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Physik im Alltag und Naturphänomene

Merkwürdige Lichtstreifen hinter nicht ganz heruntergelassenen Rolläden

Wenn man einen normalen Kunststoffrolladen nur soweit herunterlässt, dass die Schlitze in den Lamellen zu sehen sind, bietet sich einem manchmal ein rätselhafter Anblick – sofern man gewillt ist, ihn überhaupt zur Kenntnis zu nehmen bzw. Lust hat, Ordnung in das an einen Barcode erinnernde Muster von Lichtstreifen zu bringen. Das obere Foto vermittelt einen Eindruck, wie man ihn vom verdunkelten Zimmer aus gewinnen kann. In der unteren Ausschnittvergrößerung wurden die Details heraukopiert auf die es im Folgenden ankommt. Darin betrachten wir die untere Reihe von Lichtschlitzen.
Unterhalb der Lichtschlitze sieht man zwei parallele, übereinander angeordnete Reihen von weiß-beigen Projektionen des Sonnenlichts in Form von abgerundeten Rechtecken, von denen sich jeweils zwei leicht gegeneinander verschoben überlagern. Wenn man nur eine Reihe mit einem einfachen Rechteck zu sehen bekäme, wäre die Lösung schnell bei der Hand: Das leicht schräg von oben durch den quasi-rechteckigen Lamellenschlitz einfallende Sonnenlicht bildet diese nach einer spiegelnden Reflexion in der Fensterscheibe auf die Lamelle ab. Von dort gelangt das Licht dann durch eine diffuse Reflexion ins Auge bzw. in die Kamera. Diffus heißt, dass das Licht in alle Richtungen ausgestrahlt wird und man es stets an derselben Stelle der Lamelle sieht aus welcher Richtung man auch blickt.
Aber wieso tritt das helle Rechteck im leicht gegeneinander verschobenen Doppelpack auf? Nicht nur die Vorderseite der Scheibe reflektiert einen kleinen Teil des Lichts (etwa 4%), sondern auch die Rückseite. Und da diese ein kleines Stück (etwa 5 mm) weiter vom Loch entfernt ist, erscheint der zweite Reflex ein wenig gegen den ersten verschoben. Das meiste Licht geht natürlich durch die Scheiben hindurch, wie man auch an der Helligkeit der Lamellenöffnungen sehen kann.
Die untere Reihe von Doppelreflexen ist darauf zurückzuführen, dass wir es hier mit einer Doppelglasscheibe zu tun haben und sich das Spiel an der zweiten Scheibe im Abstand von ca. 2 cm wiederholt. Im Prinzip wären weitere Aufhellungen durch Reflexionen zwischen den Scheiben untereinander zu erwarten. Die Intensität ist allerdings so gering, dass man davon hier nichts sehen kann.
Etwas Weiteres fällt auf: Getrennt von diesen weiß-beigen Rechtecken sind außerdem noch eine Reihe hellblauer Reflexe zu sehen. Das deutet auf eine weitere Lichtquelle hin. Sie unterscheiden sich von den weiß-beigen Rechtecken dadurch, dass sie sich mit dem Beobachter mitzubewegen scheinen. Sie treten im Foto nur deshalb unterhalb der Lichtschlitze auf, weil schräg nach oben fotografiert wurde. In ihnen sehen wir den blauen Himmel reflektiert, den wir auch direkt durch die Öffnungen hindurch sehen, wenn wir nicht gerade auf die Sonne blicken. Dass dabei die blaue Tönung weitgehend überstrahlt wird, ist auf die enormen Intensitätsunterschieden zwischen direktem und reflektiertem Himmelslicht zurückzuführen (Blooming).
Während jedoch die wie eine punktförmige Lichtquelle wirkende Sonne eine nahezu perfekte Projektion des Schlitzes hervorruft, würde der nahezu unendlich ausgedehnte Himmel zu einer ebenfalls groß ausgedehnten Abbildung führen. Man würde daher keine beobachtbare Wirkung feststellen. Was wir aber sehen sind die durch die Reflexion an den Grenzschichten des Glases entstehenden Spiegelbilder des Himmelsauschnitts. Damit eine solche spiegelnde Reflexion überhaupt in unsere Augen gelangen kann, muss es durch eine abermalige Reflexion wieder in die ursprüngliche zurückgelenkt werden.
In der Grafik (unteres Bild) sind die relevanten Lichtwege des von rechts oben einfallenden Lichts (der Übersicht halber voneinander getrennt) skizziert. Es sind im Prinzip sechs gegeneinander verschobene doppelte spiegelnde Reflexionen zu erwarten, bevor das Licht in unser Augen gelangt. Dabei fallen je zwei Spiegelungen (im 1. und im 3. Fall) wegen derselben Weglänge zusammen. Es sollten also vier voneinander getrennte bläuliche Rechtecke zu sehen sein.
Dem ist auch so: Im 1. Fall wird das Licht jeweils innerhalb einer der beiden Scheiben hin- und her reflektiert. Wegen derselben Weglänge des Lichts überlagern sich die beiden Reflexe und werden aufgrund des geringen Abstands der beiden Grenzflächen voneinander nur wenig aus der ursprünglichen Richtung des einfallenden Lichts verschoben. Unmittelbar unterhalb der unteren Schlitzreihe (mittleres Bild) kann man den entsprechenden Reflex am unteren Rand der Öffnung erkennen.
An den Reflexionen des 2., 3. und 4. Falls sind beide Scheiben beteiligt, sodass die Streifen deutlich aus der aus der ursprünglichen Richtung nach unten hin verschoben erscheinen. Sie liegen dicht beieinander, weil sich die Weglängen des Lichts nur wenig unterscheiden. Im 3. Fall sind die Weglängen der beiden möglichen Reflexionen sogar gleich, sodass sich die Reflexionen wie im 1. Fall überlagern. Das ist auch an der größeren Helligkeit des mittleren der drei Reflexe zu erkennen.
Wer demnächst seine Rollläden herunterlässt, sollte sich vielleicht ein wenig Zeit nehmen, um dieses Miniaturschauspiel im schmalen Zwischenraum zwischen Rollladen und Fenster anzuschauen.
Ein ganz ähnliches wesentlich einfacheres und einem anderen Kontext auftretendes Phänomen wurde in einem früheren Beitrag diskutiert.

 

Diskussionen

4 Gedanken zu “Merkwürdige Lichtstreifen hinter nicht ganz heruntergelassenen Rolläden

  1. Ich habe mir den Artikel rausgedruckt, nachdem ich ihn gestern Nacht flüchtig und heute Morgen konzentrierter durchgelesen hatte.
    Nach dem Ausdruck konnte ich bestimmte Sätze markieren.

    Zunächst mal Danke für die Erklärung des Begriffs „diffus“. Man muß immer davon ausgehen, daß Standardbegriffe in ihrer Bedeutung nicht allgemein klar sind. So auch hier.

    Die Zuordnung des Satzes
    „Dass dabei die blaue Tönung weitgehend überstrahlt wird, ist auf die enormen Intensitätsunterschieden zwischen direktem und reflektiertem Himmelslicht zurückzuführen (Blooming).“
    ist mir nicht gelungen. Auf welchen Satz zuvor bezieht er sich?

    Der Satzteil
    „würde der nahezu unendlich ausgedehnte Himmel zu einer ebenfalls groß ausgedehnten Abbildung führen. Man würde daher keine beobachtbare Wirkung feststellen.“
    ist für mich etwas rätselhaft.

    Zum Schluß:
    Das mit „derselben Weglänge“ fällt ins gleiche Raster wie meine Anmerkung zu „diffus“ – es ist erhellend.

    Ansonsten herzlichen Dank für diesen Artikel!

    Verfasst von kopfundgestalt | 23. November 2019, 11:23
    • Vielen Dank für dein gründliches Lesen des Beitrags. Deine Verständnisprobleme kann ich gut verstehen, weil sie wieder einmal auf einigen stillschweigenden Voraussetzungen beruhen. Beispielsweise sind „diffuse Reflexion“ und „spiegelnde Reflexion“ Termini der Physik. Die könnte ich zwar jedes Mal erklären, das würde aber dazu führen, dass die Beiträge noch länger würden. Daher versuche ich einfach mal auf deine Fragen einzugehen.
      • Wenn man direkt durch die Schlitze blickt, sieht man den blauen Himmel. Sie müssten also eigentlich blau sein, wie auch die Reflexionen zeigen. Aber da der Kontrast zwischen der Lichtstärke des direkten Anblicks des Himmels und der schwachen Reflexionen auf der abgedunkelten Seite des Rollladens so groß ist, kann nicht beides gleichzeitig gut sichtbar abgebildet werden. Wenn man also auf die schwachen Reflexe blickt bzw. diese fotografiert, erscheint das direkte Himmelslicht so intensiv, dass weder das Auge noch der Fotoapparat die wahre Farbe zeigen, stattdessen sieht man weiß; in der Fotografie spricht man vom blooming-Effekt (genauere Erklärung: https://hjschlichting.wordpress.com/2018/01/26/schneelandschaft-mit-sonne/).
      • Die Schlitze wirken wie eine Lochkamera: Eine große Fläche (der Himmel) wird durch ein Loch kopfstehend als große Fläche auf der Scheibe abgebildet – so groß, dass die Lichtintensität nicht ausreicht, diese „Aufhellung“ sichtbar werden zu lassen.
      • Die Weglänge ist hier ganz anschaulich die Länge des gedachten Weges, der in der Skizze für die verschiedenen Wege des einfallenden Lichts eingezeichnet wurde. Man muss also die Wegabschnitte addieren.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 23. November 2019, 16:35
  2. Ja, danke, erst jetzt gelesen, nach einem seeeehr langen Tag. Die Anmerkungen treffen ins Blau-Schwarze und erhellen Teile dessen, was noch nicht erhelllt war 😉

    Verfasst von kopfundgestalt | 23. November 2019, 23:15

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