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Projektion

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Sphärische Spielerei

Ein vielfältig transparentes Monster blickt mit großen Augen in die Welt. Hier fließen Mechanisches, Optisches und Fantastisches zusammen.
Neben Reflexionen des Lichts an spiegelnden Edelstahlbändern sind es vor allem die mit Farberscheinungen verbundenen Brechungen des Lichts im Glas, die eine Art Verdopplung durch Schattenbildung und Projektion auf einer weißen Fläche erfahren.
Eine gewisse Herausforderung stellt die Tatsache dar, dass der Lichteinfall von links oben erfolgt, die Monsteraugen aber direkt auf uns gerichtet sind.

Was der Natur so alles zufällt…

Dieser Paradolie begegnete ich auf einer Wanderung. Das durch das Blätterdach kunstvoll geformte Sonnenlicht projizierte dieses Bild auf einen Baum. Oder war es ganz anders? Zeichnete das vom beleuchteten Baum diffus reflektierte Licht das Bild in meinem Kopf? Dass ich in diesem natürlichen Bild (gr. eidolon) etwas sah, was völlig daneben (gr. para) ist, macht den Reiz der Suche nach derartigen Bildern aus. Da eine natürliche Pareidolie definitionsgemäß auch von anderen Menschen wahrgenommen werden kann, zeige ich sie hier, um das zu überprüfen.

Der helle Schein um den Schattenkopf

Heute startete ich meinen Spaziergang noch vor Sonnenaufgang. Als die Sonne mich dann von hinten erfasste und auf einen unmenschlich langen Schatten reduzierte als etwas, was ich ungern als Abbild meiner Selbst akzeptieren wollte, ging ich gerade – welch ein Zufall – eine passend orientierte schnurgerade Betonpiste entlang. Aufmerksam auf dieses sowohl dimensional wie farblich eingeschränkte Abbild wurde ich indessen durch einen Lichtschein, der mir im Bereich meines Kopfschattens (oder soll sagen: Schattenkopfes?) und etwas darunter vorauseilte.
Diese auffällige Ausstrahlung befand sich also gerade in der richtigen Position, obwohl ich sie leider nicht für mich selbst reklamieren konnte. Denn zum einen war ich soweit von meinem Kopfschatten entfernt, dass eine normale wie auch immer geartete Verbindung ausgeschlossen werden musste und zum anderen handelte es sich lediglich um ein physikalisches Phänomen, den sogenannten Oppositionseffekt.
Der kommt dadurch zustande, dass im Antisolarpunkt (dem Gegenpunkt der Sonne) kein Schatten die Intensität des von der frontal beleuchteten Straße reflektierten Lichts vermindern konnte. Erst wenn man den Blick von diesem Punkt aus zu den Seiten hin wendet, sieht man Bereiche, in die sich immer mehr der von den Rauigkeiten der Straße und der Pflanzen geworfenen Schatten einmischen und zu einer schrittweisen Verdunklung führen. Denn diese Rauigkeiten sieht man jetzt nicht mehr frontal, sondern immer mehr von den im Schatten liegenden Seiten her.
Allerdings kann man die hellste Stelle nicht sehen, weil der eigene Kopf im wahrsten Sinne des Wortes im Wege ist und den Antisolarpunkt verdeckt. Das Hellste, das man zu Gesicht bekommt, sind die unmittelbar angrenzenden Bereiche, die allerdings immer noch lichtstark genug sind, um zu diesem auffälligen Phänomen zu führen.
Daraus kann man wie so oft die Lehre ziehen, dass das Ideale allenfalls nur als Grenzgestalt zu erfahren ist.

Schattenwelt

Ein Schatten fotografiert von Fenstern reflektiertes auf dem Pflaster projiziertes blaues Himmellicht. Und ich fotografiere dieses zweidimensionale Szenario.

Unfreiwilliges Schattenspiel

Zwei Personen unterhalten sich hinter einem zum Trocknen aufgehängten Bettlaken. Jedenfalls lassen sich zumindest die Gestik der auf das Laken projizierten Schatten der beiden so deuten. Da die Sprachfähigkeit eines der beiden interagierenden Personen noch nicht voll ausgebildet ist, kommt der ausgeprägten Gestik eine besondere Bedeutung zu. Ich wurde zum unfreiwilligen Zuschauer dieses Schattenspiels, konnte aber wegen des Abstands die vermutlich ohnehin restringierte Unterhaltung kaum wahrnehmen, wurde aber durch die projizierte Gestik voll in den Bann dieses etwa 5 Minuten währenden Akts gezogen. Aber auch die Protagonistinnen wissen wegen der optischen Trennung durch das Laken von meiner Anwesenheit nichts und fühlen sich daher ungestört und ganz der Sache zugewandt.
Vielleicht ist ja das aus China bekannte Schattentheater aus einem ähnlichen Anlass entstanden.
Es findet hier unter freiem Himmel statt. die Sonne fungiert als Lichtquelle, das Bettlaken als Leinwand. Da die Sonne wegen der unvorstellbar weiten Entfernung fast paralleles Licht aussendet, ist die Abbildung auf der Leinwand fast perfekt.

Rätselfoto des Monats Juni 2022

Wie kommt es zu der doppelten Abbildung?

Erklärung des Rätselfotos des Monats Mai 2021

Frage: Wie kommt es zu der Miniaturabbildung
Antwort: Bei einer Teepause, in der ich ein Stück Kandis in den Tee fallen ließ, entstand eine Blase und ermöglichte es mir durch sie hindurch auf das Stück Kandis zu linsen. Dieses erschien nämlich deutlich verkleinert, so als ob man durch eine Zerstreuungslinse blickte. Wie kann das sein?
Da der Blase ohnehin nur eine kurze Lebensdauer beschieden war und die geselligen Umstände es unmöglich machten, der Sache vor Ort auf den Grund zu gehen, rekonstruierte ich die Situation später in einer Tasse mit Wasser, in das ich zur Entspannung einem Tropfen Spülmittel gegeben hatte. Zur Erzeugung der Blase nahm einen Strohhalm zu Hilfe, mit dem ich auch noch die Blasengröße bestimmen konnte. Und anstelle des Kandis, legte ich eine Cent- Münze auf den Grund der Tasse.
Mit einer solchen Anordnung lässt sich schön verfolgen, dass die Münze wie ehemals der Kandis durch die Blase hindurch betrachtet tatsächlich verkleinert erscheint und zwar umso mehr je kleiner die Blase ist.
Zur Erklärung muss man sich zunächst klarmachen, dass es sich bei der Blase um eine Halbblase handelt und selbst das stimmt nur ungefähr. Damit eine Blase überhaupt als solche existieren kann, muss der Innendruck größer sein als der Außendruck. Denn die Tendenz der Seifenhaut, sich zu einem kugelförmigen Tropfen zusammenzuziehen muss durch einen höheren Innendruck kompensiert werden. Dadurch wird nicht nur die Seifenhaut straff gehalten, sondern im Falle der auf dem Wasser driftenden Halbblase auch die Wasseroberfläche ein wenig eingedellt, sodass im Wasser so etwas wie eine konkave Linse entsteht.
Blickt man durch eine solche Zerstreuungslinse, so erscheinen die durch sie betrachteten Gegenstände – also hier die 1-Cent-Münze – verkleinert: Je kleiner die Blase und damit die Brennweite der von ihr geformten Linse, desto kleiner ist die Abbildung.
In der Abbildung ist die Blase wegen ihrer Transparenz nur indirekt zu erkennen, nämlich durch die tassenfarbene Spiegelung auf dem konkaven Rand der Blase und durch Interferenzfarben im Bereich des Spiegelbilds des lichtspendenden Fensters.

Lichtsterne – dreieckige Lichtkreuze

Lichtkreuze im Lichtkreis oder –rechteck sind wegen der inzwischen großen Verbreitung von Doppelglasscheiben sehr häufig im Alltag der wissenschaftlich technischen Welt zu sehen. Dabei handelt es sich um Projektionen von Licht (meist Sonnenlicht), das von Doppelglasfensterscheiben reflektiert wird.
Der luftdicht verschlossene Innenraum dieser Scheiben steht unter dem Luftdruck, der bei ihrer Herstellung herrschte. Da der äußere Luftdruck, dem sie beim Einbau in Fenstern an unterschiedlich hoch gelegenen Häusern und bei unterschiedlichen Wetterbedingungen ausgesetzt sind, sich im Allgemeinen vom Luftdruck bei der Herstellung unterscheidet, wölben sich die Scheiben dieser Druckdifferenz entsprechend nach innen und nach außen – eine Scheibe nach innen, die andere nach außen. An ihnen reflektiertes Sonnenlicht wird demnach der Verformung entsprechend fokussiert bzw defokussiert und führt bei rechteckigen Scheiben zu den genannten Lichtkreuzen im Lichtkreis.
Aber nicht alle Doppelglasscheiben sind rechteckig. Daher erwartet man von anders geformten Scheiben auch andere Reflexionsformen an gegenüberliegenden Häuserwänden oder anderen Projektionsflächen. Einer dieser seltenen Fensterformen ist das Dreieck. Meist sind solche Dreieckfenster im oberen Giebelbereich zu finden. Wenn diese vom Sonnenlicht getroffen werden, liefern sie der Dreiecksform entsprechende Reflexe. Abbildung 1 zeigt einen solchen Reflex, der von einem Fenster hervorgerufen wurde, das in Abbildung 2 zu sehen ist. Die Fotos wurden mir freundlicherweise von Sylvia Zinser zur Verfügung gestellt, die offenbar einen wachen Blick für Naturphänomene hat.
Die Dreiecksform der projizierten Brennlinie erinnert stark an den Stern einer bekannten Automarke. Mathematiker würden darin vielleicht einen isotoxalen Dreieckstern sehen.

Der facettenreiche Schatten einer Kerzenflamme

Laservermessung des Flammenschattens

Wilfried Suhr, H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 53/1 (2022), S. 65 – 69

Eine im Sonnenlicht stehende, brennende Kerze wirft auf eine dahinter befindliche weiße Wand ein Lichtmuster, in dem kaustikähnliche Aufhellungen zu sehen sind. Die Abhängigkeit des Brechungsindexes von der Temperatur und der Stoffzusammensetzung erweisen sich als Ursachen dieses Phänomens.

In der dunklen Jahreszeit helfen Kerzen, die Stimmung
etwas aufzuhellen. Steht eine brennende Kerze auf der
Fensterbank, so kann es vorkommen, dass das Licht der
tiefstehenden Sonne den Schatten der Kerze auf die innere Fensterleibung wirft. In einem solchen Fall lohnt es sich, genau hinzuschauen. Denn auf der weißen Wand erkennt man nicht nur den Schatten der Kerze und eines Teils der Flamme, sondern zu beiden Seiten der Flamme ein von der Brennschüssel ausgehendes und sich nach oben erstreckendes langes helles Band (Abbildung 1). Dieses ist noch heller als die im direkten Sonnenlicht liegende Wand. Demgegenüber erscheint der innerhalb dieser Lichtbänder liegende
Bereich etwas dunkler. Oberhalb des Dochts befindet sich ein Schatten der eigentlichen Kerzenflamme, der allerdings deutlich schlanker als diese ist und nur durch die Leuchtzone der Flamme hervorgerufen wird (Abbildung 2, Bereich II links). Bei genauerer Betrachtung entdeckt man oberhalb des Dochts auch noch einen kleinen Lichtfleck, der wie die Lichtbänder heller ist als die direkt von der Sonne beschienene Wand. Im Folgenden gehen wir insbesondere diesen Aufhellungen im projizierten Lichtmuster der Kerze nach, die auf eine Zunahme der Lichtintensität hinweisen. Abgesehen von Streuvorgängen breitet sich das Sonnenlicht in homogener Luft von konstanter Temperatur geradlinig aus. Sobald jedoch Temperaturunterschiede auftreten, wird das Licht gebrochen. Das kann zu erstaunlichen Phänomenen
führen wie etwa Luftspiegelungen über einer aufgeheizten Straße. Wenn aber bereits solche verhältnismäßig moderaten Temperaturunterschiede in der Luft derart auffällige Auswirkungen auf das Verhalten des Lichts haben, sind Brechungserscheinungen im Zusammenhang mit einer brennenden Kerze geradezu zu erwarten. Denn bei letzterer sind noch wesentlich größere Temperaturunterschiede
im Spiel. Außerdem ändert sich durch die Verbrennung von Kerzenwachs die stoffliche Zusammensetzung
der Gase, was ebenfalls das Brechungsverhalten des Lichts beeinflusst…

weiterlesen: Der facettenreiche Schatten einer Kerzenflamme

Zusammenfassung
Bei der Projektion einer brennenden Kerze auf eine helle Wand wird das durch die Flamme und Abgasfahne der Kerze gehende Licht in unterschiedlicher Weise aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt. Als Ursache dafür erweisen sich die infolge der Verbrennung auftretenden großen Temperaturdifferenzen und die damit einhergehenden Änderungen des Brechungsindexes sowie der hohe Brechungsindex des entstehenden Wachsdampfes im Flammenkern. Mit Hilfe von experimentellen und theoretischen Untersuchungen gelingt es, im Rahmen der Strahlenoptik von der beobachtbaren Lichtablenkung auf die Verteilung des Brechungsindexes in diesem Bereich zu schließen.

Lichtsicht in Bad Rothenfelde 2021/22

In diesem Jahr läuft wieder die Biennale Lichtsicht in Bad Rothenfelde, von der ich schon einmal vor einigen Jahren berichtet habe. Dabei handelt es sich um eine Projektionsshow bei der mit leistungsstarken Beamern künstlerische Filme zum einen auf den riesigen Flächen zweier Gradierwerke projiziert werden. Das Besondere besteht darin, dass die „Leinwand“ aus mehr als 1000 m langen und 11 m hohen, mit Schwarzdornzweigen drapierten Wänden besteht, über die normalerweise Salzwasser hinabrieselt und die dadurch mit einer rustikalen Kruste aus Kalk- und Eisenablagerungen belegt sind.

Zum anderen werden dem besonderen Medium angemessene Animationen in einen springbrunnenartig sprudelnden Raum fallender Tropfen projiziert. Die Zuschauer*Innen wohnen auf diese Weise einem dreidimensionalen fluiden Geschehen bei, in dem eigenartig bewegte Lichtskulpturen dem- oder derjenigen, die es wahrzunehmen verstehen, fantastische Geschichten erzählen. Dadurch dass das Spektakel über einem Gewässer stattfindet, wird es durch eine quasisymmetrische Spiegelung im Wasser komplettiert.
Leider geben die Fotos nur einen sehr unvollkommenen Eindruck der Show wieder. Man muss es schon live sehen.

Schatten und Spiegelung

In diesem auf den ersten Blick surreal wirkenden Ausschnitt aus einem Hafenbecken beobachtet man zwei Abbildungen der von der Sonne beschienenen Gegenstände auf dem Wasser. Man ist vielleich geneigt, sie als Schatten abzutun. Schaut man sich die Dinge genauer an, so erkennt man, dass die Treppe und das Geländer einerseits eine Abbildung direkt unter dem Original aufweist und eine weitere aus anderer Perspektive rechts daneben. Aber ein Foto kann die Dinge nicht zugleich aus zwei Perspektiven zeigen. Vielmehr handelt es sich im ersteren Fall um keinen Schatten sondern um eine Spiegelung der Brücke und im letzteren um einen Schatten, der von der links strahlenden Sonne hervorgerufen wird.
Genau genommen kann auf dem Wasser kein Schatten entstehen. Wenn aber das Wasser wie im vorliegenden Fall mit Schwebstoffen verunreinigt ist, an denen das Sonnenlicht gestreut wird, erscheinen die von den schattenwerfenden Gegenständen ausgeblendeten Bereiche dunkel, weil uns von dort kein bzw. wesentlich weniger Licht erreicht.
Entsprechendes beobachtet man bei den beiden Pfählen. Aus der Perspektive des Fotos erscheint die Spiegeung wie eine Verlängerung der Pfähle und man muss schon genau hinschauen, wo der reale Pfahl endet und die Spiegelung beginnt. Von dieser Stelle gehen die horizontal orientierten „Schatten“ der Pfähle im Wasser aus. Sie haben einen deutlichen Blaustich, weil zwar das Sonnenlicht ausgeblendet wird, das blaue Himmelslicht diese sonnenlichtfreien Streifen aber erreicht und von dort diffus reflektiert wird.

Partielle Sonnenfinsternis oder „Die angeknabberte Sonne“

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Indiskreter Schatten

Als ich den eigenen Schatten auf dem Rücken der nichtsahnenden/nichtsfühlenden Person gewahrte, der in einer Überlagerung userer beider Gehrhythmen ondulierte (Stichwort: gekoppelte Schwingung), beschlich mich ein merkwürdiges Gefühl.
Zum einen war die Situation sehr unwahrscheinlich: Die Sonne stand so tief*, dass sie fast waagerecht einfiel, und zwar zufällig in einer Straße, die genau in ihrer Strahlrichtung verlief. Zum anderen traf sie auf zwei in einem passenden Abstand hintereinander gehende Personen, sodass der Schatten der hinteren auf den Rücken der vorderen fallen konne. (Offenbar ohne einen Impuls zu übertragen).
Obwohl ein Schatten ja nur ein Loch im leichten Licht ist, das in diesem Fall von meiner Silhouette ausgeschnitten wird, empfand ich, der Person hinterrücks auf die Pelle gerückt zu sein und verlangsamte unwillkürlich meinen Schritt, wodurch die Situation aber nicht wirklich besser wurde.
Die Probleme Peter Schlemihls erscheinen mir fortan in einem anderen Licht.

 

 


*Man sieht den bevorstehenden Sonnenuntergang auch an dem leicht rötlichen Ton, den die weißen Kleidungsstücke annehmen.

ScHerz

Wenn man nur darauf achtet sind wir von mehr Herzlichkeit umgeben als wir denken.

Und doch braucht das Herz eine Sprache,
Bringt der alte Instinkt die alten Namen zurück.

Samuel Taylor Coleridge (1772 – 1834)

 

Hiermit setze ich meine Herzserie fort, denn Herzen haben es mir schon immer angetan – siehe z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier.

Auch Kondensstreifen werfen Schatten

Auf einer Wanderung richtet man den Blick meist nicht gerade in den Himmel. Als ich es dann auf einem befestigten Weg doch tat, sah ich dass der Kondensstreifen eines Flugzeugs durch eine dunkle Linie verlängert war. Das Flugzeug schien wie auf einer vorgezeichneten Bahn zu fliegen. Bevor ich aber die Kamera bereit hatte, schwächelte der Kondensstreifen und auch die dunkle Linie büßte an Deutlichkeit ein. Das nebenstehende Foto gelang kurz bevor das Flugzeug den Kondensstreifen „abschaltete“ und auch der dunkle Streifen verschwand. Deswegen habe noch eine kontrastverstärkte Version beigefügt (rechtes Foto). Weiterlesen

Korrespondenz

Rätselhaftes Licht und Schatten

Ein kleines Rätsel außer der Reihe. Vor kurzem wurde ich auf ein angeblich merkwürdiges Phänomen aufmerksam gemacht, das auf dem Foto zu sehen ist. Es zeigt einen Bahnübergang für Fahrradfahrer und Fußgänger. Die hochgezogenen Wände sollen die Menschen vor Berührungen mit den darunter hergehenden Hochspannungsleitungen schützen. Sie lassen ein wenig Licht durch und werfen Schatten. Die Frage war, warum die hellen „Fenster“ keine hellen Reflexe, sondern dunkle Schatten hervorrufen.

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.

Schatten im Blick? – Ein Blick auf Schatten

Im Wallraf-Richartz-Museum in Köln ist zurzeit eine Ausstellung zu sehen, in der der Besucher auf einer Art Schatten-Spurensuche in ausgewählten Grafiken von der frühen Neuzeit bis ins 17. Jahrhundert geführt wird. Gezeigt werden u.a. Werke von Dürer, Rembrandt, Saenredam. Für mich war es insbesondere interessant, die Parallelität der Entwicklung der Vorstellungen von Schatten in den Naturwissenschaften und der Kunst in den Blick zu nehmen. Weiterlesen

Erlebte Perspektive grotesker Schatten

Wenn man am Morgen kurz nach Sonnenaufgang bei Sonnenschein in den Sanddünen wandert, wird man nicht nur durch die Strukturen belohnt, die der Wind in der Nacht aus der Mischung der hellen und dunklen Sandkörnchen gebildet hat, sondern auch durch die vielfältigen Schatten, die von einer Düne auf die folgenden geworfen wird und dadurch ein ganz anderer Eindruck erweckt wird als bei bedecktem Himmel oder hochstehender Sonne.
In einer solchen Situation wird man nicht selten vom eigenen Schatten überrascht, insbesondere dann, wenn er ungewöhnliche Formen annimmt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn er sich über mehrere Dünen erstreckt und  auf diese Weise geknickt und zerschnitten wird, wenn er auf eine Schräge fällt, die gerade dem Einfallswinkel des Sonnenlichts entspricht oder sogar gespensterhaft auf dem Treibsand zu sehen ist. Weiterlesen

Das Hässliche neben dem Schönen

Indem ich über die Dünen dem Meer zustrebe, sehe ich schon von weitem etwas in der Sonne blendend hell aufleuchten. Bei näherer Betrachtung weicht die positive Überraschung der Enttäuschung, nun auch schon hier in der zumindest äußerlich sauberen, jeden Tag vom Wind gefegten Dünenlandschaft Plastikmüll vorzufinden. Weiterlesen

Das Land mit den blauen Schatten

So sieht der Blick gemalt aus, den ich einige Tage* vor Augen haben werde, wenn ich nicht gerade am Strand bin, um mich u.a. an den unterirdischen Vorgängen von Ebbe und Flut zu erfreuen, die sich äußerst subtil akustisch wie visuell für diejenigen offenbaren, die nicht nur mit verstöpselten Ohren am Ufer entlang joggen. Weiterlesen

Doppelschatten einmal anders

Dass der Mensch nicht nur seinen Schatten verlieren (man denke an den armen Schlemihl), sondern in bestimmten Situationen einen zweiten oder noch mehr Schatten erwerben kann, haben wir schon früher  gezeigt. Einen Doppelschatten der besonderen Art sieht man auf dem nebenstehenden Foto. Einen dunklen „Kernschatten“, der von einem ephemeren, transparenten und wesentlich größeren Schatten überlagert wird. (Die Ansicht gegebenenfalls durch Klicken auf das Bild vergrößern).
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Bodenhaftung vermittels des eigenen Schattens

Schaut man sich diese abendliche Alltagszene etwas genauer an, so entdeckt man, dass eine der Personen beim Überqueren der Straße in einer Grünphase einen Sprung zu machen  bzw. nicht geerdet zu sein scheint. Was ihr fehlt, ist indessen nichts anderes als ihr Schatten. Damit schließt sich diese Szene direkt, an die Geschichte Adalbert Chamissos (1781 – 1838) über Peter Schlemihl* an. So wie der Mann in Grau Peters Schatten im Tausch mit dem Fortunati Glückssäckel übernimmt, so nimmt er ihm damit seine Bodenhaftung, was der Ärmste aber erst merkt, als es zu spät ist. Weiterlesen

Ungewöhnliche Schriftverdopplung durch Schattenwurf

Der Schatten scheint die Schrift zu wiederholen, ohne dass dabei die gewohnte Vertauschung der Orientierung der Buchstaben erfolgt. Das fällt uns auf, weil wir daran nicht gewöhnt sind. In südlichen Ländern zumal im Hochsommer kann aber die Sonne so steil von oben scheinen, dass die Projektion der erhabenen Buchstaben von oben auf die Wand darunter zu einer Art (unvollkommener) Verdopplung des Schriftbildes führt. Lisa Stinken, die mir dieses Foto schickte (danke, liebe Lisa!), berichtet, dass dieser Anblick auch nur um die Mittagszeit herum zu sehen war. Es zeigt sich, dass diese ungewohnte Art der Projektion für manche Buchstaben besser und für andere schlechter gelingt.

Das kleinste Haar wirft einen Schatten

Filigrane_SchattenMit dieser Feststellung Johann Wolfgang von Goethes im Rücken, möchte ich darauf aufmerksam machen, dass Schatten oft unterschätzt werden. Vor allem dann, wenn man sie auf  negative Projektionen von Gegenständen reduziert, die das Licht, in dem sie stehen, ihrer Silhouette entsprechend ausblenden. Schatten sind mehr als das und zwar im tatsächlichen wie im übertragenen Sinn.
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Rätselfoto des Monats Mai 2016

124_Rätselfoto-des-Monats-MKunst oder Natur?

Erklärung zum Rätselfoto des Vormonats: Sandzunge am Hang einer Düne

 

 

LichtSicht – Projektions-Biennale in Bad Rothenfelde

Lichtsicht-1Der niedersächsische Kurort Bad Rothenfelde ist u.a. für sein historisches Gradierwerk bekannt. Anders als bei der in einem früheren Beitrag beschriebenen Anlage rieselt hier das Salzwasser über  mehr als 1000 m lange und 11 m hohe, mit Schwarzdornzweigen drapierte Wände hinab und überziehen die Zweige u.a. mit einer rustikalen Kruste aus Kalk- und Eisenablagerungen. Diese Anlage sorgt nicht nur für gesunde Inhaltsstoffe in der Luft, sondern lädt optisch und akustisch zum Verweilen und meditativen Betrachten ein.
Seit einigen Jahren wird das Gradierwerk auch in der Dunkelheit zum Leben erweckt, indem es in den Wintermonaten (dieses Mal vom 18. September 2015 bis zum 7. Februar 2016) als Leinwand für künstlerische Lichtinstallationen genutzt wird. Mehr als 50 lichtstarke Beamer projizieren einen bewegten Bilderbogen auf die rauen, feucht-glitzernden und durch die Ablagerungen gemusterten Wände. Sie schaffen auf diese Weise ein einzigartiges Lichtspektakel, das teilweise auch akustisch untermalt wird.

Lichtsicht-2
Ich habe diese Biennale vor einigen Tagen bei leichtem Nieselregen besucht und war besonders von der Prozession schattenhafter Figuren in More Sweetly Play the Dance von William Kentridge (*1955) beeindruckt, der in dieser Installation mehrere Medien, Video, Theater, Tanz, Schattenspiel, Computeranimation, Projektion und Musik zu einem faszinierenden Spektakel vereinigt hat (nächstes Foto).

Lichtsicht-3
Auch die anderen Aktionen mit ihren Motiven zwischen epischer Erzählung und lyrischer Stimmung luden zum längeren Verweilen ein. Die hier abgebildeten Fotos können nur einen sehr oberflächlichen Eindruck von dem wirklichen Geschehen wiedergeben und sollen daher nur für sich sprechen (nächste Fotos).

Lichtsicht-4
Es gab auch eine Installation, bei der in einem Teich eine springbrunnenartig sprudelnde Wasserwand als Projektionsschirm diente. Der besondere Reiz lag für mich im eigenartigen Kontrast der bewegten Szenerie des farbig gischtenden Wassers und der Reflexionen auf der vergleichsweise ruhigen Wasseroberfläche des Teichs (nächstes Foto).

Lichtsicht-5Der feine Nieselregen störte nur wenig. Vielmehr gab er dem Ganzen eine zusätzliche Dimension, indem das von den Beamern zur Projektionswand gestrahlte Licht in alle Richtungen gestreut und die Lichtstrahlen von der Seite her sichtbar wurden. Die auf der Leinwand zu beobachteten Ereignisse spielten sich in diesem dreidimensionalen Lichtkörper als abstrakte Struktur- und Farbwechsel ab und wurden so zu einem unbeabsichtigten Epiphänomen mit künstlerischen Qualitäten (nächstes Foto).

Lichtsicht-6

Im Jahr des Lichts (16) – 320 Grad kunstvoll gestaltetes Licht

Der-schöne-ScheinIm Gasometer von Oberhausen kann man zurzeit unter der vielsagenden Überschrift „Der schöne Schein“ eine eindrucksvolle Ausstellung erleben. Im unteren Bereich des knapp 120 m hohen und 60 m breiten Stahlzylinders werden bekannte Meisterwerke gezeigt. Es handelt sich zwar um (gute) Reproduktionen, dafür sind sie in der Regel – den Dimensionen der Umgebung angemessen – wesentlich größer als die Originale. Man kann sie daher aus einer ungewohnten Perspektive wahrnehmen und sie dank ihrer engen visuellen Nachbarschaft miteinander vergleichen und in kreativer Weise zueinander in Beziehung setzen. Dadurch können Assoziationen ausgelöst und Gedanken in Gang gesetzt werden, die ansonsten kaum möglich wären. Weiterlesen

Der Schatten da, mein Ebenbild…

SchattenverfolgungDer Schatten da, mein Ebenbild, der hin und her läuft und seinem Broterwerb nachgeht und verhandelt und schwatzt,

Wie oft ertappe ich mich dabei, daß ich stehe und ihm zuschaue, wie er herumflitzt,

Wie oft frage und zweifle ich, ob ich das wirklich bin;

Aber wenn ich mit denen bin, die mich lieben, und diese Lieder singe,

O dann zweifle ich nie, ob ich das wirklich bin.

Whitman, Walt: Grashalme. Zürich: Diogenes 1955

Welt der Schatten

Sofi31_05_03_010brvSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 7 (2014), S. 60 – 62

Frühe Naturforscher trugen maßgeblich zu unserem naturwissenschaftlichen Weltbild bei, indem sie die von astronomischen Körpern geworfenen Schatten vermaßen.

»Nichts ist begreiflich
ohne Licht und Schatten«
Leonardo da Vinci (1452 – 1519)

PDF: Welt der Schatten

 

 

Eines der eindrucksvollsten Schattenphänomene, die Sonnenfinsternis

Lichtkegel und Schattenkegelschnitte

Schlichting, H. Joachim. Erweiterte Fassung des Beitrages in: MNU 56/6, 348-350 (2003).

Wird das Licht von Kerzen und Lampen teilweise abgeschirmt, so entstehen charakteristische und oft formschöne Licht- und Schattenfiguren an der Wand. Zum einen soll auf dieses optische Alltagsphänomen aufmerksam gemacht werden. Zum anderen wird eine einfache physikalische Beschreibung und Auswertung skizziert.

PDF: Lichtkegel und Schattenkegelschnitte

Lichtkegel und Schattenhyperbeln

Schlichting, H. Joachim. In: MNU 56/6, 348-350 (2003).

Wird das Licht von Kerzen und Lampen teilweise abgeschirmt, so entstehen charakteristische und oft formschöne Licht- und Schattenfiguren an der Wand.
Zum einen soll auf dieses optische Alltagsphänomen aufmerksam gemacht werden. Zum anderen wird eine einfache physikalische Beschreibung und Auswertung skizziert.

PDF: Lichtkegel und Schattenhyperbeln

Der chinesische Zauberspiegel


Schlichting, H. Joachim; Ucke, Christian. In: Physik in unserer Zeit 33/3, 138-140 (2002).

Ein Zauberer wünscht sich nur, daß seine
Täuschung einen Augenblick vorhält.
Er versucht erst gar nicht dir weiszumachen,
er täusche nicht.·
Gilbert Keith Chesterton

Ein auf den ersten Blick normal funktionierender Spiegel zeigt in der Projektion des reflektierten Lichts Ornamente, die auf der Rückseite reliefartig eingeprägt sind. Der Zauber besteht darin, dass der aus massiven Metall gefertigte Spiegel lichtdurchlässig zu sein scheint.

Man findet ihn hin und wieder in Geschäften für Geschenkartikel und im Versandhandel [1]. Er ist in einer Art Schmuckkästchen verpackt, wie es typisch ist für erlesene chinesische Produkte. Nimmt man ihn in die Hand, so hat man einen zwar etwas ungewöhnlich verzierten aber ansonsten ganz normal funktionierenden Spiegel, wenn man einmal davon absieht, dass die spiegelnde Fläche aus poliertem Metall besteht und ähnlich wie der Außenrückspiegel eines Autos leicht konvex gekrümmt ist. Die gespiegelten Gegenstände erscheinen daher etwas verkleinert.
Seinen Zauber entfaltet der Spiegel eher indirekt, und das muss man natürlich wissen. Wenn man das Licht einer hellen Lichtquelle, am besten das der Sonne, mit Hilfe des Zauberspiegels auf eine im Schatten liegende Wand projiziert, so findet man den durch die Reflexion des Lichtes hervorgerufenen hellen Lichtfleck von einer Struktur überlagert, in der zumindest schemenhaft das auf der Rückseite eingeprägte ringförmig angeordnete Relief aus zeichenhaften Ornamenten zu erkennen ist. Diese an ein Wasserzeichen erinnernden Muster legen den Gedanken nahe, dass der aus massivem Metall bestehende Spiegel die Verzierungen durchschimmern lässt. Obwohl dieser Gedanke im Widerspruch zur Transparenz massiver Metallobjekte steht, drängt er sich angesichts alternativer Erklärungen geradezu auf und macht das Zauberhafte dieses Spiegels aus.
Im alten China sprach man wegen dieser Eigenschaft vom „Licht durchdringenden Spiegel“. Dort tauchte er bereits vor mehr als 2000 Jahren zur Zeit der Han Dynastie (206 v.Chr – 24 n.Chr.) auf. Der in oben links abgebildete Spiegel ist eine Kopie eines im Shanghei Museum ausgestellten Originals. Er wurde aus Bronze gefertigt und mit einem Relief aus chinesischen Buchstaben oder anderen typischen Zeichen versehen, die in der Reflexion schemenhaft sichtbar werden.
Die Tatsache, dass es auch Zauberspiegel gibt, die eine ganz andere Struktur, z.B. einen Buddha, im hellen Reflex an der Wand erkennen lassen, als auf der Rückseite eingeprägt ist, widerlegen zwar die ohnehin zweifelhafte „Durchdringungshypothese“, tun der Zauberhaftigkeit des Spiegels jedoch keinen Abbruch.
Die Entzauberung des Spiegels beginnt in dem Moment, in dem man sich davon überzeugt, dass die spiegelnde Vorderseite doch nicht so perfekt ist, wie es das eigene Spiegelbild nahe legt. Dazu genügt ein einfaches Freihandexperiment. Man stellt sich mit dem Spiegel unter eine Leuchtstoffröhre, hält den Spiegel so, dass das Bild der Röhre gut zu erkennen ist. Anschließend lässt man das Bild der Leuchtstoffröhre quer über die spiegelnde Fläche laufen, indem man den Spiegel langsam neigt. Wenn man dabei den Blick auf die gerade Kante des Bildes der Leuchtstoffröhre richtet, erkennt man an bestimmten Stellen geringe Abweichungen von der Linearität, die genau an den Stellen des Spiegels auftreten, die die Strukturierung im Reflex an der Wand hervorrufen. Mit Hilfe eines rechteckigen Gitters, das man im Spiegel betrachtet, lassen sich die Abweichungen von der Linearität auch auf einmal feststellen.
Die Deutlichkeit, mit der die Unebenheiten der spiegelnden Oberfläche indirekt sichtbar gemacht werden können, erscheint auf den ersten Blick verwunderlich, sind sie doch direkt oder dem eigenen Spiegelbild auch durch noch so genaues Hinsehen nicht festzustellen. Eine kleine Abschätzung zeigt, dass die Unebenheiten von der Größenordnung der Wellenlänge des Lichtes sind. Diese Winzigkeit erklärt auch, dass die dadurch hervorgerufene Ablenkung der Lichtstrahlen erst in größerer Entfernung zu einer erkennbaren Änderung der Lichtintensität führen.
Wie kommt es zu diesen Unebenheiten? Um diese Frage beantworten zu können, muss man sich die Herstellung des Zauberspiegels vor Augen führen. Eine Beschreibung, wie dies geschieht liefert u.a. William Bragg, der sich dabei auf Ayrton bezieht, der in hoher Stellungen im japanischen Erziehungswesen tätig war und die japanische Version des Zauberspiegels im Jahre 1878 im Hörsaal der Royal Institution, in dem die Weihnachtsvorlesungen stattfanden bekannt gemacht hatte. Demnach wird der Spiegel aus Bronze hergestellt, die in geschmolzenem Zustand in eine Form gegossen wird, die mit dem reliefartigen Ornament versehen ist. Der erstarrte Rohling wird anschließend auf einer hölzernen Unterlage mit einer Art Hobel bearbeitet, um die Oberfläche zu glätten (siehe Bild 5). Durch das starke Aufdrücken gibt der Spiegel an den Stellen etwas nach, an denen sich die Vertiefungen des rückwärtigen Reliefs befinden. Dadurch trägt der Hobel an diesen Stellen weniger ab als an den auf der Unterlage aufliegenden erhabenen Stellen des Reliefs. Folglich kommt es zu entsprechenden winzigen Aufwölbungen die sobald die durch den Druck bedingte Durchbiegung nachlässt.
Wenn Licht auf diese durch Vertiefungen und Erhöhungen leicht gewellte Oberfläche fällt, wirken die Vertiefungen wie kleine Hohlspiegel, die das Licht ihrem Krümmungsradius entsprechend fokussieren, während die Erhöhungen zu einer Defokussierung führen (untere Abbildung). Infolgedessen ist im reflektierten Licht eine leichte Modulierung in der Helligkeit festzustellen, die in ihrer Struktur den Vertiefungen und Erhöhungen und damit der sie verursachenden Form des Reliefs entsprechen (Abbildung oben rechts).
Ob dieses mühselige Verfahren bei der Herstellung der heute zu kaufenden Zauberspiegel immer noch angewandt wird, ist wegen des großen Aufwandes wohl zu bezweifeln. Dass alternative Techniken möglich sind, wird schon dadurch nahegelegt, dass es auch Zauberspiegel gibt, die nicht „durchscheinend“ sind und ganz andere Figuren in der Projektion sichtbar machen. Letztlich kommt es nur auf eine äußerst feine Strukturierung der Oberfläche an.
Von einem erfolgreichen Herstellungsverfahren, das auch mit einfachen Mitteln möglich ist, wird in [4] berichtet. Dort wird ein Messing oder Kupferblech zunächst geschmirgelt und poliert bis es eine spiegelnde Oberfläche erhält. Dann wird mit Salpetersäure auf die spiegelnde Oberfläche eine Zeichnung hineingeätzt und anschließend so lange poliert, bis die Zeichnung mit bloßem Auge nicht mehr wahrzunehmen ist. In dieser Arbeit wird auch noch ein weiteres Verfahren beschrieben, das ohne Säure auskommt. Die so hergestellten Zauberspiegel zeigen dasselbe Phänomen, die unsichtbare Zeichnung in der Projektion des Reflexes wie von Zauberhand hervortreten zu lassen.
Zum Schluss sei darauf hingewiesen, dass der Zauberspiegel bereits im 19. Jahrhundert Gegenstand der Forschung gewesen ist. Davon zeugen mehrere Arbeiten [5]. Neuere Forschungsergebnisse werden von Herbert Maryon in den Archives of the Chinese Art Society of America (1963) publiziert. Dort wird u.a. auch auf die Methode des Stanzens hingewiesen, durch die lokale Verhärtungen im Metall hervorgerufen werden, die auf das anschließende Schleifen und Polieren anders reagieren als das übrige Material. Und kürzlich zeigte Cyril Stanley Smith vom M.I.T auf Mikrophotographien von Zauberspiegeln in die Oberfläche gestanzte Vertiefungen. Auch in einer fachdidaktischen Zeitschrift wurde vor einigen Jahren der Zauberspiegel vorgestellt [6].
Der Zauberspiegel macht zum einen deutlich, dass die menschliche Unfähigkeit, kleinste Unebenheiten wahrzunehmen, durch indirekte Methoden, in denen der menschliche Blick weit ausgeprägter ist, sichtbar gemacht werden können. Die „Übersetzung“ des Problems in eine Unterscheidung von Helligkeitsunterschieden ist eine Möglichkeit, die Störungen einer Geraden eine andere. Zum anderen fordern uns zauberhaft erscheinende Sachverhalte heraus, sie durch eine wissenschaftliche Erklärung zu entzaubern. Die Entzauberung erweist sich oft als Zauber, den Wissenschaft auf Menschen ausüben kann.
Die Größenordnung der Unebenheit
Zur Abschätzung der Größenordnung der Unebenheit gehen wir von einer sphärischen Vertiefung der ebenen Spiegelfläche mit einem Durchmesser d = 2 mm aus. Diese Vertiefung soll das parallele Strahlenbündel in einer Entfernung von f = 0,5 m sammeln. Der Krümmungsradius der sphärischen Vertiefung beträgt demnach R = 2f = 1 m. Dann ergibt sich nach für die Tiefe h der Unebenheit:
Es ist klar, dass ein solcher Defekt nicht zu sehen ist, wenn die ganze Oberfläche des Spiegels und die Vertiefung selbst poliert wurden. Bei der Reflexion eines parallelen Lichtbündels zeigt sich jedoch der Defekt im Abbild der Lichtquelle auf dem Schirm. Eine entsprechende Argumentation gilt natürlich, wenn der Defekt keine Vertiefung, sondern eine Erhöhung darstellt.

Literatur
[1] http://www.grand-illusions.com/shop.htm, sowie http://www.cgocable.net/~ywu/mirror.htmywu@cgocable.net Zugriff am 12.11.2001. Hier findet man auch eine kurze Beschreibungen
[2] Zong-yi Sheng et al.: A study of transparent ancient bronze mirror of western Han dynasty. Acta Metall. Sinica 12/1 (1976), 13.
[3] Bragg, William: Die Welt des Lichtes. Braunschweig: Vieweg 1935, S. 28
[4] Sysoyev, B.P.: Ucebnaja Gizika.Jan.- Febr. 1997, Nr. 1, S. 27
[5] Parnell, J.: The Japanese Magic Mirror. Knowledge July 1, 1887 (dort weitere Literaturhinweise)
[6] Swinson, Derek B.: Chinese „Magic“ Mirrors. The Physics Teacher 30, May 1992, p 295; dort findet man weitere Literaturangaben.

 

Chaos in Platos Höhle

Schlichting, H. Joachim; Backhaus, Udo. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik 42/4, 41 (1993).

Ein wesentliches Ziel der neuzeitlichen Naturwissenschaften ist die Vorhersage. Dieses Ziel wurde dadurch erreicht, daß man nach Mechanismen suchte, die hinter den Erscheinungen wirken und auf der Grundlage einer strengen Verknüpfung von Ursache und Wirkung für den Ablauf des beobachtbaren Geschehens sorgen. Indem der Mechanismus bzw. die Dynamik des betrachteten Systems in einer Differentialgleichung formalisiert wird, genügt die alleinige Kenntnis des Zustandes eines Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt, um den Zustand zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt zu berechnen.

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