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Schwerewellen

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Rätselfoto des Monats September 2020

Welche physikalischen Vorgänge führen zu diesen Strukturen?


Erklärung des Rätselfotos des Monats August 2020

Frage: Was passiert hier?

Antwort: Das Foto ist an sich nicht manipuliert, es wird hier nur kopfstehend präsentiert, um das Rätsel auf dem Foto noch etwas zu vertiefen. Dreht man das Foto richtig herum, so erkennt man, dass es sich bei den Bäumen um Reflexionen im Wasser handelt. Indem ein Stein ins Wasser geworfen wurde, machten sich von der dadurch bewirkten Störung der Wasseroberfläche Ringwellen auf den Weg zum Ufer. Das durch die Störung erzeugte Wellenpaket enthält anschaulich gesprochen zahlreiche Wellen, die sich nach dem Ereignis nach Wellenlängen sortieren. Die Wellen mit der größeren Wellenlänge haben eine größere Ausbreitungsgeschwindigkeit und eilen denen mit der jeweils kleineren Wellenlänge voraus. Das gibt dem Ringmuster einen ästhetischen Reiz, der allerdings erst dadurch sichtbar wird, dass das von den umstehenden Bäumen auftreffende Licht den Deformationen der Wasseroberfläche entsprechend reflektiert wird.
In der Mitte sieht man den Reflex eines Baumstamms, dessen quer über das Ringsystem verlaufender Reflex dem Auf- und Ab der Wellen entsprechend als Schlangenlinie erscheint. Der Eindruck der schüsselförmigen Vertiefung des Ringsystems ist eine optische Täuschung aufgrund des umgedrehten Fotos. Denn dadurch wird insbesondere die Perspektive umgekehrt.

 

Rätselfoto des Monats August 2019

Fiel ein Tropfen Wasser oder ein großer Stein ins Wasser?


Komplexe_Reflexe_IMG_8800_ZErklärung des Rätselfotos des Monats Juli 2019

Frage: Wie kommt es zu den sechs verschiedenen Schattierungen?

Antwort: Ein Picknick am Ufer eines idyllischen Kanals in Ostfriesland im Schutz einer alten Brücke. Ich genieße den Blick auf das Wasser und empfinde die Mischung aus intensiven Farben, altem Ziegelbauwerk mit kräftig gelben Flechten übersät wie ein in Form und Farbe stimmiges Kunstwerk aus Natur und alter Technik. Hier stimmen die Proportionen, die Schattenränder und Reflexionen auf intuitiv empfundene Weise.
Doch nach einiger Zeit ergibt sich die Frage, wie eine einzelne Lichtquelle, die Sonne mit Reflexen und Schattenwürfen eine solche Vielfalt von Schattierungen hervorbringt, die aus mehreren unterschiedlich stark beleuchteten (mit den Ziffern 1 bis 5 bezeichnet) Bereichen bestehen.
Die Sonnenstrahlung fällt von schräg links oben ein und erhellt die Front der Brücke und einen Teil unterhalb des Brückengewölbes, der durch die halbkreisförmige Berandung begrenzt wird. Auf den ersten erscheint es merkwürdig, dass sich diese Berandung ohne merklichen Bruch auf der Wasseroberfläche fortsetzt und auch diese zu einem gewissen Grade aufhellt. Wie kann das sein? Das Wasser reflektiert das Sonnenlicht nicht nur spiegelnd, sondern auch diffus in alle Richtungen (2 und 5), also auch zum Beobachter hin bzw. in die Kamera. Dafür ist insbesondere die durch Schwebeteilchen im Wasser hervorgerufene Trübung verantwortlich. Die Tatsache, dass auch mein Schatten schemenhaft auf dem Wasser zu erkennen ist, zeugt davon: Ein perfekter Spiegel zeigt keine Schattenprojektion. Obwohl die Fortsetzung (2) der Aufhellung (1) an der rechtsseitigen bogenförmigen Berandung (5) zu erkennen ist, fällt auf, dass beim Übergang zwischen Wölbung und Wasseroberfläche ein gewisser Bruch auftritt. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Flächen einen Winkel von etwa 90° zueinander aufweisen.
Die spiegelnde Reflexion der erhellten Wasseroberfläche führt ihrerseits dem Reflexionsgesetz entsprechend dazu, dass der an die direkte Aufhellung (1) des Gewölbes angrenzende Teil (3) angestrahlt wird, wenn auch nicht so stark. Beide aufgehellten Bereiche des Gewölbes spiegeln sich ihrerseits im Wasser. Das Spiegelbild des hellen Bereichs (1) führt zum Spiegelbild (4), was deutlich an den gespiegelten Ziegeln zu erkennen ist. Aber auch der durch den Reflex des Wassers beleuchtete Teil (3) spiegelt sich im Wasser (2) und lässt die Ziegelstruktur des Urbildes schemenhaft erkennen. Der am schwächsten erleuchtete Teil (5) gibt nur das oben erwähnte Streulicht ab und hat keine weitere Unterstützung durch spiegelnde Reflexionen des Gewölbes. Wenn man allerdings ganz genau hinschaut, dann sieht man, dass selbst der dunkelste Bereich unter dem Brückenbogen noch so viel Streulicht empfängt, dass eine schemenhafte Spiegelung des Ziegelgewölbes zu erkennen ist.
Zugegeben, dieser Beitrag wirkt fast wie die Lösung eine Puzzle-Rätsels. Wer jedoch daran interessiert ist, die unterschiedlichen Aufhellungen nicht nur pauschal als interessantes Reflexionsspiel der Natur auf sich wirken zu lassen, sondern allein mit dem fast schon als bloßer Ausdruck der Beschaffenheit der Welt geltenden Reflexionsgesetzt rekonstruieren möchte, kommt voll auf seine Kosten.
Obwohl auf diesem Foto nichts gestellt und manipuliert wurde, sondern lediglich die natürlichen Gegebenheiten wiedergegeben werden, wie sie im Moment der Aufnahme waren, bin ich doch einigermaßen erstaunt darüber welche komplexen Bilder durch einfache Reflexionen natürlicherweise entstehen können.

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