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Marginalia, Physik im Alltag und Naturphänomene

Hieroglyphen aus Licht

Fensterreflex110a

Schlichting, H. Joachim. In: Tipler, Paul A.; Mosca Gene: Physik. 7. Auflage. Berlin, Heidelbert: Springer 2015,  S.1076 f

Wer an einem sonnigen Tag mit offenen Augen durch die Stadt geht, kann in den Genuss eines Lichtphänomens kommen, dessen Ursprung sich vermutlich nicht sofort erschließen lässt: Lichtkreuze in Lichtkreisen.
Der Ursprung der Lichtkreuze ist in den spiegelnden Reflexionen der Sonne in den Fensterscheiben von Gebäuden zu sehen. Das Licht wird je nach der Höhe der Sonne auf die gegenüberliegende Häuserfront oder die Straße projiziert. Man muss nur zwei Minuten warten, um festzustellen, dass sich der Reflex um seinen eigenen Durchmesser verschoben hat.
Doch wie kann eine rechteckige ebene Scheibe Reflexe hervorrufen, deren Form nichts Rechteckiges an sich hat? Die Ursache dafür ist in der hohl- und wölbspiegelartigen Verformung der rechteckigen Scheiben zu finden. Eine solche Verformung, die beim direkten Anblick eines Fensters kaum zu erkennen ist, kann nur bei Doppelglasscheiben auftreten. Das erklärt im Übrigen auch, warum das Phänomen erst in den letzten Jahrzehnten, seit immer mehr Isolierglasscheiben verbaut wurden, in Erscheinung getreten ist.
Isolierglasscheiben werden so konstruiert, dass zwei Glasscheiben durch einen Abstandhalter getrennt luftdicht miteinander verklebt werden. Der Zwischenraum enthält entweder trockene Luft oder ein anderes Gas. Entscheidend ist aber, dass der Luftdruck zwischen den Scheiben dem jeweiligen Außendruck entspricht, bei dem die Scheiben verklebt werden. Steht die Fensterscheibenfabrik in München (518 m ü. NN) und wird das Fenster in Münster (60 m ü. NN) in ein Gebäude eingebaut, so werden sich die beiden Scheiben aufgrund des höheren Außendrucks am tiefer liegenden Ort nach innen wölben. Das Sonnenlicht trifft daher zunächst auf eine konkav und anschließend auf eine konvex gewölbte Scheibe. Der jeweils gespiegelte Teil des Lichts wird folglich von der äußeren Scheibe fokussiert und von der inneren Scheibe defokussiert.
Da rechteckig eingespannte Scheiben längs der Diagonalen am stärksten gekrümmt werden, entwirft die konkav gekrümmte Scheibe auf der Projektionsfläche eine kreuzförmige Lichtfigur. Sie wird von einer Art Lichtkreis überlagert, der durch die Defokussierung an der konvex gekrümmten Scheibe entsteht. Wie man sich leicht überlegen kann, entstehen bei umgekehrten Druckverhältnissen die gleichen Lichtfiguren. Die Scheiben sind dann nach außen gewölbt und vertauschen ihre Rollen.
Da von jeder Scheibe nur wenige Prozent des einfallenden Lichts reflektiert werden, mag es erstaunen, dass die Lichtfiguren so deutlich zu erkennen sind. Dies ist vor allem der Tatsache zu verdanken, dass die Projektionswände naturgemäß meist im Schatten liegen.
Wer die Lichtkreuze einmal gesehen hat, sieht sie immer wieder und sie oder er wird dabei erkennen, dass sich nicht immer ein Kreuz in einem Kreis ergibt, sondern oft große Abweichungen zu beobachten sind, die von bloßer Unschärfe bis zu Figuren reichen, die nichts mehr mit einem Kreuz gemein haben. Das liegt daran, dass ein scharfes Kreuz nur dann entsteht, wenn die Krümmung gerade so groß ist, dass der Abstand der Projektionswand der dazu passenden Brennweite entspricht und die Scheiben keine anderweitigen Deformationen aufweisen.

 Weiterführende Literatur:  Schlichting, H. Joachim. Lichtkreuze in Lichtkreisen. MNU 57/8, 467-474 (2004).

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