Ändere die Größe eines Schattens!

Ein gruseliges Wissenschaftsprojekt von Science Buddies

Schlüsselkonzepte
Physik
Optik
Licht
Schatten

Einführung
Halloween ist fast da, und hinter jeder Ecke scheint ein gruseliger Schatten zu lauern! Glücklicherweise ist das alles, was sie wirklich sind – nur Schatten, die Teil der Dekorationen sind, die eingerichtet wurden, um Ihnen einen Nervenkitzel beim Trick or Treating zu bieten. Aber woher kommen diese Schatten und wie können einige von ihnen so groß sein? Machen Sie diese Aktivität und finden Sie heraus, wie Sie den größten und gruseligsten Schatten von allen erzeugen können!

Hintergrund
Man braucht eine Art Lichtquelle, um einen Schatten zu erzeugen. Dies kann die Sonne, eine Lampe oder eine Taschenlampe sein. Alle Lichtquellen emittieren Lichtwellen, die sich von ihnen wegbewegen. In der Optik, einem Spezialgebiet der Physik, wird dieses emittierte Licht als eine gerade Linie modelliert, die als Lichtstrahl bezeichnet wird und die die Richtung angibt, in der sich das Licht bewegt.

Um einen Schatten zu werfen, benötigen Sie ein Objekt, das Lichtstrahlen blockieren kann. Nicht jedes Objekt ist dazu in der Lage. Einige Materialien lassen das Licht durch, während andere nur einen Teil davon blockieren. Objekte, die in der Lage sind, das gesamte Licht zu blockieren, werden als opak bezeichnet und bilden einen Schatten. Sie benötigen auch eine große Fläche wie eine Wand oder einen Bildschirm, auf dem Sie den Schatten sichtbar machen können.

Wie kann man die Größe eines Schattens variieren? Je näher ein Objekt an der Lichtquelle ist, desto größer ist der Schatten, den es wirft. Denn ein Objekt, das näher an der Quelle liegt, blockiert einen größeren Bereich des Lichts und vergrößert seine Schattengröße. Probieren Sie es selbst in dieser Aktivität aus!

Materialien

Zwei Messbänder
Transparentes Klebeband
Undurchsichtige Gegenstände, die das Licht blockieren, wie z.B. eine Tasse, ein Spielzeugauto oder ein Ball.
Taschenlampe
Tabelle
Helle Wand
Gedimmte Arbeitsfläche
Papier
Stift

Vorbereitung

Stellen Sie einen Tisch direkt neben eine helle Wand.
Kleben Sie das erste Maßband mit der Nullmarke direkt an der Wand auf den Tisch.
Wählen Sie ein undurchsichtiges Objekt, das in der Lage ist, Lichtstrahlen von einer Lichtquelle vollständig zu blockieren. Er sollte nicht zu groß oder zu klein sein.
Legen Sie die Taschenlampe so auf den Tisch, dass sie mit dem Maßband zur Wand ausgerichtet ist. Er sollte 50 Zentimeter (20 Zoll) von der Wand entfernt sein.
Dimmen Sie die Lichter im Raum, damit es dunkel genug ist, um klare Schatten an der Wand zu sehen.

Vorgehensweise

Schalten Sie die Taschenlampe ein und richten Sie sie auf die Wand. Was siehst du an der Wand, wenn du das Licht einschaltest? Wie verändert sich das Aussehen der Wand, wenn Sie das Licht einschalten?
Schalten Sie die Taschenlampe aus, bewegen Sie sie aber nicht. Nehmen Sie das Objekt mit und stellen Sie es neben die Taschenlampe, 25 Zentimeter (10 Zoll) entfernt. Bewegen Sie es dann zur Wand, bis es 20 Zentimeter (acht Zoll) von der Wand entfernt ist. Was glaubst du, was du sehen wirst, wenn du das Licht einschaltest?
Schalten Sie das Licht ein und schauen Sie auf die Wand. Bildet das auf dem Tisch platzierte Objekt einen Schatten? Kannst du erklären, warum oder warum nicht?
Bewegen Sie das Objekt direkt zwischen Wand und Taschenlampe, so dass es auf dem Maßband liegt. Legen Sie es auf die 20 Zentimeter (acht Zoll) Markierung des Maßbandes. Wie wird sich der Schatten verändern, wenn Sie das Objekt bewegen?
Schalten Sie das Licht ein. Was siehst du diesmal an der Wand? Welche Form hat der Schatten? Wenn es einen Schatten gibt, nehmen Sie das zweite Maßband und messen Sie die Höhe des Schattens von der Tischoberfläche bis zu seiner Oberseite und schreiben Sie seine Größe auf ein Blatt Papier. Wie groß ist der Schatten?
Nachdem Sie die Höhe des Schattens gemessen haben, bewegen Sie das Objekt entlang des Maßbandes näher an die Wand, bis es die 10-Zentimeter-Marke erreicht. Messen Sie dann die Höhe des Schattens erneut und notieren Sie seine Größe. Wie verändert sich die Größe des Schattens, wenn Sie ihn weiter von der Lichtquelle weg bewegen? Bemerken Sie neben der Größe noch andere Unterschiede?
Bewegen Sie das Objekt näher an die Taschenlampe heran und platzieren Sie es an der 40 Zentimeter (16 Zoll) Markierung auf dem Maßband. Auch hier messen und notieren Sie die Höhe des Schattens. Wird der Schatten kleiner oder größer, wenn Sie das Objekt näher an der Lichtquelle platzieren?
Schauen Sie sich Ihre Ergebnisse auf dem Blatt Papier an. Wenn Sie möchten, können Sie ein Diagramm erstellen, das den Abstand von der Lichtquelle auf der x-Achse und die Größe des Schattens auf der y-Achse anzeigt. Wie ist die Größe des Schattens abhängig von der Entfernung des Objekts von der Lichtquelle? Können Sie Ihre Ergebnisse erklären?
Extra: Spielen Sie mit verschiedenen Objekten herum. Wählen Sie verschiedene Materialien oder Größen. Oder machen Sie Ihre eigenen Formen! Bilden sie alle einen Schatten? Warum oder warum nicht?
Extra: Stellen Sie eine zweite Lichtquelle vor, indem Sie zwei Taschenlampen vor die Wand stellen. Wie sehen die Schatten von Objekten aus, die Sie zwischen Taschenlampen und der Wand platzieren? Wie unterscheiden sie sich von Schatten mit nur einer Lichtquelle?
Extra: Versuchen Sie, Ihre Taschenlampe aus verschiedenen Winkeln auf das Objekt zu richten. Wie verändert der Winkel das Aussehen des Schattens?
Beobachtungen und Ergebnisse
Konnten Sie die Größe des Schattens des Objekts ändern? Bevor Sie die Größe des Schattens ändern konnten, mussten Sie ihn zuerst generieren. Wahrscheinlich haben Sie keinen Schatten gesehen, als Sie das Objekt neben die Taschenlampe gestellt haben und nicht direkt in den Lichtweg. Das liegt daran, dass das Licht geradlinig wandert und, da sich das Objekt nicht im direkten Lichtweg befand, das Licht von seiner Quelle nicht blockieren konnte. Sobald Sie das Objekt jedoch direkt in den Pfad platziert haben, hätten Sie einen Schatten an der Wand sehen sollen, der die gleiche Form wie das Objekt hatte. Diesmal konnte das opake Objekt das Licht von der Lichtquelle blockieren und den dunklen Schatten an der Wand erzeugen.

Sie hätten beobachten sollen, dass sich die Größe des Schattens verringert, wenn Sie das Objekt weiter von der Lichtquelle entfernt haben, und erhöht, wenn Sie es näher heranrücken. Sie blockieren einen viel größeren Teil des Lichts von der Quelle, wenn Ihr Objekt näher ist, was die Größe des Schattens erhöht. Jetzt weißt du, wie man gruselige Halloween-Schatten wachsen und schrumpfen lässt!

Mehr zu entdecken
Licht und Schatten, von Toppr
Licht scheint auf geraden Linien zu reisen, von der University of Leicester.
Rad Shadow Sketch, von Scientific American
Wissenschaftliche Aktivität für alle Altersgruppen, von Science Buddies

Diese Aktivität wurde Ihnen in Zusammenarbeit mit Science Buddies angeboten.

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