden, um die Position einer Lichtquelle zu bestimmen. So gibt die Variation des Schattens eines senkrecht in die Erde gesteckten Stabes den Lauf der Sonne während des Tages wieder. Nach diesem Prinzip werden Sonnenuhren gebaut.

Letzte Aktualisierung: 29.11.2023