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Physikalische Erzählung einer Fensterfront

Ein buntes Kaleidoskop von Farben und Formen zeigt sich hier in Gestalt von Fensterscheiben. Obwohl die Fenster dicht beieinanderliegen treten die Reflexe in mehr oder weniger unterschiedlicher Weise auf.
Die Reflexe des 1., 3. und 10. Fensters (von oben links nach unten rechts gezählt) stimmen in ihrer Grundstruktur weitgehend überein. Entsprechendes gilt für das 4., 5., und das 8. Fenster; auch das 2. und 7. Fenster könnte man dazurechnen. Ganz aus dem Rahmen fallen das 6. und das 9. Fenster, deren Scheiben kaum eine Struktur zeigen, dafür aber eine weitgehend einheitliche tief blaue Färbung. Gemeinsam ist allen Fenstern, dass sie dem Reflexionsgesetz gemäß das Licht von den gegenüberliegenden indirekten Lichtquellen reflektieren. Das ist im Falle der beiden blauen Fenster der blaue Himmel. In allen anderen Fällen handelt es sich offenbar um Teile von Gebäuden, die der Fensterfront von der Sonne beschienen gegenüber liegen. Anders als man es in den meisten Fällen gewohnt ist, sind die gespiegelten Ansichten aber dermaßen verzerrt, dass sie so gut wie nicht zu erkennen sind. Man kann nur erahnen, dass in einigen Fällen ebenfalls Fenster der Ausgangspunkt für das Licht sind.
Der Grund für diese Verzerrungen liegt nicht etwa darin, dass es sich um schlecht gefertigte Fenster handelt. Vielmehr erkennt man an ihnen eindeutig, dass wir es mit doppelt verglasten, also modernen Fenstern zu tun haben. Sie sind aufgrund von Luftdruckunterschieden zwischen dem Innenraum der luftdicht verklebten Scheiben und der Außenwelt leicht nach innen oder außen gewölbt und wirken, wie in einem früheren Beitrag ausführlicher dargestellt, ähnlich wie Hohl- und Wölbspiegel. Im vorliegenden Fall dominiert allerdings nur der Reflex einer der beiden Scheiben.
Die Verzerrung und damit die Wölbung der Scheiben ist umso größer, je mehr sich die Stärke des Luftdrucks zwischen dem Innenraum der Doppelglasscheiben zum Zeitpunkt ihrer Herstellung und dem Außendruck bei der fotografischen Aufnahme unterscheidet. Die Ähnlichkeit der Verzerrungen der abgebildeten Scheiben weist darauf hin, dass der gleiche Außendruck geherrscht haben muss, die entsprechenden Scheiben also etwa zur gleichen Zeit hergestellt wurden. Dies gilt vermutlich nicht nur für die Scheiben 4, 5 und 8, sondern auch für die Restlichen. Der Unterschied ist vermutlich dem unterschiedlichen Grad der Strukturiertheit der reflektierten Gebäudeteile zuzuschreiben. Unstrukturierte Teile zeigen auch in der Reflexion keine Struktur, wie insbesondere bei den beiden Scheiben zu erkennen ist, die Ausschnitte des blauen Himmel reflektieren.
Bleibt nur noch die Frage, warum die beiden blauen Fenster aus der Reihe tanzen und offenbar über das gegenüberliegende Gebäude „hinwegschauen“. Wie am dunklen Schattenstreifen am oberen Rand dieser Fenster zu erkennen ist, stehen sie „Kipp“ und stellen daher einen anderen Einfallswinkel für das einfallende Licht dar als es bei den übrigen Fenstern der Fall ist. Die Kippstellung von Fenstern führt auch in anderen Zusammenhängen zu überraschenden Phänomenen (z.B. hier und hier, hier).
Die abgebildete Fensterfront hat also einiges zu „erzählen“ über
– die Art der Fensterverglasung,
– den Luftdruckunterschied zwischen Ort und/oder Zeit der Herstellung und ihres jetzigen Aufenthalts und
– über das Wetter.

Lichtkreuze im Rechteck

Lichtkreuze sind normalerweise von einem Lichtkreis umgeben. Darüber ist in diesem Blog an mehreren Stellen berichtet worden (z.B. hier und hier ). In den letzten Jahren leuchten mir aber mit zunehmender Häufigkeit auch Lichtkreuze entgegen, die in einem allenfalls leicht abgerundeten Rechteck erscheinen. Das bedeutet, dass die konvexe Scheibe fehlt bzw. ihrem „Dienst“ nur unvollkommen nachkommt. Weiterlesen

Ein parkendes Auto als Leinwand für ein Lichtkreuz

DSCF2802arvLichtkreuze in Lichtkreisen sind am besten bei tiefstehender Sonne an gegenüberliegenden Häuserfronten vor allem dann zu sehen, wenn diese im Schatten liegen. Manchmal ergibt sich jedoch eine Situation, dass selbst bei hochstehender Sonne und fehlender Häuserfronten Lichtkreuze aus dem sonnenbeschienenen und daher alles Helle verschluckenden Untergrund herausgehoben werden. Dazu genügt wie im vorliegenden Fall ein an der richtigen Stelle parkendes Auto. In seinem Schlagschatten ist auf dem Pflaster ein deutliches Lichtkreuz zu erkennen. Ein zweites Kreuz wird etwas deformiert von der Seite des Autos aufgefangen.

H. Joachim Schlichting. In: Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 57/8, 467-474 (2004)

Rätselfoto des Monats Oktober 2013

Farbige LichtkreuzeLichtkreuze in Komplementärfarben auf der Straße
Frage: Mal blau mal gelb, was verbirgt sich hinter diesen Bildern?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Platzende Blasen auf dem Gartenteich

Lichtkreuze in Lichtkreisen

Schlichting, H. Joachim. In: MNU 57/8, 467-474 (2004).

Fenster mit Doppel- bzw. Isolierglasscheiben rufen oft ring- und kreuzförmige Reflexe auf gegenüberliegenden Häuserwänden hervor. Dieses Phänomen wird durch Fotografien dokumentiert und auf der Grundlage der Theorie elastisch verformter Platten anhand von Computersimulationen physikalisch  beschrieben. Anschließend werden mithilfe eines leicht herzustellenden Plexiglasmodells einer Doppelglasscheibe einfache Experimente dargestellt, dokumentiert und mit den Ergebnissen von Simulationen verglichen. Es ergibt sich eine gute Übereinstimmung zwischen den realen und berechneten Reflexen.

PDF: Lichtkreuze in Lichtkreisen

Fensterkreuze mit Licht gemalt

Schlichting, H. JoachimLichtkreuz; Nordmeier, Volkhard. In: Physik in unserer Zeit 31/3, 129-130 (2000).

Spiegelungen des Sonnenlichts an Fensterscheiben hat jeder schon einmal gesehen. In manchen Fällen entwirft die Sonne ein mehr oder weniger getreues Abbild eines Fensters auf dem Pflaster oder einer gegenüber liegenden Häuserwand (Abbildung 1, links). Hin und wieder kann man aber auch neben den erwarteten Reflexen merkwürdig strukturierte Lichtflecke entdecken, die eine
ovale oder kreisrunde Form annehmen können (Abbildung). In diesen Fällen lässt sich nicht so einfach erklären, wie sie zustande kommen.

PDF: kann beim Autor angefordert werden (schlichting@uni-muenster.de)

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