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Brechung

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Du sollst dir kein Bildnis machen

Was unterscheidet den auf dem Foto zu sehenden, auf einer nicht ganz ruhigen Wasseroberfläche spiegelnd reflektierten Menschen? Ihr sagt: Ich sehe nur die Reflexion des Menschen und das sei ein Unterschied zur direkten Ansicht. Doch wie ist es mit einem Objekt, das ich durch aufsteigende warme Luft hindurch sehe, wie es zuweilen bei einer aufgeheizten Straße oder bei einem Feuer beobachtet werden kann? Es erscheint durch die Brechung des Lichts in der heißen Luft noch stärker verzerrt als der im Wasser gespiegelte Mensch. Sehe ich ihn nicht direkt? Denn Luft ist auch zwischen ihm und mir, wenn er mir näher und weniger verzerrt ist. Weiterlesen

Brechungsmuster von Trinkgläsern

Einige Gläser, die hier auf ihre Füllung warten erfreuen uns derweil mit eindrucksvollen Lichtmustern, die durch die Brechung des von oben einfallenden Lichts beim Durchgang durch die Gläser hervorgerufen werden. Diese Brechungsmuster bestehen aus hellen und dunklen Bereichen, die durch die Form der Gläser gestaltet werden. Dabei heißt hell heller als die Projektionsfläche (eine weiße Tischdecke) und dunkel dunkler als die Projektionsfläche.
Beim Durchgang des Lichts durch die Gläser wird es gebrochen, also aus seiner Richtung abgelenkt und zwar so, dass es beim Übergang von Luft in Glas zum Einfallslot hin und beim Übergang vom Glas zur Luft vom Einfallslot weg aus seiner Richtung abgelenkt wird. Aufgrund der Strukturen der Sektgläser führt das dazu, dass an einigen Stellen mehr und an anderen Stellen weniger Licht landet als es ohne die Gläser der Fall wäre. Die durch das Licht transportierte Energie, die vor allem in seiner Helligkeit zum Ausdruck kommt, ist erhalten, kann also weder erzeugt noch vernichtet werden. Daher kann man anschaulich gesprochen davon ausgehen, dass die helleren Stellen zwangsläufig anderswo dunklere Stellen zur Folge haben.
Im Licht stehende Trinkgläser sind also in der Lage, ihre Schönheit in Form von ästhetisch ansprechenden Brechungsmustern außerhalb ihrer selbst zum Ausdruck zu brinden und auf diese Weise zu steigern.

Vielleicht fällt der einen oder dem anderen auch noch auf, dass die konzentrischen Lichtringe unterhalb der Projektionsfläche der Tischdecke zu liegen scheinen, obwohl von einer Spiegelung keine Rede sein kann – eine schöne optische Illusion.

Fließwassergemälde

Nach dem Regen regen sich auch wieder die in der hinter uns liegenden Trockenzeit verschwundenen Bäche. Sie sind wieder da, tauchen an bestimmten Stellen des Berghangs zunächst nur in Form einer kleinen Pfütze, dann aber bergabwärts immer größer werdend wieder auf, sodass man mit Recht von Bächen sprechen kann.
Und sie bringen auch gleich wieder das insbesondere bei Sonnenschein beeindruckende  Phänomen mit sich, in dem der profane Untergrund in ein veritables Kunstwerk umgestaltet erscheint: Man blickt durch das strömende Wasser, sodass das vom Untergrund ausgehende Licht ständig in andere Richtungen gebrochen wird und infolge der Belichtungszeit der Kamera auch noch strähnenförmig verfremdet wird. Natur und Technik spielen hier in ästhetisch produktiver Weise zusammen.

Selbstabbildung der Natur – Ringe und Kreuze

Ein Stein fällt in ein Becken mit Wasser, reißt eine Portion Luft mit sich, die in Form von vier (Halb-) Blasen an die Oberfläche steigen und hier einige Zeit verbringen (siehe Foto).
Schon platzt die erste Blase. Sie wäre einfach weg, wenn nicht die Sonne die dadurch ausgelösten direkt nicht zu sehenden Wellenbewegungen auf dem Wasser auf dem Grund des Beckens abbilden würde. Dort sieht man ein eindrucksvolles System heller und dunkler Ringe. Sie entstehen dadurch, dass das Sonnenlicht an den Wellen gebrochen wird, sodass die Wellenberge wie ringförmige Sammellinsen wirken, während die Wellentäler das Licht ringförmig streuen. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Oktober 2020

Wie kommt es zu diesen Verzerrungen?

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Ein Sternenhimmel in der Badewanne

H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 51/5 (2020), S. 254

Auf einer Wasseroberfläche driftende Blasen rufen im Sonnenlicht sternförmige Kaustiken auf dem Grund des Behälters hervor. Ursache ist die Brechung und Fokussierung des Lichts am äußeren und inneren Meniskus der Blase.

Wenn im Sommer wassergefüllte Behälter, z.B. eine Badewanne in der Sonne stehen, wird der aufmerksame Beobachter vielleicht von sternartigen Lichtflecken auf dem Boden des Behälters überrascht sein. (siehe Abbildung). Voraussetzung dafür, dass diese vierzackigen Sterne erscheinen sind auf der Wasseroberfläche driftende Blasen, die fast immer vorhanden sind, wenn die Wanne den sommerlichen Spielen mit Wasser dient. Jede Blase projiziert einen solchen Stern auf den Boden.
Bei den Sternen handelt es sich um Kaustiken (Brennlinien), die durch das von der Blase deformierte Wasser hervorgerufen werden. Dieses Phänomen war schon Leonardo da Vinci (1452 – 1519) bekannt, der es folgendermaßen umschreibt, ohne es jedoch zu erklären. „Der durch die Blase an der Oberfläche des Wassers gehende Strahl wirft auf den Grund des Wassers ein kreuzförmiges Bild von dieser Blase“.
Das Phänomen kommt dadurch zustande, dass sich an der Innen- und Außenseite der Blase ein Wassermeniskus ausbildet. Ähnlich wie das Wasser in einem Trinkglas wegen der Benetzbarkeit des Glases ein Stück weit an der Gefäßwand aufsteigt, passiert dies erst recht bei einer im Wesentlichen aus Wasser bestehenden Blase – und, das diese auf der Wasseroberfläche driftet, sogar innen und außen. Da in der Blase ein gewisser Überdruck gegenüber dem äußeren Luftdruck herrscht, wird die Wasseroberfläche innerhalb der Blase auch noch ein wenig eingedellt, wodurch dieser Effekt noch verstärkt wird.
An diesem Meniskus wird das Licht wie an einem halbkreisförmig gebogenen Prisma gebrochen und auf den Boden der Wanne fokussiert. Komplementär passiert etwas Entsprechendes an der äußeren Blasenwand, allerdings mit umgekehrter Krümmung. Beide Kaustiken überlagernd sich auf dem Boden des Gefäßes zu dieser auffälligen Sternkaustik.

Eingereichtes Manuskript

Tautropfen als optische Linsen

Einige Tautropfen auf dem Schilfblatt werden von der tiefstehenden Sonne unter großem Einfallswinkel getroffen. Das Licht wird durch diese flüssigen Linsen auf einen Brennfleck fokussiert. Dort wo das Licht infolgedessen fehlt, verhält sich der Tropfen wie ein undurchsichtiges Gebilde und ruft einen Schatten hervor. Dieser bietet dem Brennfleck einen idealen Hintergrund, indem er den Helligkeitskontrast steigert und den Brennfleck noch prägnanter erscheinen lässt.
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Eine Tablette als Kugellinse

Als ich gestern Morgen die Vitamin-D-Tablette auf den Tisch legte, drang der helle Tag bereits durch das Fenster und breitete das was mir offenbar fehlt in konzentrierter Form vor mir aus – Licht. Des Kontrastes wegen wurde es auch noch malerisch von einem dunklen Schatten umgeben. Das durch das Fenster fallende Licht, das man auch noch auf der winzigen 6 mm großen transparenten kugelförmigen Tablette gespiegelt sieht, wird von ihr gebrochen und auf einen Brennfleck fokussiert. Zumindest schemenhaft kann man darin auch noch Reste der roten Morgendämmerung erkennen.
Vielleicht wird die Wirkung der Tablette ja auch dadurch erzielt, dass man sie auf die Hand oder einen andere Hautstelle legt, um in den konzentrierten Lichtgenuss zu kommen 😉

Prismatische Zerlegung eines Sonnentalers

Der farbige Sonnentaler tanzt mir schon wieder vor der Nase herum und fordert mich geradezu heraus, etwas mit ihm anzustellen. Vor einiger Zeit legte ich drei aus einem anderen Experiment stammende Glasmurmeln in den Lichtfleck. Diesmal habe ich eine hexagonales Prisma zur Hand, das ich mitten in das farbige Lichtgewusel hineinstelle. Ich staune nicht schlecht, wie sich die Dinge ändern: In das farbige Runde mischt sich das geometrisch Gerade hinein. Das bunte Licht wird den Facetten des Glasobjekts entsprechend in vielfacher Weise reflektiert, gebrochen und teilweise sortiert.
Aber auch das Glasobjekt sieht ganz anders aus. Und wenn ich nicht wüsste, wie es beschaffen ist, hätte ich vermutlich Schwierigkeiten, es in seinem Originalaussehen zu erkennen.

Was Goethe wohl dazu gesagt hätte? Gegen die Newtonsche Farbenlehre dichtete u.A. mit folgenden Reimen an:

Ist erst eine dunkle Kammer gemacht
Und finstrer als eine ägyptische Nacht,
Durch ein gar winzig Löchlein bringe
Den feinsten Sonnenstrahl herein,
Dass er dann durch das Prisma dringe:
Alsbald wird er gebrochen sein.
Aufgedröselt bei meiner Ehr‘
Siehst ihn, als ob’s ein Stricklein wär‘,
Siebenfarbig statt weiß, oval statt rund.
Glaube hierher des Lehrers Mund:
Was sich hier auseinander reckt,
Das hat alles in Einem gesteckt.
Und dir, wie manchem seit hundert Jahr,
Wächst darüber kein graues Haar.*


* Johann Wolfgang von Goethe. Aus: Sprüche in Reimen – Zahme Xenien. VII.

Spektakuläre (W)Einblicke

Ein Weinglas bringt bereits spektakuläre Eindrücke hervor, bevor es geleert wird. Wenn das keine Verheißung ist!

Dieses und andere Phänomene beim Blick in und durch ein Trinkglas muss Joachim Ringelnatz vor Augen gehabt haben, als er sagte:

Die besten Vergrößerungsgläser für die Freuden dieser Welt sind jene, aus denen man trinkt.

Bei allen optischen Phänomenen die beim Durchgang von Licht durch ein Trinkglas hervorgerufen werden (z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier), ist die Vergrößerung allerdings nicht sehr augenfällig, wie man z.B. dort sehen kann.

Optische Täuschungen 10: Weitere Täuschungen

Optische Täuschungen gibt es nicht nur als raffiniert hergestellte künstliche Objekte, sondern können in zahlreichen Alltagssituationen beobachtet und mit einfachen Argumenten der geometrischen Optik beschrieben werden. Auch wenn das Wort „Täuschung“ meist negativ konnotiert ist, sollte nicht übersehen werden, dass wir in vielen Bereichen der Wahrnehmung, Beschreibung und Erklärung der Welt von optischen Täuschungen profitieren und sie gar nicht als solche ansehen. Dass wir uns auf dieser Gratwanderung zwischen Schein und Sein in extremen oder seltenen Situationen zuweilen genarrt und getäuscht sehen, sollte als unvermeidlicher Tribut an die positiven Aspekte der optischen Täuschung in Kauf genommen werden. Ganz abgesehen davon sind – wie in diesem Beitrag gezeigt werden sollte – viele dieser Täuschungen lustig, faszinierend und die physikalische Intuition herausfordernd. Überdies können sie eine Bereicherung für den Physikunterricht darstellen.
Täuschungen waren auch schon vor dieser Serie Gegenstand dieses Blogs, ohne dass mir bewusst wurde, dass immer wieder neue hinzukommen würden. Einige dieser Beiträge seien hier nocheinmal zusammengestellt:

  1. Täuschung und Enttäuschung
  2. Kippfiguren im Alltag
  3. Qualitative „Spektroskopie“ im Alltag
  4. Schau nicht so genau hin
  5. Von wegen 3D
  6. Licht im Schatten
  7. Eingebildete Farben
  8. Physik am Pool
  9. Wenn der Pool ins Schwimmen gerät
  10. Schwebende Lichtkugel

Blau-bleu-blue

Blau? Das ist für mich die Farbe meiner Träume.

Joan Miro (1893 – 1983)

Reflexionen und Brechungen

Reflexionen können verwirren, nicht nur die durch Spiegel, sondern auch die durch Denkprozesse hervorgebrachten. Sie können Selbstverständlichkeiten zu Problemen umformen, sodass man Schwierigkeiten des Wiedererkennens hat.
Der hier abgebildete Glaskörper ist ein Beispiel. Er wurde ohne irgendeine Einflussnahme welcher Art auch immer auf dem Schreibtisch vor einem Fenster liegend fotografiert. Weiterlesen

Kunst und Physik-Schwerpunkt: Das Fenster: Ausblick, Durchblick, Anblick, Einblick

Seit einigen Jahren führe ich im Frühsommer und im Herbst in Neustadt (Weinstraße) eine Lehrerfortbildung zum Thema „Kunst und Physik“ mit wechselnden Schwerpunkten durch. Ich bin mehrfach gebeten worden, dies in meinem Blog mitzuteilen. Heute findet eine solche ganztägige Fortbildung statt. Dabei geht es diesmal um den Schwerpunkt des Fensters aus künstlerischer und physikalischer Perspektive. Weiterlesen

Tiefer Blick ins Glas

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 11 (2019) S. 62 – 63

Der gerade Stecken
erscheint im Wasser krumm
Michel de Montaigne (1533–1592)

Eingeschenkte Flüssigkeiten rufen oft erstaunliche Wahrnehmungstäuschungen hervor – selbst wenn es sich nur um Wasser handelt.

In einem Glas mit Sprudelwasser macht sich ein Trinkhalm manchmal selbstständig, steigt auf und kippt möglicherweise sogar heraus (»Fällt er oder fällt er nicht?«, Spektrum Juli 2009, S. 38). In stillem Wasser hingegen steht er ruhig, und die Situation erscheint vergleichsweise reizlos – doch das ändert sich, sobald man genauer hinsieht. Weiterlesen

Am Anfang war das Licht

Ein Glaswürfel steht vor einem Fenster und wird vom blauen Himmelslicht getroffen. Er wird wie von selbst zu einem Kunstwerk, das die schöne Eigenschaft hat, je nach Blickwinkel unterschiedliche Facetten zu zeigen – von der wir hier nur eine zeigen.
Wie sagte doch der erste Experimentalphysiker Deutschlands Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799):
Es wird mir wahrscheinlich, daß wo auch nur Licht hinkommt, da ist immer Reflexion, Inflexion, Refraction und Coloration beysammen.

 

 

Rätselfoto des Monats Oktober

Wie kommen die Teile in die Tropfen?


Erklärung des Rätselfotos des Monats September 2019
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Am Ende des Regenbogens zweiter Ordnung

H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 50/4 (2019), S. 200

Bei aufmerksamer Betrachtung eines Springbrunnens lassen sich in den Tropfen Fragmente eines Regenbogens erkennen, auch wenn die Sonne schon relativ hoch steht.

Am Ende des Regenbogens soll bekanntlich ein Schatz zu finden sein. Ist er auch, aber anders als man denkt. Wenn man an einem sonnigen Tag mit der noch tiefstehenden Sonne im Rücken einen Springbrunnen betrachtet, bekommt man im Gischt der Fontäne zumindest Fragmente eines Regenbogens zu sehen. Mit aufsteigender Sonne sinkt der Bogen und „ersäuft“ meist im Wasser an der Wurzel der Fontäne. Weiterlesen

Fundstück 4 – Brechendes Glas

Bei der Vorbereitung einer Feier standen einige Weingläser in der dunklen Nische einer Anrichte. Kurz bevor sich sie zu den übrigen bringen wollte, mutierten sie plötzlich zu etwas ganz Anderem und versetzten mich aus der geschäftigen Alltagstätigkeit in einen eher kontemplativen Modus: Die Gläser lösten sich unter „Ausnutzung“ der physikalischen Gesetze von geradliniger Lichtausbreitung, Brechung und Reflexion aus dem vertrauten Bereich von bloßen Gebrauchsgegenständen und wechselten ins Phänomenale: In der fast bis zum visuellen Verschwinden gesteigerten Dunkelheit der Umgebung nehmen sie sich unter virtuoser Umgestaltung von Licht aus fernen Quellen in einer Art Gestaltswitch wie bewusst gestaltete Kunstwerke aus.
Glas ist eine brüchige Substanz. Wenn es nicht selbst zerbricht (und Glück bringt) bricht es zumindest das Licht (und bringt künstlerischen Genuss).

Gestörte Kreise mit ästhetischer Wirkung

In einem früheren Beitrag habe ich über farbige Sonnentaler berichtet, die zufällig dadurch entstehen, dass ein prismatisch berandetes gläsernes Windspiel Sonnenlicht bricht, das auf einer weißen Wand aufgefangen wird.
So ein Windspiel hängt auch in meinem Arbeitszimmfenster und wirft unter günstigen Bedingungen auch einen farbigen Sonnentaler auf meinen Schreibtisch. Das gibt ebenfalls schöne Farben. Ein weißes Blatt Papier lässt die Farben noch brillanter erscheinen. Und um den Kreisen weitere Kreise hinzuzufügen, lege ich rein spielerisch einige Glasmurmeln in den Sonnentaler. Das Ergebnis ist im Foto zu sehen. Die Kugeln schneiden kreisförmige Lichtbündel aus, und da das Licht schräg einfällt, werden daraus elliptische Projektionen. Die gläsernen Kugeln sind optisch nicht ganz perfekt, u.a. weil sie winzige Lufteinschlüsse und auf den Herstellungsprozess zurückgehende Inhomogenitäten aufweisen. Dadurch erzeugen sie aber entsprechende Muster auf der waagerechten Projektionsfläche.

Farbige Sonnentaler an der Wand

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Rasende Lichtkreuze bei langsam steigender Sonne

Auf einer morgendlichen Eisenbahnfahrt scheint mir die allmählich aufsteigende Sonne gelegentlich ins Gesicht. Ich lasse es geschehen, weil die Sonnenstrahlen eine Verheißung von Frühling in sich bergen. Von Zeit zu Zeit wird meine Aufmerksamkeit auf ein Lichtphänomen gelenkt, das direkt mit der Sonne zu tun hat. Über Häuserwände, Böschungen und andere zufällig vorhandene Gegenstände läuft der stets gleiche Film einer Abfolge von Aufhellungen, der allerdings durch die stets wechselnde Beschaffenheit der Projektionsflächen immer neue Eindrücke vermittelt. Jedenfalls werde ich allmählich aus meinem dem frühen Aufstehen geschuldeten Dämmerzustand herausgeholt und finde den Film zunehmend spannender (siehe Fotos).
Worum geht es: Das Licht der noch tief stehenden Sonne dringt nicht nur durch die Scheiben ins Innere des fahrenden Zuges, sondern wird auch zu einem gewissen Anteil an ihnen spiegelnd reflektiert. Das reflektierte Licht wird dann von geeignet orientierten Projektionsflächen aufgefangen und wie auf einer Kinoleinwand zur Schau gebracht. Man sieht die Reflexe einen ganzen Abschnitts von Fenstern auf diesen Leinwänden entlanglaufen und stellt fest, dass keine der rechteckigen Gestalt der Fenster entsprechende Aufhellungen zu sehen sind, sondern Lichtkreuze, die bei der Wechselwirkung der parallelen Sonnenstrahlen mit den Fenstern entstehen. Entscheidend für das Zustandekommen dieser Lichtfiguren ist die Doppelverglasung der Zugfenster. Aufgrund von Luftdruckunterschieden zwischen dem gasgefüllten Innenraum zwischen den beiden Scheiben und der Außenwelt werden die Scheiben deformiert, also entweder nach innen oder nach außer gewölbt, und wirken daher bezüglich des auftreffenden Sonnenlichts jeweils wie ein Paar aus Hohl- und Wölbspiegel.
Das Neue an diesem Phänomen, ist nicht das Lichtkreuz an sich, das an anderen Stellen in diesem Blog bereits beschrieben wurde, sondern seine Inszenierung in immer wieder überraschenden neuen Situationen. So werden selbst parkende Autos und auf den Bahnhöfen wartende Menschen kurzfristig zu einer originellen Projektionsfläche. Hinzu kommt die Dynamik des Geschehens aufgrund der oft hohen Geschwindigkeit des Zuges, die den Lichtkreuzfilm in fliegenden Wechseln auf nahen und weiter entfernten Flächen ablaufen lässt. Da ich mehrere Stunden im Zuge von Norden nach Süden fahre, erlebe ich auch noch kosmische Einflüsse auf die Vorgänge: Mit zunehmender Höhe der Sonne sinken die rasenden Lichtkreuze immer tiefer und sind zum Schluss nur noch an manchen Bahnsteigkanten und auf benachbarten Gleisbetten zu sehen. Ich halte diese unfreiwilligen, aus einem Zusammenspiel von Natur und Technik hervorgebrachten Lichtinstallationen für äußerst originell und spannend.
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Fundstück 2 – Qualle als Unfreiwillige optische Linse

Nachdem ich vor Jahren schmerzhafte Verbrennungen bei der Begegnung mit einer Qualle hinnehmen musste, habe ich ein emotional gespaltenes Verhältnis zu diesen Tieren. Die Begegnung war insofern besonders dramatisch, als ich im Meer schwimmend den „Angreifer“ gar nicht zu Gesicht bekam, denn die transparenten Quallen sind im Wasser nahezu unsichtbar. Die neuerliche Begegnung war wesentlich entspannter, weil sie außerhalb des Wassers am Strand stattfand und einige vermutlich bereits tote Quallen betraf. Weiterlesen

Winterlichtblick

Ein schon totgeglaubte, dem Verfall anheingegebene Pflanze, erstrahlt im flachen Winterlicht zu neuem Glanz. Feine Reifkristalle unterstreichen diesen Effekt, indem sie das Licht der Sonne in verschiedene Richtungen ablenken.
Während das vor allem an den Reifkristallen reflektierte Licht die Zusammensetzung des Lichts unverändert lässt, findet infolge der Brechung des durch die Kristalle hindurchgehenden Lichts eine Farbzerlegung statt, die allerdings aufgrund einer gewissen künstlerischen Unschärfe nur andeutungsweise zu erkennen ist.
Das rötliche Licht der tiefstehenden Sonne verheißt Wärme. Wärme, die bereits auf den Frühling verweist? Oder Wärme der geheizten Stube angesichts des erst bevorstehenden kalten Winters? Lassen wir uns überraschen und freuen uns ein wenig über den schönen Anblick!

 

 

Funkelnde Farben im Reif

Der Morgen war kalt und Triste, die Gräser und Sträucher waren an bestimmten Stellen von Reif überkrustet, was aber wegen des bedeckten Himmels kaum zur Geltung kam. Doch plötzlich brach die die Sonne durch die Wolken und machte sich durch farbige Lichtblitze in den Eiskristallen bemerkbar.
Beim Vorübergehen erloschen die Kristalle aber nur um an anderen Stellen wieder aufzublitzen: Das war genau dann der Fall, wenn das in ihnen gebrochene und reflektierte Sonnenlicht in meinen Augen landete. Die Kristalle wirkten wie kleine Prismen, das Licht wurde gebrochen, und in seine Spektralfarben zerlegt, die jeweils in geringfügig andere Richtungen ausgesandt wurden. Weiterlesen

Die Atmosphäre einer Kerzenflamme

Adventzeit ist Kerzenzeit. Wer in Anwesenheit des Kerzenlichts seine Umgebung bewusst erlebt, kann vielleicht Erfahrungen von Menschen aus früheren Zeiten verstehen, für die das Kerzenlicht zu den anspruchsvollsten künstlichen Leuchtmitteln gehörte. Hier eine kleine Episode aus Nikolai Ljesskow*, die leicht als religiöser Humbug angesehen werden kann. Dabei sollte man jedoch nicht übersehen, dass einer solchen Deutung ein beobachtbares Geschehen zugrunde liegt. Weiterlesen

Informationsflut in Tropfenform

Wenn nach einem Regenschauer die Fensterscheiben mit kleinen Tröpfchen besetzt sind, hat man den Eindruck, dass der Durchblick getrübt wird. Besonders störend wäre das beim Autofahren, wenn der Scheibenwischer nicht dafür sorgte, dass die Tropfen immer wieder weggewischt werden. Schaut man sich die Tropfen aus der Nähe an, so entdeckt man, dass sie ihrer Transparenz gehorchend mitnichten den Blick auf den Gegenstand, in diesem Fall ein Haus, verhindern, sondern ihn sogar vervielfältigen. Denn jeder Tropfen wirkt wie eine Sammellinse. Sie vernichten also keine Information, sondern erzeugen sie (jedenfalls im mathematischen Sinne). Ginge ein Bild verloren, so wären noch viele weitere Bilder vorhanden.
Aber so einfach ist es nun auch wieder nicht. Zum einen steht das abgebildete Haus auf dem Kopf und ist sphärisch verzerrt. Gut, daran könnte man sich sogar gewöhnen, zumal die sichtbare Welt ohnehin überkopf auf die Netzhaut abgebildet wird. Durch die Tropfen betrachtet würde man die Welt sogar richtig herum auf der Netzhaut haben, obwohl das der Wahrnehmung nicht zugute kommt.
Zum anderen – und das ist das eigentliche Problem – bewirkt zu viel Information das Gegenteil: Desinformation. Man sieht das Haus vor lauter Häusern nicht mehr. Der Durchblick wird getrübt. Aber immerhin haben die Tröpfchenbildchen zu dieser Erkenntnis geführt, sodass auch eine getrübte Durchsicht dennoch zur Einsicht führen kann.

Virtuelle Multiplikation von Kugeln

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Virtuelle Krümmungen

Ich sitze seit längerem in der Bahn, schaue zum Fenster hinaus und lass die Gedanken spielen. Es stellt sich jener angenehme Bewusstseinszustand des Dösens ein, bei dem innere mit äußeren Eindrücken zu traumartigen Szenerien verschmelzen. Das schnurgerade, durch den Zugbetrieb glatt geschmirgelte Nachbargleis, das nur durch Weichen, Abzweigungen u.a. Dinge unterbrochen wird, zieht sich wie ein sicheres Geländer durch das schläfrige Bewusstsein. Weiterlesen

Heiligenschein und Taubogen

Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 49/3 (2018), S. 149

Wenn Sonnenlicht durch Tautropfen auf Pflanzenblättern reflektiert wird, kann ein Heiligenschein beobachtet werden. Gleichzeitig kann es durch Dispersion des Lichts zu einem Taubogen kommen.

Ein Vormittag im Herbst, die Sonne hat gerade die letzten Nebel verschwinden lassen, die Blätter der Pflanzen sind mit Tautropfen besetzt. In dieser Situation wird der Schatten des eigenen Kopfes auf den nassen Pflanzen von einem hellen Schein umgeben, einem Heiligenschein. Auf dem Foto umgibt er allerdings die Kamera (PhiuZ 39/4 (1999) 173 – 175). Weiterlesen

Physikalischer Flaschengeist

Als der Zug durch den Bahnhof fuhr und ich in Gedanken versunken durch meine halb geleerte Wasserflasche auf den gegenüberliegenden Zug blickte, schreckte ich ein wenig ob seiner Verzerrungen auf, obwohl mir fast im selben Augenblick klar war, dass er diese durch die Flasche erfuhr. Was mich allerdings etwas länger beunruhigte, war dass der Schriftzug auf der Flasche im wasserfreien oberen Teil starke Schrumpfungserscheinungen zeigte. Wie das? Oder war es doch ganz anders?
Am besten ihr probiert es selbst einmal aus.
Tipp: Wenn ihr keine Flasche mit einem Schriftzug zur Hand habt. Ein solcher lässt sich auch mit einem Filzstift  anbringen.

Bild und Form

Eigentlich wollte ich nur ein Glas Stilles Wasser trinken, um den Durst zu stillen. Dabei stand ich vor dem Fenster und blickte durch das gefüllte Weinglas auf das gegenüberliegende Nachbarhaus. Obwohl ich theoretisch wusste, dass runde bauchige Gläser die Gegenstände, auf die man durch sie hindurch blickt, auf dem Kopf stehend abbilden, war ich zugegeben etwas überrascht, das Haus sowohl auf dem Kopf stehend als auch aufrecht abgebildet vorzufinden. Bei genauerer Betrachtung des Glases wird jedoch klar, dass das Glas nicht nur einen kugelförmigen Teil hat, sondern im obigen Bereich auch einen zylindrischen. Letzterem entspricht die aufrechte Abbildung, bei der nur die Seiten vertauscht erscheinen.
Interessant ist hierbei auch, wie die Natur den Übergang zwischen den beiden unvereinbaren „Welten“ hinkriegt: Die Pflasterungen des einen Bildes nähern sich zunächst der des anderen. Dann gehen sie durch eine monochrome Unendlichkeit und finden sich schließlich in der Antipodenversion in der jeweiligen anderen Welt wieder.

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Bizarre Unterwasserschatten

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 5 (2018), S. 68 – 69

Objekte, die auf flachen Gewässern driften, werfen oft völlig andere Schatten, als ihre tatsächlichen Umrisse vermuten lassen. Das verblüffende Phänomen erklärt sich durch unscheinbare Dellen in der Wasseroberfläche.

Wenn du alle Formen der Gewässer
gut unterscheiden willst,
dann betrachte klares Wasser von geringer Tiefe
unter den Sonnenstrahlen
Leonardo da Vinci (1452–1519)

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Rätselfoto des Monats Mai 2018

Wie kommt  es zu den Farben?


Erklärung des Rätselfotos des Monats April 2018

Frage:Was spielt sich hier ab?

Antwort: Das Foto zeigt den Moment, in dem eine auf einem flachen Teich (mit einem aus dunklem und hellem Sand bestehenden Boden) driftende Luftblase platzt. Die Haut der Blase zieht sich gerade zu den Seiten hin zusammen. An dem sichelmondförmigen blauen Reflex des Himmelslichts ist noch ein Teil der Blasenhaut zu erkennen.
Da eine Blase auf dem Wasser einen kleinen Überdruck im Vergleich zum äußeren Luftdruck aufweist und infolgedessen das Wasser ein wenig eindellt, bewegt sich mit dem Platzen und dem damit einhergehenden Druckausgleich die Wasseroberfläche im Bereich der Blase nach oben und löst infolgedessen eine Wellenbewegung aus, die auf dem Foto gleich doppelt visualisiert wird.
Zum einen sieht man die konzentrischen Ringwellen um die platzende Blase herum, weil das vom Untergrund ausgehende Licht an der wellenförmig gekrümmten Wasseroberfläche gebrochen wird. Der Untergrund erscheint daher entsprechend verzerrt. Dazu trägt vor allem die Bewegungsunschärfe aufgrund der endlichen Belichtungszeit der Kamera bei. Deshalb erscheint der durch die bewegte Welle hindurch zu sehende Boden längs der Wellen deutlich erkennbar in die Länge gezogen.
Zum anderen sieht man das an den konzentrischen Wellen gebrochene Sonnenlicht durch Fokussierung und Defokussierung in Form von hellen und dunklen Ringen auf den Teichboden projiziert. Da diese Kaustik teilweise durch die Wellen hindurch gesehen wird, tritt eine entsprechende Verzerrung an ihrer oberen Front auf.
Es ist außerdem zu erkennen, dass die kurzen Wellen den längeren vorauseilen. Wir haben es also mit Kapillarwellen zu tun, bei deren Entstehung die Oberflächenspannung von größerem Einfluss ist als die Schwerkraft. Einige weitere Blasen warten noch auf ihren Einsatz.

 

Beim eigenen Heiligenschein nachts lesen

Am Ende bleibt nur: Kunstwerke; Naturschönheit; Reine Wissenschaften. In dieser heiligen Trinität.

Sagt Arno Schmidt (1914 – 1979) in seinem Kurzroman: Aus dem Leben eines Fauns. Als ich kürzlich einmal in einem Gespräch äußerte, dass ich mich dem im Wesentlichen anschließen könne, wurde mir entgegengehalten, dass dies doch alles sehr unpraktische Dinge seien. Was kann man schon mit der Naturschönheit eines Regenbogens anfangen? Weiterlesen

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