//
Artikel Archiv

spiegelnde Reflexion

Diese Schlagwort ist 49 Beiträgen zugeordnet

Virtuelle Herausforderung

Es ist wahrlich kein erbauendes Gefühl, sich selbst zwar verdoppelt aber kopflos gegenüberzustehen. Und da sage doch jemand, Spiegel seien verlässlich. Rein physikalisch gesehen sind sie es auch: Einfallswinkel = Reflexionswinkel und erst dadurch entsteht das Malheur. Ein gewellter, eingedellter Spiegel kann eben auch nur ein gewelltes und gedelltes Abbild hervorbringen. Dabei kann es je nach Blickwinkel neben abenteuerlichen Verzerrungen zu Überlagerungen und Verdeckungen, wobei oft entscheidende Partien einer Person dem Blick entzogen werden*.
Dennoch oder vielleicht auch deshalb sind solche meist in Science Centern mehr zur Belustigung als zur Aufklärung aufgestellten Zerrspiegel sehr beliebt. Das Vergnügen, sich in der Spiegelwelt je nach Position und Blickwinkel deformiert und depriviert, aber trotzdem nicht deprimiert zu sehen, resultiert vielleicht auch daraus, dass man im tiefsten Inneren die ebenso tiefe Überzeugung spürt, trotzdem in Wirklichkeit wirklich alles beieinander zu haben. Ich habe Kinder erlebt, die nach einigen Spielchen mit dem Zerrspiegel anschließend zum manchmal daneben angebrachten Planspiegel gegangen sind, vielleicht um sich ihrer körperlichen Integrität zu versichern. Man kann ja nie wissen.
Wenn Ödön von Horváth (1901 – 1938) in diesem Zusammenhang meint:
Mancher müßte in einen Zerrspiegel schauen,
um erträglich auszusehen,

so steckt angesichts des Fotos dahinter schon eine ganze Portion Bosheit.


* Wer kein Science-Center u. Ä. in der Nähe hat, kann sich mit den wandelnden Zerrspiegeln auf den Straßen und Parkplätzen vergnügen. Besonders die gut geputzten Karossen zeigen exzellente Verzerrungen.

Rätselfoto des Monats September 2021

Warum ordnet sich der lockere Split allein infolge der Benutzung der Straße wellenförmig an?


Erklärung des Rätselfotos des Monats August 2021

Frage: Warum ist die Spiegelung im Schatten besser?

Antwort: Das schräg von links einfallende Sonnenlicht wird im hinteren Teil der Wasseroberfläche sowohl spiegelnd als auch an den braunen Schwebstoffen im Wasser diffus reflektiert bzw. gestreut. Aus unserer Position bzw. der des Fotografen sehen wir aber nur die diffuse Reflexion, durch die das Sonnenlicht in alle Richtungen gestreut wird – also auch in unsere Augen. Und obwohl die Intensität des gespiegelten Lichts auf der Wasseroberfläche wesentlich größer ist, bekommen wir davon nichts mit, weil nach dem Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel das Licht nach schräg rechts reflektiert wird. Wenn man dort stünde und auf das Wasser in Richtung Sonne blickte, würde einem das gespiegelte Licht blendend in die Augen fallen.
Der (bezüglich des Sonnenlichts) beschattete Bereich im Vordergrund wird lediglich vom Streulicht des Himmels und anderer Objekte wie etwa der Bäume und der Häuser im Hintergrund beleuchtet. Dabei wird es im Wasser ebenfalls spiegelnd und diffus reflektiert. Diesmal kommt das Licht jedoch aus Richtungen, aus denen es spiegelnd in unsere Augen gelangt. Das auch in diesem Fall an den Streuteilchen im Wasser diffus reflektierte Licht ist jedoch von so geringer Intensität, dass es kaum störend in Erscheinung tritt.
Schaut man sich die Szenerie genauer an, so erkennt man, dass ein Teil des in der Sonne liegenden rechten Brückenbogens hell genug ist, um die diffuse Reflexion des Sonnenlichts wenigstens teilweise zu überstrahlen.

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.

Die Spiegelung bringt es an den Tag

Ein metallener Aschenbecher auf dem Tisch in einem Biergarten erscheint makellos verchromt. Das Gesicht der gegenüber sitzenden Person wird ziemlich perfekt gespiegelt. Nichts weist auf eine mögliche Strukturierung der Oberfläche hin. Aber wie so oft, bringt es die Sonne an den Tag. Wie man am Schatten (rechts oben) erkennt, fällt das Sonnenlicht von schräg links ein und streift einen Teil der vorderen Seite des Aschenbechers und wird dabei reflektiert. Die Reflexion ist gut zu erkennen, weil das Licht in einen Schattenbereich im Vordergrund des Bildes fällt. Ansonsten wäre das Phänomen kaum aufgefallen.
Man erkennt zahlreiche senkrechte Linien, die auf eine entsprechende Strukturierung schließen lassen. Sie deuten vermutlich auf den Herstellungsprozess hin. Vielleicht ist beim Biegen des verchromten Blechs der konvexe Bereich des Bechers so stark gedehnt worden, dass eine feine Rissstruktur senkrechter Riefen entstanden ist. Jedenfalls wird eine solche durch die Reflexion entlarvt. Das Phänomen, dass in der Reflexion etwas zu erkennen ist, was dem direkten Anblick verborgen bleibt, erinnert an den Chinesischen Zauberspiegel, bei dem ein eingeprägtes Muster auch erst Spiegelbild des Spiegels erkennbar wird.

Rätselfoto des Monats August 2021

Wodurch und warum wird die spiegelnde Reflexion auf Teilen des Wassers verhindert?



Erklärung des Rätselfotos des Monats Juli 2021

Frage: Was hält die Burg zusammen?

Antwort: In trockenem Zustand rinnt Sand durch unsere Finger. Kaum gerät Sand jedoch mit Wasser in Berührung, fließt er nicht mehr und lässt sich in nahezu beliebige feste Gestalt bringen. Wenn sich trockener, also von Luft umgebener Sand mit Wasser verbindet, wird dabei verhältnismäßig viel Grenzflächenenergie an die Umgebung abgegeben. Und da die Natur bestrebt ist, soviel Energie wie unter den gegebenen Bedingungen möglich ist, an die Umgebung abzugeben, werden so viel Sand wie möglich mit Wasser benetzt und dabei so viele Sandkörner wie möglich miteinander verbunden. Wollte man die Körner wieder voneinander trennen und damit die energiereicheren Grenzflächen zwischen Luft und Sand wieder herstellen, müsste man die bei der Benetzung abgegebene Energie wieder zurück in das System stecken. Die dazu nötige Kraft ist Ausdruck der Steifigkeit und Festigkeit des nassen Sands. Durch die z.B. von der Sonne geförderte Verdunstung des Wassers wird der Sand allmählich wieder trocken und die Burg zerfällt.

Wasserfarben bei Sonnenaufgang

Weiterlesen

…und unter mir die Spiegelwelt

Als ich dieses Gebäude betrat (oberes Foto), wunderte ich mich weniger über die nahezu perfekten Spiegelungen im glatten Fliesenboden als über die Menschen, die darüber gingen als wäre es nichts oder vielmehr ein normaler Boden. Ich selbst hatte längst die Unschuld verloren und musste das Gehirn einschalten, um die Tiefen in die Spiegelwelt, die sich da vor mir auftaten als begehbar und nur von virtueller Tiefe anzusehen. Dabei erwies es sich als äußerst günstig, dass ich nicht vorausschauend in diese glitzernde Mischung aus Realität und Virtualität ging, sondern direkt nach unten blickte. Denn in diesem Fall sah man statt einer Tiefe einen zwar glänzenden aber soliden Fußboden mit schwarzen Marmorfliesen (unteres Foto). Andere Menschen, die hier aus und eingingen machten sich überhaupt keine Gedanken vor allem nicht solche, die mich beschäftigten.
Alice hinter den Spiegeln hatte es da einfacher, sie ging durch einen normalen, also vertikal aufgestellten Spiegel. Dort drohte kein Sturz in die Tiefe. Allerdings waren die Abenteuer, die sie in der Spiegelwelt durchleben musste, nicht ganz ohne.

Ab heute begebe ich mich für einige Tage in eine netzfreie Region, sodass ich erst später auf evtl. Kommentare reagieren kann. Ich habe aber mit einigen Beiträgen vorgesorgt. 🙂



Lichtspiele im Glashaus

Ob der Architekt dieses Raumes die Phänomene eingeplant hat, die der aufmerksame Beobachter hier am Abend erleben kann, wenn es draußen dunkel wird und die indirekte (unter der Sitzbank angebrachte) Beleuchtung eingeschaltet wird? Ich denke schon, denn die Installation ist so präzise durchdacht, dass die hervorgebrachten Lichtstrukturen kaum ein zufälliger Nebeneffekt der Beleuchtungseinrichtung sein können.
Besonders auffällig ist das halbkreisförmig gekrümmte Lichtband, das wie ein monochromer Nebelbogen außerhalb des Raumes wahrgenommen wird. Hervorgerufen wird es durch die leicht kegelförmig gekrümmte Glaswand die einen Teil des von unterhalb der kreisförmigen Sitzbank spiegelnd reflektiert wird. Da wegen der beginnenden Dunkelheit außerhalb des Gebäudes dem Betrachter kaum störendes Licht von außerhalb des Gebäudes entgegenstrahlt, ist die Spiegelung deutlich zu erkennen.
Bei unkritischer Betrachtung könnte man den Eindruck gewinnen, als würde der unterhalb der Bank zu sehende leuchtenden Lampenbogen durch die Spiegelung einfach ein Stück angehoben. Das ist natürlich nicht der Fall. Verfolgt man nämlich die Lichtwege unter Berücksichtigung des Reflexionsgesetzes (Einfallswinkel = Reflexionswinkel), so erkennt man, dass der rechte Teil des gespiegelten Lichtbogens durch den linken Teil der Leuchten hervorgebracht wird. Entsprechendes gilt für die andere Seite. Die Steinsäule in der Mitte des Raums verdeckt gerade den Zwischenraum zwischen den beiden reflektierten Teilbögen und erweckt den Eindruck eines einheitlichen Reflexbogens.
Das Foto wurde im Foyer des modernen Ausstellungsbaus des Deutschen Historischen Museums in Berlin aufgenommen. Der Architekt des Anbaus an das alte barocke Zeughaus ist Ieoh Ming Pei, der für eindrucksvolle Licht- und Schatteneffekte in seinen Konstruktionen bekannt ist. Er ist u. A. der Architekt der Glaspyramide im Innenhof des Louvre.

Unter dem Pflaster liegt die Stadt

Ich kannte mal einen, der ging bei Regenwetter und kurz danach immer gesenkten Hauptes durch die Stadt. Auf den ersten Blick sah ich darin eine Bestätigung für die Regel, dass Regenwetter traurig mache und man daher den Kopf hängenlasse. Aber dem war nicht so. Er blickte durch die nassglänzenden Pflastersteine und Pfützen in eine andere Welt, die Welt unter dem Pflaster, die dann besonders schön zur Geltung kommt, kurz nachdem der Regen vorbei und die Sonne wieder das Regiment übernommen hat. Kennt jemand die Stadt, die sich hier durch ein bekanntes Gebäude zu erkennen gibt?

Wer sich eher nach dem unter dem Pflaster liegenden Strand sehnt, schaue sich den früheren Beitrag an.

Eine parasitäre Unterwelt

Wir blicken hier in eine Art Unterwelt, die allerdings so etwas wie einen vergitterten Ausgang zurück ins Helle verspricht… Doch wenn ich euch verrate, dass die Unterwelt nur das Spiegelbild in einer zudem allmählich verdunstenden Wasserpfütze ist (wer hätte das gedacht ;), ist ohnehin alles nur Schein. Denn ein Spiegelbild ist lediglich ein Parasit des Objekts, das es mehr oder weniger deutlich abbildet.

Beobachter des Beobachters

Vice versa

Ein Hase sitzt auf einer Wiese,
des Glaubens, niemand sähe diese.

Doch, im Besitze eines Zeißes,
betrachtet voll gehaltnen Fleißes

vom vis-à-vis gelegnen Berg
ein Mensch den kleinen Löffelzwerg.

Ihn aber blickt hinwiederum
ein Gott von fern an, mild und stumm* Weiterlesen

Doppelreflexe der Sonne auf dem Wasser

Die Wasseroberfläche besteht aus einem fast spiegelglatten und einem etwas welligen Teil. Auf dem glatten Teil im Vordergrund ist ein Spiegelbild der Sonne zu sehen, das an einer durch den Beobachter und der Höhe der Sonne gegebenen Stelle (Einfallswinkel = Ausfallswinkel) zu sehen ist. Die Spiegelglätte dieses Teils der Wasseroberfläche ist außerdem gut zu erkennen an den Spiegelbildern der Spitzen zweier Bäume vom gegenüberliegenden Ufer. Außerdem wird die Blaufärbung des Himmels mit ihrer Verblassung zum Horizont hin gut wiedergegeben.
Im welligen Abschnitt des Gewässers (es handelt sich um einen Fluss mit von der Strömung weitgehend ausgenommenen Randbereichen) sieht man einen Teil des Schwerts der Sonne. In diesem Bereich wird die Sonne an den passenden Neigungen der räumlich und zeitlich variierenden kleinen Wellen in unsere Augen bzw. die Kamera reflektiert. Weiterlesen

Nur eine Welle auf dem Wasser…

Wir möchten gerne die Welle kennen, auf welcher wir im Ozean treiben, allein wir sind diese Welle selbst.*

 

 


*Jacob Burckhardt (1818 – 1897)

Rätselfoto des Monats Januar 2021

Wie kommt es zu Form und Farbe des Sonnenreflexes?


Erklärung des Rätselfotos des Monats Dezember 2020

Frage: Wie kommt es zu der doppelten Abbildung der Fenster?

Antwort: Obwohl das Phänomen durch kluge Kommentare bereits im letzten Monat weitgehend geklärt wurde,  fasse ich noch mal zusammen und vertiefe in einigen Aspekten.
Die Aufnahme wurde im Flur eines altehrwürdigen Gebäudes gemacht. An den Abbildern der Fenster kann man erkennen, dass sie noch einfach verglast sind. Doppelt verglaste Scheiben liefern im Allgemeinen Lichtkreuze im Lichtkreis.
Von jeder durch die tiefstehende Sonne beleuchteten Scheibe wird ein Teil auf die Wand und eines auf den Fußboden projiziert, sodass das Licht durch diffuse Reflexion in unserer Augen gelangt. Der auf die Wand projizierte Teil wird außerdem vom glatten Fußboden spiegelnd reflektiert. Es sieht so aus, als würde der vom Fußboden gespiegelte Teil den diffus an der Wand reflektierten Teil zu einem Bild des gesamten Fensters ergänzen. Das ist jedoch nicht der Fall. Denn das Spiegelbild unterscheidet sich von einer Projektion dadurch, dass es je nach dem Standpunkt des Beobachters eine andere Lage annimmt. Außerdem ist zu erkennen, dass das Spiegelbild sich in der Spiegelwelt unterhalb des Bodens befindet.
Der Fliesenboden ist offenbar so glatt, dass er wie ein Spiegel wirkt. Er ist allerdings kein perfekter Spiegel. Denn ein solcher würde nicht als Projektionsfläche taugen – es würden also keine Projektionen der Fenster auf dem Boden auftreten. Der Boden ist aber gleichzeitig auch so matt, dass das auffallende Licht außerdem diffus reflektiert wird. Letzteres erkennt man auch an der gelblichen Farbe des Fußbodens.

Hohlspiegeleien

Ein normalerweise als Kerzenhalter dienender Hohlspiegel bekam es zufällig mit dem Auslaufmodell eines Plastiktrinkhalms zu tun und baute kurzerhand ein optisches Kunstwerk auf.
Neben den verzerrten Spiegelungen des Trinkhalms sind noch einige Kaustiken zu sehen, die im Vordergrund auf einer hellen Unterlage projiziert und von dort auch noch einmal im Hohlspiegel reflektiert werden. So ensteht aus wenigen Details ein komplexes Gebilde.

Eine kleine Fusselgeschichte

Vor kurzem bekam ich von Dierk Wendt ein Rätselfoto, das ich doch gerne weitergeben möchte:
Hauptakteur ist ein unscheinbarer Fussel, der im Innern einer Duschkabine liegt. Er stammt vielleicht von einem weißen Handtuch. Nachdem die Duschkabinentür zugeschoben wurde, liegt es nunmehr ansonsten völlig gleich in Form und Lage auf einem Handtuch, das sich ihm gewissermaßen untergeschoben hat. Das ist allerdings in der Berührungslosigkeit, in der das hier geschehen ist, nur möglich, wenn das Handtuch nicht von dieser Welt ist. Weiterlesen

Wer kennt diesen Baum?

Während von Westen Ungemach in Form einer dunklen Front droht, strahlt im Osten der helle Tag. Jedes Mal, wenn ich an dieser Stelle stehe, lege ich den Kopf auf die Seite, sodass die Augen übereinander zu liegen kommen und nehme mit Interesse die um 90° gekippte Welt als bereichernde Zutat zur aufrichtigen Welt in Augenschein.

Bunter Kaffee unter freiem Himmel

Kaffee wir viel getrunken und vielleicht noch mehr darüber geschrieben und gesprochen. In einer Kaffeepause genießt man das Aroma, den Geschmack und die positive Wirkung auf das Gemüt. Die Farbe des Kaffees ist meist schwarz; es sei denn, man nimmt seinen Kaffee unter freiem Himmel ein. Dann kann es passieren, dass man auf der Kaffeeoberfläche den blauen Himmel reflektiert sieht und damit eine Erklärung für das himmlische Gefühl findet, das zumindest eine Sorte dieses Namens zu vermitteln verspricht.
Manchmal entstehen Bläschen auf dem Kaffee und wenn diese vom weißen Licht getroffen werden, kann es sein, dass einem auch noch die restlichen Farben in den tollsten Kombinationen entgegen leuchten. (Zur Vergrößerung auf Bild klicken!). Die Interferenz macht es möglich. Große und kleine Blasen bilden einen ästhetisch ansprechenden Farbenteppich wobei sie unterhalb einer gewissen Größe weiß erscheinen (siehe die kleinen Blasen in den Zwischenräumen und an den Rändern der größeren Blasen). Dann sind sie so winzig und liegen sie so dicht beieinander, dass sie ähnlich wie Nebeltröpfchen das Licht in aller Richtungen streuen und unsere Augen gleichzeitig Licht aus verschiedenen Richtungen erhalten, das sich zu weiß vermischt.
Keine Angst, wir haben es hier nicht mit Seifenblasen zu tun, die eventuell Resten von Geschirrspülmitteln zu verdanken wären. Es sind echte Kaffeblasen. Denn der Kaffee enthält Substanzen, die eine ähnlich oberflächenentspannende Wirkung entfalten können. Die wie auch immer im Kaffee entstehenden Bläschen zerfallen also nicht sofort wie im reinen Wasser, sondern leben genügend lange, um diese Beobachtungen anstellen zu können. Dazu gehört, dass bald nachdem sie entstanden sind, eine Blase nach der anderen platzt und die farbigen Lichtlein zum Erlöschen bringt. Damit zerplatzt dann auch der Farbtraum sprichwörtlich wie Seifenblasen.
Und wer den Abwasch der Kaffeetassen nicht in das lärmenden Dunkel der Geschirrspülmaschine verbannt, sondern stattdessen nach der herkömmlichen Methode Hand anlegt, kann das Blasenfarbenspiel noch einmal in anderer Konstellation zu Gesicht bekommen.

Rätselfoto des Monats Juni 2020

Wie kommt der Schatten in den Schatten?


Erklärung des Rätselfotos des Monats Mai 2020

Frage: Was ist physikalisch interessant an diesem Blick in ein Schaufenster?

Antwort: Als ich an den Schaufenstern eines Modegeschäfts vorbeiging nahm ich aus dem Augenwinkel wahr, dass sich dort etwas in umgekehrter Richtung bewegte. Es hörte sofort auf, als ich stehenblieb und nach der Ursache für diese Bewegung suchte. Ich sah eine Schaufensterpuppe in einem überdimensionalen Folienspiegel abgebildet. Gleichzeitig sah ich mich selbst darin gespiegelt allerdings kopfstehend. Die Puppe und ich standen vor einem Hohlspiegel. Warum war sie „aufrichtig“ und ich „verkehrt“. Die Ursache für diesen Unterschied lag in der unterschiedlichen Entfernung vom Spiegel. Die Puppe befand sich innerhalb der einfachen Brennweite des Spiegels und wurde wie beim vergrößernden Schminkspiegel den Reflexionsgesetzen gemäß aufrecht abgebildet. Ich selbst befand mich weiter entfernt zwischen einfacher und doppelter Brennweite und wurde wie die  Gebäude im Hintergrund auch kopfstehend abgebildet.

Reflexionen in und über eine gewöhnliche Wasserpfütze

H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 51/3 (2020), S. 149

Was man beim Blick in eine Wasserpfütze zu sehen bekommt, hängt vor allem davon ab, aus welcher Richtung man in die Pfütze schaut.

Wasserflächen von weitem gesehen, nehmen teilweise die Farbe des Himmels an, weil diese in ihnen spiegelnd reflektiert wird. Ein (flacher) See erscheint deshalb blau, weil der Himmel blau ist. Und wenn der Himmel bedeckt und grau ist, kann der See nicht anders, als es ihm gleichzutun.
Auch die abgebildete Wasserpfütze (Abbildung 1) gibt das Blau des Himmels und das Weiß der Wolken wieder. Nähert man sich jedoch der Pfütze, so verblasst die Farbe zunehmend. Steht man direkt davor (Abbildung 2), so wird die Pfütze unversehens nahezu transparent. Man sieht den darunter und im Randbereich befeuchteten Asphalt teilweise in noch kräftigeren Farben als ohne die Wasserschicht darüber.
Die Ursache für diesen Wechsel ist darin zu sehen, dass der Anteil des reflektierten Lichts umso größer ist, je flacher man auf die Wasseroberfläche blickt (Einfalls- und Reflexionswinkel bezogen auf das Lot zur Wasseroberfläche sind groß) und minimal wird, wenn man senkrecht hineinschaut (Einfalls- und Reflexionswinkel sind Null) (mittleres Foto). Zwar ist von den Wolken noch etwas zu erkennen, aber wegen des geringen Kontrasts zwischen Himmelslicht und feuchtem Asphalt sieht man von den Blauanteilen nichts mehr.
Dieses optische Verhalten beobachtet man nicht nur bei Wasserflächen, sondern auch bei anderen transparenten Medien wie etwa bei Fensterscheiben. Wenn das Licht senkrech einfällt, reflektiert die Grenzfläche zwischen Glas und Luft nur etwa 4%. Dieses hier nur qualitativ angesprochene Phänomen wird quantitativ durch die sogenannten Fresnelschen Gleichungen beschrieben.
Das untere Foto wurde ebenfalls aus größerer Entfernung aufgenommen, allerdings aus umgekehrter Richtung gegen die Sonne. Auch hier sieht man das Himmelsblau und einige Wolken reflektiert. Einen auffälligen Unterschied zeigt der Randbereich, in dem die raue Oberfläche der befeuchteten Splitteilchen ihr dunkles Aussehen (oberes Bild) in ein blendend helles Leuchten gewechselt hat. Da hier dieselbe Pfütze nahezu gegen die Sonne fotografiert wurde, reflektieren die befeuchteten Flächen der Splittteilchen das Sonnenlicht auch noch aus Winkeln in die Kamera, die vom Reflexionswinkel der horizontalen Wasseroberfläche geringfügig abweichen. Es besteht somit eine enge Beziehung zum Phänomen des Schwerts der Sonne [1], bei dem das Sonnenlicht nicht nur an einer Stelle, sondern aus einem mehr oder weniger breiten Nachbarbereich gesehen wird. Beim Foto in Abbildung 1 wurde hingegen mit der Sonne im Rücken fotografiert; die Splittteilchen reflektierten das Sonnenlicht daher hauptsächlich vom Fotografen weg. Hinzu kommt dass dort die diffuse Reflexion im feuchten Randbereich geringer ausfällt als in der trockenen Nachbarschaft, weil das einfallende Licht in der dünnen Wasserschicht einige Male hin-und her reflektiert und dabei stärker absorbiert wird als im trockenen Bereich. Dieses Phänomen kennt man von den kräftigen Farben und dem Glanz feuchter Steine (Physik in unserer Zeit 36/1, 47 (2005)).
An der unterschiedlichen Helligkeit des Grases ist ebenfalls zu erkennen, dass man im einen Fall auf die beleuchtete Seite und im anderen Fall auf die Schattenseite der Gräser blickt.

Literatur

[1] H. J. Schlichting, Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 1998, 51 (7), 387; 1999, 52 (6), 330.

Dies ist die Einreichversion der Publikation.

PDF: Reflexionen in und über eine gewöhnliche Wasserpfütze.

Reflektierende Marienkäfer

Wenn ich Marienkäfer erblicke, zähle ich gewohnheitsgemäß ihre Punkte. In den meisten Fällen finde ich solche mit 7 Punkten – 3 Punkte auf dem einen und symmetrisch dazu 3 auf dem anderen Deckflügel (siehe Foto). Der 7. Punkt befindet sich direkt hinter dem Kopf je zur Hälfte auf dem einen oder anderen Deckflügel – die Symmetrie bleibt gewahrt. Die Punktzahl variiert mit unterschiedlicher Häufigkeit. Interessanterweise ist die Anzahl nicht beliebig, sondern kann Werte zwischen 2, 4, 5, 7, 10, 11, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 22 und 24 Punkten annehmen. (Eine mathematische Gesetzmäßigkeit vermag ich nicht darin zu erkennen). Weiterlesen

Natürliche Zerrspiegel

Als ich jemandem das Foto mit den beiden Schwänen zeigte, kam die witzig gemeinte Bemerkung. Die armen Schwäne müssen doch irgendwann verzweifeln, wenn sie ständig ein solches Selbstbild vor Augen haben. Müssen sie nicht, denn sie können es gar nicht sehen, wie man aus eigener Erfahrung feststellen kann, wenn man selbst in einem leicht welligen Gewässer schwimmt und die Spiegelungen auf den Wasser im Blick hat. Wenn man in der Nähe des Ufers schwimmt, zeigen die Spiegelbilder die verzerrte Ufergegend (Bäume, Häuser). Weiter draußen sind es eher schwankende Bereiche des Himmels, die umso langweiliger sind, je weniger bewölkt es ist. Weiterlesen

Morgenstunde hat Gold im Munde

Am frühen Morgen im Schlossgraben. Die Sonne ist noch nicht zu sehen. Dann plötzlich zündet sie oben beginnend langsam nach unten voranschreitend die jungen Blätter eines Busches an. Die davon ausgehende und durch die Reflexion im Wasser zusätzlich verstärkte Helligkeit breitet sich wie ein Fluidum in dem von altem Baumbestand verdunkelten Bereich des Parks aus, ohne dass die Sonne selbst bereits zu sehen wäre.

 

 

 

Große Chance des Lebens, daß man die Morgen hat. Daß Zeit Erneuerung schenkt. Daß Wiedergeburt sich nicht nur im Großen gewährt, auch so in kleiner Münze als tägliche Huld. Immer werden die Tafeln wieder gelöscht: Wohltat über alle Wohltaten hinaus. Befleckung wird immer wieder getilgt, immer sind Morgen jung, kühlstark und frisch. Immer findet sich Kraft wieder an, stellt Verlorenes sich wieder her. Neubeginn, zu dem man Gewonnenes hinretten kann, während Verfehltes die Tiefe verschlingt: im Grund besteht alles Weiterschreiten darin.*

 


* Erhart Kästner. Zeltbuch von Tumilat. Frankfurt am Main 1974, S. 226

Reines Wasser ist blau

Wasser ist transparent und farblos. Das ist der Eindruck, den man gewinnt, wenn man ein Glas Wasser trinkt oder unter der Dusche steht.
Vom Strand aus betrachtet sieht es so aus, als sei das Wasser blau oder blaugrün.
Angesichts dieser Diskrepanz beruhigt man sich vielleicht damit, dass das Meerwasser an sich ebenfalls farblos ist und nur durch die Reflexion des Himmelslichts blau wird oder bei Sonnenuntergang auch mal rot.
Was ist nun richtig? Weiterlesen

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. Weiterlesen

SchauFenster – FensterSchau

Dieses Schaufenster wirkte auf mich eher wie ein modernes Kunstwerk als wie eine übersichtliche Auslage von verkaufswürdigen Gegenständen. Nur wenn ich nahe genug an das Fenster heranging und im eigenen Schatten hineinblickte erschlossen sich mir die Verkaufsobjekte.
Das Problem war in den von der Sonne hell beleuchteten Gegenständen und Gebäuden, die dem Fenster gegenüberliegen zu sehen. Das von ihnen diffus in Richtung Schaufensterscheiben reflektierte Licht war so intensiv, dass der von den Scheiben spiegelnd reflektierte Anteil von etwa gleicher Helligkeit war wie das von den Auslagen ausgehende Licht.
Diese Überlagerungen des direkten und gespiegelten Lichts ganz unterschiedlicher Herkunft erzeugten Impressionen, denen am ehesten noch unter dem Aspekt der abstrakten Kunst bezukommen war.
Physikalisch gesehen spielen die durch den unterschiedlichen Luftdruck zwischen der Außenwelt und dem Raum zwischen den beiden deformierten Doppelglasscheiben eine wesentliche Rolle.

Optische Täuschungen 2: Spiegeltäuschung

Eine der bekanntesten Täuschungen besteht darin gespiegelte Gegenstände für real zu halten. Bei einem perfekten Spiegel gibt es rein optisch-visuell kaum eine Möglichkeit die Spiegelwelt von der realen Welt zu unterscheiden. Es sei denn, man vermag beide vergleichend in den Blick zu nehmen. Erst wenn man versucht, in die Spiegelwelt einzutreten, kommt es im doppelten Wortsinn zur Kollision mit anderen Aspekten der Beschaffenheit der Welt. Wer schon einmal gegen eine verspiegelte Wand beispielsweise in Form einer Glastür gelaufen ist, kann dies nur allzu gut bestätigen. Selbst Vögel, die gegen Fensterscheiben fliegen und sich dabei oft schwer verletzen oder gar zu Tode kommen, fallen auf die Spiegelwelt herein. Man versucht, sie vor dieser Täuschung mit einer anderen Täuschung zu bewahren, indem auffällige Aufkleber in der Form von Raubvögeln auf die Scheiben geklebt werden. Dadurch wird zwar die Spiegeltäuschung nicht aufgehoben, aber – so die allerdings wohl unberechtigte Hoffnung –  neutralisiert. Weiterlesen

Doppelabbildung im Greenwicher Octogon

Bei meinen Entdeckungen und Beobachtungen von Alltagsphänomenen ist mir aufgefallen, dass besondere Zeiten und besondere Orte die Sensibilität dafür maßgeblich zu erhöhen scheinen. Dazu gehören Reisen, Exkursionen und andere nicht alltägliche Aktivitäten.
Das im Folgenden dargestellte Beispiel bezieht sich auf einen Besuch im altehrwürdigen Royal Greenwich Observatory, das heute ein Museum ist. In dem dortigen Oktogon, einem auffälligen achteckigen Gebäude, schien die Sonne durch eines der Fenster und hinterließ auf dem Boden eine entsprechende Aufhellung von der Form des Fensters. Soweit also nichts Besonderes – bis ich ein zweites „Lichtbild“ auf dem Boden entdeckte, das zumindest auf den nunmehr zweiten Blick überhaupt nicht in mein physikalisch geprägtes Interpretationsschema passte: Wir haben eine Lichtquelle, die Sonne, also können wir auch nur eine Abbildung erwarten. Aber hier sind trotzdem zwei, die sich allerdings deutlich im Aussehen und „Verhalten“ unterscheiden: Von der hellen Sonnenprojektion wird das auftreffende Licht diffus in alle Richtungen reflektiert und es ist stationär. Die quadratische Aufhellung bleibt – von der langsamen Bewegung der Sonne abgesehen – an der Stelle, auch wenn ich meinen Standort und Blickwinkel ändere.
Das andere Abbild des Fensters unterscheidet sich nicht nur in der unterschiedlichen Position, sondern auch in der Helligkeit und Färbung. Und – es ist nicht stationär. Es bewegt sich mit dem Beobachter mit und scheint außerdem aus dem virtuellen Raum unterhalb des Bodens heraus zu scheinen. Ich kann es durch mein Hin- und Herbewegen im Raum fast nach Belieben über den Boden wandern lassen.
Es handelt sich hier um eine spiegelnde Reflexion. Normalerweise bleibt das in einem Spiegel betrachtete Bild wie der gespiegelte reale Gegenstand dort wo er ist. Und wenn ich mich fortbewege, sehe ich das Spiegelbild nicht mehr. Im vorliegenden Fall scheint es anders zu sein. Ich erblicke einen gespiegelten Ausschnitt aus dem Himmel und wenn ich mich fortbewege, gerät auch dieser Ausschnitt pflichtgemäß aus dem Blick. Davon merke ich allerdings meist nichts, weil stattdessen andere gespiegelte Himmelsausschnitte in den Blick geraten, die sich kaum voneinander unterscheiden – daher der Eindruck des mitwandernden Spiegelbilds. Und wenn ich mich dahin bewege, wo sich der gespiegelte Himmelsausschnitt mit der Sonne befindet, werde ich geblendet. Denn nunmehr gerät das Sonnenlicht auch noch durch spiegelnde Reflexion in meine Augen. Wäre der Fußboden ein perfekter Spiegel, würde ich hier gar kein Bild wahrnehmen.
Wie kann der glatte Fußboden gleichzeitig als diffus reflektierende Leinwand und als Spiegel fungieren. Was hier auf den ersten Blick als Problem erscheint, ist jedoch Ausdruck des allgemeinen Falls einer alltäglichen Reflexion. Jeder nicht perfekte Spiegel ist auch eine notdürftige Leinwand. Er reflektiert das Licht teilweise diffus und spiegelnd.
Klingt kompliziert, ist aber nur komplex.

 

Schatten mit Wasser auslöschen

Auf dem Foto sieht man einen normalen Schatten bei bereits tief stehender Sonne. Merkwürdigerweise wird er durch eine Wasserfläche weitgehend ausgelöscht. Wie kommt es dazu?
Die Wasserfläche erscheint heller als die Umgebung. Sie glänzt außerdem in der Farbe des Himmels blau. Mit anderen Worten, die Wasserfläche wird durch das Streulicht des Himmels beleuchtet, das natürlich auch dahin kommt, wo das Sonnenlicht ausgeblendet wird, in den Schatten der Person. Nun könnte man gegen dieses Argument einwenden, dass nicht nur die Wasserfläche vom Himmel beleuchtet wird, sondern auch das übrige Gebiet insbesondere nicht benetzte Schatten. Während das Himmelslicht jedoch auf dem rauen Asphaltboden zum einen stark absorbiert und zum anderen diffus reflektiert wird und daher nur wenig davon ins Auge des Betrachters gelangt, kommt es auf der Wasseroberfläche zu einer spiegelnden Reflexion des Himmelslichts in voller Intensität und Farbe: Das aus einer bestimmten Richtung einfallende Licht wird nach dem Reflexionsgesetz im Bereich des Wassers vollständig in die Augen reflektiert. Im sonnenbeschienenen trockenen Bereich dominiert natürlich die diffuse Reflexion des wesentlich intensiveren Sonnenlichts.
Interessanterweise erscheint die durch die spiegelnde Reflexion des Himmelslichts bedingte Aufhellung nahezu unabhängig von der Richtung zu sein. Das liegt daran, dass der Himmel als Lichtquelle aus nahezu allen Richtungen strahlt und eine Änderung des Beobachterstandpunkts nur zur Folge hätte, dass das Licht aus einer entsprechend anderen Region des Himmels ins Auge gelangte.
Wenn die Lichtquelle auf einen kleinen Bereich beschränkt wäre, wie etwa das Licht der Sonne, würde man feststellen, dass die Aufhellung nur in einem ganz bestimmten Winkelbereich erfolgte.
Das ließ sich in dieser Situation leicht überprüfen, indem ich mich so positionierte, dass die Stelle des Himmels reflektiert wurde, an der die Sonne stand. Folglich wurde nunmehr das Sonnenlicht spiegelnd ins Auge reflektiert (siehe untere Abbildung) und ließ weger ihrer wesentlich größeren Intensität die Wasserfläche geradezu aufflammen und, sodass ich geblendet mich sofort abwenden musste.
Außerdem ist deutlich zu erkennen, dass in diesem Fall der Schatten nicht ausgelöscht wird. Denn im Schatten kann das Sonnenlicht wegen seiner lokalen Begrenzung (siehe oben) gewissermaßen definitionsgemäß nicht reflektiert werden. Doch (mindestens) eine Frage bleibt: Müsste nicht eine Aufhellung der Beinschatten in der Pfütze durch das Himmelslicht zu beobachten sein. Theoretisch ja, im Vergleich mit der Intensität des reflektierten Sonnenlichts ist die Intensität des reflektierten Himmelslichts jedoch so gering, dass man auf ein und demselben Foto davon so gut wie nichts sehen kann.
Und noch etwas ist interessant. Dass es überhaupt zu spiegelenden Reflexionen im Bereich des nassen Asphalts kommt, liegt daran, dass das Wasser die unregelmäßigen Lücken im rauen Asphalt schließt und daraus eine glatte Fläche macht.

Mehrfachabbildungen eines Falters

Dieses Foto bekam ich von Claudia Hinz geschickt. Es scheint auf den ersten Blick so etwas wie ein mehrfacher Schatten eines Falters zu sein, der auf nicht unmittelbar zu erkennende Flächen geworfen wird. Um damit etwas anfangen zu können, ist die Information wichtig, dass der Falter auf der Außenseite einer Doppelglasscheibe eines Flughafengebäudes fotografiert wurde. Weiterlesen

Leonardo da Vinci (4) – Komplexe Spiegelschatten

Ich stehe mit der tiefstehenden Sonne im Rücken vor einer Glastür. Die Sonne wirft von mir einen Schatten, der sich wie ein Teppich vor mir ausbreitet. Gleichzeitig werde ich samt dem Szenario hinter mir in der Glasscheibe der Tür reflektiert, sodass auch ein Schatten von meinem Spiegelbild nunmehr aber in umgekehrter Richtung und damit mir entgegen geworfen wird.
Es kommt zur Überlagerung der beiden Schatten und damit zu einer merkwürdigen Doppelfigur. Diese ist ihrerseits strukturiert durch Reflexe der Sonne an der Scheibe, die zu einer Aufhellung des realen Bodens davor und des gespiegelten Bodens dahinter führt. Diese Aufhellung macht es jedoch sinnigerweise – so als müsste es so sein – überhaupt erst möglich, dass die beiden Schattenköpfe der primäre und der reflektierte überhaupt sichtbar werden. Denn anderenfalls wäre von den Schattenköpfen nichts zu sehen – es würden sich einfach zwei langweilige Rümpfe überlagern ohne innere Strukturierung. Ist das nicht clever – von der Natur – inszeniert? Der Laie würde sagen: reiner Zufall. Der Physiker würde antworten: bloße Notwendigkeit.

Und was sagt Leonardo zum Schatten im Allgemeinen?

Der Schatten ist Verringerung von Licht und Dunkel und liegt zwischen diesem Licht und Dunkel.
Der Schatten ist von unendlich verschiedener Dunkelheit und kann an Dunkel unendlich verringert werden.
Die Anfänge und Enden der Schatten erstrecken sich zwischen Licht und Dunkel und können unendlich verringert und verstärkt werden.
Der Schatten bedeutet Ausprägung der Körper und ihrer Gestalten.
Ohne Schatten werden die Gestalten der Körper keine Kenntnis von ihren Eigenschaften geben.
Der Schatten hat immer etwas von der Farbe seines Gegenübers.

(Von den Umrissen der Schatten.) Manche sind verschwommen, von nicht wahrnehmbarer Begrenzung; andre sind deutlich begrenzt.

(Wann Körper ohne Licht und Schatten sind.) Kein undurchsichtiger Körper ist ohne Licht und Schatten, außer wenn er im Nebel auf schneebedecktem Erdboden ist. Ebenso ist es, wenn es in der Landschaft schneit; denn dann ist sie ohne Licht und in Dunkel gehüllt.
Aber das geschieht nur bei den kugelförmigen Körpern; denn bei den andern Körpern, die eine Gliederung haben, färben die Teile der Glieder, die einander gegenüberliegen, sich gegenseitig in dem zufälligen ton ihrer Oberfläche.

 

Die fraktale Welt einer Trompete

Neben den akustischen Klängen, die durch den Schalltrichter einer Trompete in die Welt entlassen werden und in unser Ohr gelangen, hat derselbe Trichter auch einige optische Ansichten parat, die für den einen oder die andere ein visuelles Erlebnis darstellen. Mich haben die meist spiegelblanken glänzenden Metallkörper schon immer fasziniert, hatte aber bislang keine Gelegenheit wahrgenommen, ihnen etwas mehr Aufmerksamk Weiterlesen

Holunderbeerenreflexe

holunderbeeren_img_8560rvGlänzende Perlen oder leuchtende Augen werden auf Gemälden oft durch einen kleinen weißen Punkt sichtbar gemacht. Davon wird in der realistischen Malerei reichlich Gebrauch gemacht. Ein Beispiel ist das in der National Gallery in London zu bewundernde Gemälde „Die Hochzeit des Giovanni Arnolfini„. Dort findet man ihn sowohl in der Gebetsperlenkette neben dem Wölbspiegel im Hintergrund als auch in den Augen des zu Füßen der Dame stehenden Hündchens. Weiterlesen

Solare Wäschetrocknung und reflexive Bleichung

Dieser aus meiner Kindheit noch vertraute Anblick ist heute selten und damit zu einem Fotomotiv geworden. Obwohl wir ins Zeitalter der regenerativen Energiequellen einsteigen (müssen) ist uns der solare Wäschetrockner offenbar nicht mehr gut genug.
Die Szenerie zeigt darüber hinaus noch ein schönes Phänomen. Während die direkte Sonneneinstrahlung die bunten Farben der Wäschestücke gewissermaßen wegbleicht, werden diese durch die Reflexion im Wasser wieder zurückgeholt. Weiterlesen

Zugleich diffus und spiegelnd

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 8 (2017), S. 64 – 65

Wer bei Reflexionen nur an Spiegelbilder denkt, übersieht leicht das Licht, das raue Oberflächen ungerichtet zurückwerfen. Meist treten beide Erscheinungen gemeinsam auf.

In dem, was sich mir so als Raum des Lichts darstellt,
bedeutet Blick immer ein Spiel
von Licht und Undurchdringlichkeit.
Es geht stets um ein Spiegeln
Jacques Lacan (1901–1981) Weiterlesen

Photoarchiv