Streuung

Lavendel im Regen

Sie sind kaum wiederzuerkennen, die Lavendelblüten. Sie wirken etwas unnatürlich großzügig gerundet, aber auch ungewöhnlich kräftig in der Farbe. Regentropfen haben die feinen Zwischenräume überbrückt und leuchten nun ihrerseits wie kleine Lampen im typischen Blau-violett des Lavendel. Die Farbe wirkt kräftiger und gesättigter als im Normalfall. Weiterlesen →

Bäume und Schattenräume

Auch wenn man unter Schatten meist etwas Flächenhaftes versteht, gehören auch die Räume dazu, die von der Sonne aus gesehen hinter dem Schattengeber liegen. Man sieht diese Räume nicht, weil Luft weitgehend transparent ist und von dort kein Licht in unsere Augen gelangt.
Sobald aber Licht streuende Teilchen, z.B. in Form von Nebel (kleine Wassertröpfchen) die Luft „verwässern“, wird Licht an ihnen gestreut und gelangt auf diese Weise in unsere Augen. Lediglich die Bereiche, in die kein Licht gelangt – das sind gerade die Schattenräume hinter den Schattengebern – bleiben davon ausgenommen und erscheinen uns daher (auf einem Foto) im Unterschied zur übrigen aufgehellten Umgebung dunkel.
Sofern man keinen Unterschied zwischen dem Schatten der Bäume (siehe Foto) und dem Schattenraum hinter den Bäumen erkennt, kommt es zu diesem auf dem ersten Blick seltsam erscheinenden dunklen Gebilde (rechts von der Bildmitte). Wenn man genau hinschaut, kann man den schattengebenden Baum durch die dunkle Schattensäule hindurch schimmern sehen (zum Vergrößern klicken).

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…

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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.

Ein Zeichen am Himmel zum 2. Advent

In der Adventzeit neigen manche Menschen dazu, Zeichen am Himmel zu sehen. Das ist nicht neu. So wurde beispielsweise in meiner Kindheit die rote Abenddämmerung mit den Brot backenden Engeln in Verbindung gebracht. Und was ist es diesmal? Eine rote Fahne, die aus den Wolken heraus hängt (siehe Foto)? Eine gewisse Flatterhaftigkeit kann man ihr nicht absprechen. In der Struktur des Streifens könnte man aber auch die leuchtende Spur eines Objekts sehen, der sich rotierend auf einer Spiralbahn nach unten bewegt (hat). Oder ist es doch nur der Rest eines verwirbelten (verwirrten?) Kondensstreifens?
Bleiben wir mal dabei. Kondensstreifen entstehen nur unter bestimmten Bedingungen.  Dazu gehört u. A. eine genügend große Feuchte (Wasserdampfkonzentration). Es könnte also sein, dass diese Bedingung nur in dem Bereich ausreichend groß ist, in dem man den Streifen sieht. Dort haben sich genügend Wassertröpfchen bzw. Eiskristalle gebildet, an denen das Sonnenlicht gestreut und daher indirekt sichtbar wird. Die rote Farbe zeugt davon, dass die Sonne bereits untergegangen ist  oder zumindest sehr tief steht. Ihr Licht legt einen langen Weg durch die Atmosphäre zurück und hat durch mehrfache Streuvorgänge die kurzwelligen Lichtanteile verloren. Und die verbleibenden langwelligen Rotanteile erreichen auch nur noch höhere Himmelregionenen in dem sich der Kondensstreifenrest wie eine Fahne im Wind bewegt.
Die dunklen Wolken liegen niedriger als der beleuchtete Kondensstreifenrest. Sie werden nicht mehr vom Sonnenlicht erreicht und bilden mit ihrem die kommende Nacht präludierendem Schwarz einen eindrucksvollen Kontrast, der auch ohne brotbackende Engel sehr schön zum heutigen 2. Advent passt.

Blätter im Sonnenlicht

Das zierlich eingekerbt-, und nett-gezackte Laub,
Wodurch die Adern sich bis an die Ecken,
Voll klares Safts, wie Blut, erstrecken,
Ist recht verwunderlich geweb´t. Solch eine Menge
Stets wiederum aufs neu geteilter zarter Gänge
Durchflicht das ganz Blat, wodurch es sich vereint,
Und, wie ein grünes Fleisch, voll grüner Adern scheint.
Ein Blat beschattet oft das ander´, und vermehret,
Durch seine dunk´le Zierlichkeit
Der Schatten, Bildungen und Farben Unterscheid.

* Barthold, Hinrich Brockes (1680 – 1747). Im grünen Feuer glüht das Laub. Weimar o.J., S. 31

Die Farbe Rot

Schönes Rot, Farbe der Jugend, der Leidenschaft, der Glut. Rotsehen, darin steckt auch die Vorstellung, der Stier reagiere auf Rot, tatsächlich kann er Rot gar nicht sehen, nur das Dunkle, die Bewegung des Tuchs, der Capa. Rot ist die Farbe, die am häufigsten in den Fahnen der Staaten auftaucht, ohne Zusatz, als reines Rot, ist es die Fahne der Revolution, der Linken, der französischen Commune. Farbe des Lebens, der Veränderung. Schönes Rot. In Schwarzafrika ist es das Rot, das aus Früchten gewonnen wird, mit dem sich die Mädchen, wenn sie ihre erste Menstruation bekommen, am Abend vor der Heirat und bei der Geburt des ersten Kindes Gesicht und Körper bemalen. Kirschrot, Himbeerrot, Erdbeerrot. Das Süße, Saftige verbindet sich mit dieser Farbe, eine Synästhesie, die sich durch Versuche belegen läßt. Kirschrot wirkt speichelbildend mit dem Geschmack der Süße. Im Russischen und im Arabischen ist das Wort rot gleichbedeutend mit schön. Blau ist die Farbe des Himmels, der Distanz. Nicht zufällig hat sich Blaustrumpf durchgesetzt. Hingegen zieht Rot als Kleidung wie keine andere Farbe die Aufmerksamkeit an, insbesondere wenn die Trägerin blond oder schwarzhaarig ist. Man kann blau sein, aber nicht rot, es sei denn durch einen Sonnenbrand. Man kann ein Roter sein, aber kein Blauer, jedoch kann man blaumachen und dann dafür einen blauen Brief bekommen. Feelin‘ blue – das Fest ist vorüber, kein Rot in Sicht. Mann kann rotsehen, aber wer blau sieht, meint nur die Farbe, anders wer schwarzseiht, was noch eine zusätzliche Bedeutung hat. Schönes Rot, das sich nicht fotokopieren läßt.*

Eine Tulpe, die mangels Wasser ihre Steifigkeit verliert und sich mit der schweren Blüte der Schwerkraft folgend zum Tisch mit der weißen Decke neigt. Sie wird vom Sonnenlicht angestrahlt, sodass sie einen Schatten wirft. Der Schatten ist aber nicht dunkel. Da die Blütenblätter nicht nur rotes Licht reflektieren, sondern es auch wenigstens teilweise durchlassen, wird der Schatten rot eingefärbt. Hier sieht man unmittelbar wie Farben entstehen: ein Teil der Farben des weißen Lichts wird absorbiert und der Rest, der dem Gegenstand die Farbe verleiht wird emittiert. In diesem Fall sogar durch den Gegenstand hindurch. Schatten als Abwesenheit von Licht ist nur in der Definition perfekt.

* Uwe Timm. Rot. Köln 2001, S. 88

Das Licht und die Dinge

„Als er erwachte, schien die Sonne auf sein Bett: Er schüttelte die Decke zurecht, legte sich zurück und blickte in die Welt der Sonnenstäubchen, die er aufgewirbelt hatte. Lichtenberg fiel ihm ein: «Was man so prächtig Sonnenstäubchen nennt, sind doch eigentlich Dreckstäubchen.» Ihr glänzendes Treiben vor dem Hintergrund des dunklen Schrankes erinnerte ihn an die Bewegungen von Schwärmen aufgescheuchter Fische. Nach und nach werden sie ruhiger und einig in einem ganz langsamen Herniedersinken, er wundert sich, wie langsam. Manche flimmerten dabei, im Wechsel hell aufblitzend und erlöschend, und er dachte gleich an die Art, wie manche Blätter drehend fallen, so dass einmal eine glänzende Breitseite, dann wieder eine unscheinbare Kante in den Blick kommt. So verrieten diese Stäubchen ihre winzige Schuppengestalt ohne doch ihren Umriss sehen zu lassen.
Allmählich wurde sein Blick aber nicht mehr von den einzelnen Sternchen angezogen, sondern vom Ganzen ihrer Wolke, deren Grenzen er freilich nicht überschauen konnte: Er klopfte wieder auf die Decke, und aus dem Hellen trieben die Stäubchen verlöschend ins Finstere. Anderswo strömten dafür aus der Dunkelheit neue ein in den auserwählten Bereich, der aus grauem Staub silberne Sterne machte. Das ganze Zimmer musste voll von diesen Stäubchen schweben, aber leuchten durften sie nur in dem Lichtbalken, der starr und wie gleichgültig im Raume stand, während sie ihn durchspielten. Nicht gerade frei, aber doch anmutig ihrer Führung folgend: zwei Führungen: der immer neu gestalteten Strömung – fächerig oder wirbelnd – die eines ans nächste band, und der eintönigen allen gemeinsamen Nötigung des Fallens. Aber der Lichtbalken stand unbewegt.
Solange die Sonne schien! Eine Wolke trat vor sie, und alles erlosch. Der starre Balken und sein lockeres Sterngetriebe, zugleich mussten sie vergehen. Denn sie waren gar nicht zweierlei, das sah er jetzt. Ohne Lichtbalken gab es die Stäubchen nicht zu sehen, und ohne die Sternchen war kein Lichtbalken da. So also, sagte er sich, ist das Licht: An sich selber ist es nicht zu sehen, nur an den Dingen; und auch die Dinge sind aus sich selber nicht zu sehen, sondern nur im Licht.“* Weiterlesen →

Optische Täuschungen 9: Wenn Parallelen schwanken

Irgendetwas stimmt hier mit der Fliesenwand nicht. Stimmt, sie sind nicht in der üblichen Weise verarbeitet. Vielmehr sind die einzelnen Reihen abwechselnd um eine halbe Fliesenlänge gegeneinander verschoben verlegt. Man sollte erwarten, dass das keinen großen Effekt auf die Wahrnehmung ausübt. Und doch ist es so. Sie sehen so aus, als ob sie ihre Größe verändern würden. Jedenfalls erscheinen uns die Reihen nicht parallel. Und doch sind sie es. Wenn man nämlich die Reihen Fliese für Fliese mit dem Auge abtastet oder sogar ein Lineal an das Foto anlegt, erweist sich alles parallel und in bester Ordnung. Nimmt man aber die Fliesen als Ganzes in den Blick, machen sie Spirenzchen. Wie sehr man sich auch bemühen mag, es gelingt einfach nicht hier visuell Ordnung hineinzubringen. Man fühlt sich angesichts der einander widersprechenden Wahrnehmungen genarrt. Weiterlesen →

Steine: Schön strukturierte Pflastersteine

Beim Flanieren in Städten ist meine Aufmerksamkeit nicht nur auf Menschen und Gebäude gerichtet. Auch der steinerne Belag von Fußböden und Bürgersteigen gehören dazu. Es ist erstaunlich, wie viele Informationen in diesen Nebensächlichkeiten stecken, ganz abgesehen davon, dass man ihnen nicht selten auch ästhetische Aspekte abgewinnen kann (siehe auch hier und hier und hier und hier und hier). Weiterlesen →

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 →

Schatten als Verminderung von Licht

Schatten sind meist negativ konnotiert. Das haben sie u.a. ihrer Dunkelheit, Flachheit und Farblosigkeit zu verdanken. Manchmal sind sie sehr rätselhaft und ziehen uns in eine Situation hinein, die nach Aufklärung verlangt. Das ist im nebenstehenden Foto der Fall.
Ich blicke durch eine Glastür der tiefstehenden Sonne entgegen und sehe zu Reinigungszwecken aufgestellte Leiter schemenhaft im Original und als überdimensionalen Schatten – was die Notwendigkeit der geplanten Reinigung noch einmal unterstreicht. Weiterlesen →

Scheinheilige Heiligenscheine

Wenn morgens die Sonne noch tief steht, kann man manchmal an Bushaltestellen und Bahnhöfen Menschen mit einem Heiligenschein erleben, die meist selbst nichts davon wissen. Da er nur anderen offenbart wird, nennen wir ihn den externen Heiligenschein. Diese Beobachtung steht in direktem Gegensatz zu den internen Heiligenscheinen, die – ebenfalls bevorzugt am frühen Morgen – den Kopfschatten von Menschen auf der grünen Wiese schmücken. Dort kann man nur seinen eigenen Heiligenschein sehen. Weiterlesen →

Raben sind intelligent…

…und scheinbar auch zu vertieften Betrachtungen fähig; hier am Beispiel eines romantischen Springbrunnens im Gegenlicht der aufgehenden Sonne.

Es fällt schwer, es so zu sehen und das durch die Christianisierung zum Todesvogel degradierte Tier anders als im Lichte negativer Zuschreibungen zu sehen.
In der altnordischen Mythologie waren die Raben dank ihrer Intelligenz hoch angesehen. So sagt der germanische Göttervater Odin in einem Lied der Edda:
Hugin und Munin müssen jeden Tag
Über die Erde fliegen.
Ich  fürchte, dass Hugin nicht nach Hause kehrt;
Doch sorg ich mehr um Munin.
Dem müssen entsprechende Erfahrungen der Menschen mit den Raben zugrunde liegen.
Heute weiß man, dass Raben (insbesondere der Kolkrabe) zu den intelligentesten Vögeln zählen. Sie sind der weisen Eule weit überlegen, die man vermutlich wegen des durch die Befiederung vorgetäuschten großen Kopfes für besonders intelligent hielt.
Ein Beispiel dafür, dass Raben ihre körperliche Unterlegenheit durch intelligentes Verhalten kompensieren können, erlebe ich fast jedes Jahr während der Brutzeit. Dann ist das Rabepärchen öfter damit befasst, die in unserer Gegend anzutreffenden Bussarde aus der Nähe ihrer Nistplätze zu vertreiben. Was man in einiger Höhe sieht, sind zwei kleine Vögel – die Raben –, die einen  großen Vogel (den Bussard) durch gezielte Provokationen vor sich her treiben, bis dieser offenbar genervt schließlich das Weite sucht.

Physikalisch interessant ist hier, dass das an sich transparente Wasser blendend weiß erscheint. Weil das Wasser mit Luft durchsetzt ist, wird das Licht an den Grenzflächen zwischen Wasser und Luft in alle möglichen Richtungen gebrochen und reflektiert, sodass das das Wasser-Luftgemisch selbst zu einer Art Lichtquelle wird, die unabhängig von der Einstrahlung des Sonnenlichts in alle Richtungen ausgesendet wird.
Lichtdurchflutete Springbrunnen haben wir auch schon früher betrachtet, z.B. hier und hier und hier .

Die Farben des Wassers

Vor ein paar Tagen haben wir eine Wanderung zum Canyon zwischen Lengerich und Tecklenburg unternommen, einem in einer Schlucht gelegenen türkisfarbenen See, der in einem stillgelegten Kalksteinbruch entstanden ist. Die Farbe steht in einem eindrucksvollen Kontrast zu den steil aufragenden Kalksteinwänden, die teilweise bereits von verschieden Pflanzen besiedelt wurden.
Der helle Kalkuntergrund des Sees sorgt dafür, dass alle Lichtfrequenzen des bis dorthin durchdringenden Lichts weitgehend reflektiert werden, so dass lediglich die im Wasser schwebenden und gelösten Stoffe, vor allem Kalk, die volle Eigenfarbe des Wassersvom reinen Blau zum Grün hin „verschieben“, ansonsten aber eine intensive Färbung hervorbringen.
(Nebenbei gesagt erscheint auch unser Leitungswasser grün, wenn man durch eine genügend große Schicht blickt.)
Da der Wasserspiegel des Sees sehr tief liegt und von hohen Wänden umgeben ist, kommen außerdem verschiedene andere Phänomene ins Spiel, die ein ganzes Spektrum des Türkis hervorrufen. Ein sehr dunkler Farbton entsteht im schmalen Schattenbereich der Steilwand. Darüber hinaus spiegelt sich die Silhouette der Wand mit ihren Bäumen bis weit über die Mitte hinaus und lässt das Wasser in helleren Farbtönen erstrahlen, die schon fast ans reine Grün heranreichen. Die Felswand blendet die tieferen Bereiche des Himmels ab, sodass – wegen Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel – in diesem Bereich kein Himmelsblau ins Auge des Betrachters reflektiert wird. Erst im Vordergrund ist dies der Fall; die bläulichen Reflexe sind deutlich zu erkennen. Einige kleinere dunklere Farbflecken sind auf entsprechende dunkle Bereiche im Untergrund zurückzuführen, die das meiste eingestrahlte Licht absorbieren.
Blickt man auf die Wasseroberfläche im oberen rechten Bereich des oberen Fotos (zur Vergrößerung aufs Bild klicken), so erkennt man dort eine deutliche Blaufärbung. Sie ist darauf zurückzuführen, dass die Wasseroberfläche in dem Bereich vom Wind aufgeraut wird, sodass durch die Reflexion von Himmelslicht an den steileren Wellenflanken den überwiegenden Grüntönen Himmelblau beigemischt wird.
Schaut man sich die Wasseroberfläche von Nahem an, so erkennt man, dass sie auch in den scheinbar ruhigen Bereichen nicht völlig glatt, sondern von kleinen Wellen bedeckt ist (mittleres Foto).
Im Übrigen sollte man auch die in diesen Tagen erwachende Pflanzenwelt nicht übersehen, die hier in Gestalt blühender Weiden zur frühlinghaften, farbenfrohen Stimmung an diesem warmen Frühlingstag an einem einzigartigen Gewässer beitragen.

Lichtspiele

Auf dieser nächtlichen Aufnahme in einem Touristenort im Süden fügen sich die natürlichen und urbanen Lichtphänomene zu einem spannungsreichen Bild zusammen. Die Spannung entsteht durch die Gegenüberstellung vom Mond beleuchteter Wolkenfetzen, die auch noch zumindest bruchstückhaft einige Farben einer Mondkorona* erkennen lassen, und und einer streng geometrischen „Lichttreppe“ eines Hotels, die durch die beleuchteten gelb getünchten Wände terrassenförmig angeordneter Balkone hervorgerufen wird.

* Wie eine Korona entsteht wird hier am Beispiel einer Baumkorona erläutert.

Rätselfoto des Monats Dezember 2017

Wie kommt es zu dieser Korona?

Diesmal wird die Adventszeit eingeleitet durch eine Kerzenkorona. Dabei soll Altes mit Neuem in ästhetisch ansprechender Weise verbunden werden.

Erklärung zum Rätselfoto des Monats November 2017
Frage: Was ist physikalisch interessant an Schillers Tintenfass?
Ich habe dieses schöne Gefäß als Schillers Tintenfass gekauft. Ob es wirklich von dem Dichter als ein solches benutzt wurde ist nicht gesichert. Allerdings funktioniert es als solches ausgezeichnet. Die Idee hinter dieser Konstruktion besteht darin, einerseits durch eine kleine aber zum Eintauchen der Schreibfeder passende Oberfläche die Verdunstungsrate so klein wie möglich zu halten, aber andererseits immer einen genügend großen Vorrat an Tinte zu haben. Erstaunlich erscheint auf den ersten Blick, warum das Tintenniveau im großen Vorratsgefäß und im kleinen Napf so unterschiedlich sein kann und kein Niveauausgleich (verbundene Gefäße) stattfindet. Doch wie sollte ein solcher Ausgleich möglich sein? Sobald das Niveau der Tinte im Vorratsgefäß sinken würde, nähme das Luftvolumen zu und der Luftdruck entsprechend ab. Das verhindert der auf der Flüssigkeit im Napf lastende äußere Luftdruck. Denn der durch die Tinte versperrte Weg erlaubt keine Luftzufuhr. Erst wenn so viel Tinte verbraucht wurde, dass das Tintenniveau im Napf unter die obere Kante des Verbindungsstücks gesunken ist, kann ein Ausgleich stattfinden, indem gleichzeitig Tinte in die eine und Luft in die andere Richtung fließen, bis der Weg wieder durch die nachgeflossene Tinte versperrt ist. Das wiederholt sich solange, bis das Tintenniveau im Vorratsgefäß auf das Niveau im Napf gesunken ist. Dann muss Tinte nachgefüllt werden.
Ich habe natürlich nicht so viel schreiben können, bis dieser Zustand erreicht ist, weil ich mich dem Trend der Zeit angeschlossen habe und inzwischen mit der Tastatur des Computers schreibe. Stattdessen habe ich das Gefäß mit Wasser gefüllt einfach stehen lassen und ein anderes physikalisches Phänomen wirken lassen, die Verdunstung. Hätte ich Tinte genommen, so wäre sicherlich ein unschöner fester Rest übrig geblieben.
In einem Kontrollversuch, in dem ich dieselbe Wassermenge in einem offenen Gefäß, also mit einer wesentlich größeren freien Flüssigkeitsoberfläche, verdunstete das Wasser wesentlich schneller. Daran erkennt man einen Vorteil von Schillers Tintenfass gegenüber einem Gefäß mit großer Flüssigkeitsoberfläche.
Eine Vogeltränke funktioniert übrigens nach demselben Prinzip. Wenn es sich in Wirklichkeit bei dem Tintenfass um eine solche handeln sollte, wäre sie aber nur für einen kleinen Vogel zugänglich. Daher glaube ich eher an die Tintenfassversion.

Grenzen – immer nur tangieren nicht überschreiten

Der Schatten, den wir manchmal bemerken, isolieren und als Schatten untersuchen, ist zumeist ein Schlagschatten. Daß unser Geist den Schlagschatten bevorzugt, hat offensichtlich verschiedene Ursachen. Der Schlagschatten bewegt sich oft schnell auf seinem Grund und fällt dadurch auf.

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Der Lichtstrahl, der in einem Stern endet

Auf einer Tagung über Naturphänomene kam am Abend die Frage auf, warum ein in die Höhe gerichteter Laserstrahl plötzlich endet und in einigen Situationen auch noch so aussah, als ob das Ende in einem helleren Punkt, einer Art Stern, endet.
Es wurde viel experimentiert und diskutiert, aber eine eindeutige Erklärung gab es zunächst  nicht. Weiterlesen →

Ein Lob dem Staub

Dust in the air suspended
Marks the place where a story ended

Thomas S. Elliot (1888 – 1965)

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Nebel – halbdurchsichtige Schärpen matten Lichts

„Es stimmt, daß die neblige Atmosphäre alle Gegenstände verdunkelt, es stimmt aber auch, daß die Natur, die unseren Augen keinen Genuß vorenthalten will, eine reiche Entschädigung für diese Beschattung der Farbtöne bereithält: bei feuchter Luft werden sie lebhafter. Jede Farbe glänzt in feuchtem Zustand doppelt so sehr wie in trockenem; und wenn die klaren Fernen von dichtem Nebel versdüstert werden, wenn die klaren Farben des Himmels verschwinden und die Glanzlichter des Sonnenscheins von der Erde, dann nimmt der Vordergrund seine lieblichsten Farben an, das Gras und das Laub leben in ihrem satten Grün wieder auf, und jeder sonnenverbrannte Fels glimmt auf wie Achat.“

John Ruskin (1819 – 1900): Modern Painters.

Das Grau legt sich über das Grün

Ein typischer Herbsttag: kalt, Nieselregen und leichter Nebel. Was gibt es da schon an Interessantem zu sehen? Wenn man seinen Blick für Außerordentliches nur ein wenig bemüht, kommt vielleicht zumindest die folgende Fragwürdigkeit heraus. Im Vordergrund ist die grüne Farbe des Feldes mit Wintergetreide viel gesättigter als weiter hinten. Das wäre an sich ja noch nicht erstaunlich, weil die nebelige Luft, durch die das Licht gedämpft wird, umso größeren Einfluss auf die Farben hat, je größer die Schicht zwischen dem Feld und dem Beobachter ist. Aber warum diese Zweiteilung: vorne gesättigt, hinten eingetrübt? Wäre nicht vielmehr ein kontinuierlicher Übergang zu erwarten? Weiterlesen →

Im Jahr des Lichts (19) – Ein doppelter Sonnenuntergang

Vor einigen Tagen konnte ich den Sonnenuntergang zweimal hintereinander erleben. Eine Momentaufnahme von diesem Szenario ist in dem nebenstehenden Foto zu sehen ist. Die Sonne verschwindet zunächst hinter einer Wolkendecke und schickt einige eindrucksvolle Dämmerungsstrahlen über den leicht bedeckten Himmel. Diese scheinbaren – und scheinbar divergenten – Strahlen kommen dadurch zustande, dass der größte Teil des Sonnenlichts durch die Wolken blockiert wird. Weiterlesen →

Der in den Wolken wohnt

Wer guckt denn da? Ich war ziemlich überrascht als ich bei der Betrachtung der Wolkenbilder ein Gesicht zu sehen glaubte. Eine Pareidolie? (siehe z.B.: 1, 2, 3). Das hier ist realer. Es kann nicht das Produkt des gestaltsuchenden und -bildenden Auges sein, wie es oft wie aus heiterem Himmel auftaucht, wenn man in mehr oder weniger amorphe Gebilde eine Struktur zu bringen versucht. So war es etwa als ich den Philosophen Schopenhauer in den Cirren zu sehen glaubte. Im vorliegenden Fall hatte ich Wolken fotografiert und zwar als Beifahrer im Rückspiegel eines Autos und war durch Spiegelung selbst ins Bild geraten. Dass nur die dunkleren Wolken einen geeigneten Hintergrund für eine Spiegelung abgeben und nicht der heitere, blaue Himmel, liegt daran, dass das vom Himmel ausgehende Licht das vom Gesicht ausgehende Licht überstrahlt. Der Himmel ist offenbar heller als das Gesicht. Letztlich ist aber das Himmelslicht als gestreutes Sonnenlicht auch die Quelle für das vom Gesicht sekundär gestreute Licht.

Wasserheiligenschein

Heiligenscheine auf dem Wasser gelten als seltenes Naturphänomen. Zumindest muss man diesen Eindruck bekommen, wenn man ihren Bekanntheitsgrad bedenkt. Dabei sind sie meiner Erfahrung nach häufiger zu sehen, als Heiligenscheine auf der feuchten Wiese. Zumindest wenn man ein wenig nachhilft. Im Grunde eignen sich viele Teiche, künstlich angelegte Gartenteiche eingeschlossen. Was meistens fehlt ist eine gewisse Welligkeit des Wassers, die neben der fast immer vorhandenen leichten Trübung des Wassers unabdingbar ist für das Auftreten des Phänomens. Die Welligkeit kann man aber leicht selbst erzeugen, wenn man beispielsweise mit einem Stock im Bereich des eigenen Schattens im Wasser etwas herumrührt. Während der Zeit, in der sich das Wasser wieder beruhigt, sieht man deutlich die Strahlen, die den eigenen Kopfschatten zu umgeben scheinen. So ist auch dieses Foto entstanden.

Walt Whitman muss so etwas gesehen haben, wenn er schreibt:

Sah den Widerschein des Sommerhimmels  im Wasser,
Fühlte meine Augen geblendet von der schimmernden Strahlenspur,
Schaute hinab auf die feinen, strahlenden Lichtspeichen  um die Form meines Kopfes im sonnigen Wasser, …

Nimm in dich den Sommerhimmel, du Wasser, und halte ihn treulich, bis alle herniederschauenden Augen ihn wieder trinken können aus dir!
Strahlt, feine Lichtspeichen, um das Spiegelbild meines / Kopfes, oder des Kopfes irgendeines anderenen, in dem sonnigen Wasser…

Walt Whitman: Auf der Brooklyn- Fähre. Grashalme. Zürich: Diogenes 1995

Transparenz durch Schatten

Schatten nisten sich an den unmöglichsten Stellen ein. Hier erblickt man den Schatten eines großen Schornsteins auf einer Nebelfahne, die durch kondensierenden Wasserdampf entstanden ist. Doch dort, wo er auf den Nebel fällt, scheint dieser zu verschwinden. Tatsache ist, dass der Schatten den Nebel transparent werden lässt. Der Nebel ist in der Regel dadurch so undurchdringlich, dass er das auftreffende Licht diffus in alle Richtungen streut, auch zurück. Das führt in vielen Fällen dazu, dass der Nebel umso undurchsichtiger wird, je mehr man ihn in der Absicht beleuchtet, ihn zu durchdringen. Denn auf diese Weise, wird das von den Wassertröpfchen in die Augen des Beobachters zurückgestreute Licht intensiver, als das spärliche Licht, mit denen die Gegenstände hinter der Nebelfahne auf sich aufmerksam zu machen versuchen. Das Licht der Gegenstände wird schlichtweg überstrahlt. Da kommt der Schatten des Schornsteins gerade recht. Er schaltet gewissermaßen die diffuse Reflexion des Sonnenlichts an den Nebeltröpfchen aus, so dass wir nur das von den Gegenständen hinter dem Nebel ausgehende Licht sehen. Schön ist der direkte Vergleich des strahlenden und gleich daneben des abgedunkelten Nebels.

Andererseits wird auch das von hinten durch den Nebel dringende Licht teilweise gestreut und dadurch in der Intensität vermindert. Das sieht man dort, wo der Nebel vor den Hintergrund des hellen Himmels gerät und diesen Bereich etwas abdunkelt.

Umverteilung von Licht durch geschliffenes Glas

Zu sehen ist eine schlichte Zerstreuunglinse (bikonkav geschliffenes Glas). Sie steht im flach einfallenden Licht der Sonne, das sie zwar durchlässt (abgesehen von geringen Absorptionsverlusten im Glas), aber über einen größeren Querschnitt verteilt. Dieser Lichtkegel trifft auf den Untergrund eines Blatts weißen Papiers, von dem er entsprechend angeschnitten wird. Von dieser Kegelschnittfläche wird es in alle Richtungen, also auch ins Auge des Betrachters bzw. des Kameraobjektivs diffus reflektiert. Dem entsprechend wird das Sonnenlicht, das außerhalb des von der Linse ausgeschnittenen Lichtzylinders auf den Untergrund auftrifft, vom Streulicht überlagert und entsprechend verstärkt. Da aber das zusätzliche Licht irgendwo herkommt, muss es irgendwo fehlen. Es fehlt im Bereich des ausgeschnittenen Lichtzylinders, was sich in einem entsprechend dunkleren Bereich von der Form einer Ellipse auf dem Untergrund bemerkbar macht. Die Umverteilung des Lichts ist eine spezielle Form der Energieerhaltung.
In der Argumentation bin ich näherungsweise von parallelen Sonnenlichtstrahlen ausgegangen.

Lichtblick im November

Der Tag begann trübe und kalt. Doch plötzlich bricht die Sonne durch ein Loch in den Wolken hindurch und erhellt die dunkle Szenerie. Aber erst dadurch dass das Licht an den Wassertröpfchen des aus dem Teich aufsteigenden Nebels gestreut und an der Wasseroberfläche reflektiert wird, bekommt es sozusagen VoLumen. Vor allem Nebel und Teichwasser werden selbst zu einer übermächtigen Lichtquelle, die gewissermaßen aus sich heraus zu leuchten scheint. Die Sonne als Verursacherin tritt in den Hintergrund treten, wo sie realiter ja bereits war. Durch Streuung und Reflexion erreichen auch die bereits verloren geglaubte Lichtstrahlen das Auge des Betrachters. Dadurch dass die Sonne durch Bäume und Gebäude weitgehend ausgeblendet wird, bekommt die Beleuchtung des dunklen Raums etwas Übermächtiges, wie es in diesem Foto nur unvollkommen wiedergegeben werden kann.

Sonnentaler – am Ende des Lichtstrahls

Schatten werden oft auf den Schlagschatten reduziert. Das ist das dunkle flächenhafte Ende auf dem Boden hinter dem schattenwerfenden Objekt. Der Schatten als Ganzes betrachtet ist aber ein lichtfreier Raum vom Querschnitt des Schattenwerfers, von dem aber normalerweise nur der Schlagschatten als Loch im Licht zu sehen ist. Nur wenn die Luft dunstig oder nebelig ist, kann man zuweilen auch den lichtfreien Raum dadurch erkennen, dass aus ihm weniger Licht zum Auge kommt, als aus der Umgebung.
Ähnliche Verhältnisse liegen bei den Sonnentalern vor. Auch Sonnentaler sind im Grunde Lichtsäulen, die vom Loch im Blätterdach der Bäume ausgehen und auf dem Boden als runder Lichtfleck sichtbar werden. Im vorliegenden Fall wird der Lichtstrahl durch Nebel sichtbar, die das Licht ins Auge reflektieren. Sie machen auf eine Weise die Entstehung des Sonnentalers sichtbar. Nicht zu erkennen ist dabei aber, dass der Lichtstrahl mit einem Querschnitt von der Form des Lochs im Blätterdach startet und als runder Lichtfleck auf dem Boden endet.

Rätselfoto des Monats August 2014

Was gibt es physikalisch Interessantes zu sehen und wie kommt es zustande?

Erklärung zum Rätselfoto des Vormonats: Der Blick durch ein Flugzeugfenster

Rhapsodie in grün

Ein grünes Blatt ist grün ist grün ist grün… Und dennoch ist es kaum zu glauben, dass wir hier dasselbe Blatt sehen, einmal im prallen Sonnenlicht und einmal im Schatten. Aber was heißt schon Schatten. Es heißt nicht, Abwesenheit von Licht, sondern in diesem Fall Abwesenheit von direktem Sonnenlicht. Weiterlesen →

Ein Türspalt Licht

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 45/1 (2014), S. 48

Unter bestimmten Umständen erscheinen hinter Türspalten mehrere helle Streifen. Die vielleicht überraschende Ursache hierfür sind helle Gegenstände im Außenbereich, die wie Lichtquellen wirken und zu diesem Phänomen führen. Ein einfacher Freihandversuch bestätigt diese vielleicht überraschende Deutung.

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

Bleiche Helle

 Foto: H. Joachim Schlichting

Draußen herrschte ein milchiges Zwielicht. Der Mond, im Osten hinter den Wolken versteckt, malte einen zerrinnenden Fleck auf den Nebel, einen Tümpel aus schwindsüchtig bleicher Helle, von dem sich das kahle Geäst der Obstbäume schattenhaft abhob. Das war nicht viel anders als sonst und hatte alles seine Richtigkeit. Dennoch war dem Matrosen auf einmal zumute, als warte er auf irgendein Erlebnis; und während er noch so dastand und überlegte, was für ein Erlebnis das sein könnte, vernahm er plötzlich jenes sonderbare Geräusch, das man bis heute nicht zu erklären vermocht hat. Es kam, wie er sagt, aus der Richtung des Ziegelofens und erfüllte allmählich das ganze Gewölbe des Himmels. Es klang wie ‚Ohrenklingen‘ oder wie eine Äolsharfe, etwa so, als bebte die Luft dort drüben wie eine straffgespannte Saite

Lebert; Hans: Die Wolfshaut. Frankfurt am Main: Fischer 1993

Die Nebel der Aufklärung

„Die Aufklärung. Dieses höchste Werk der Vernunft, dessen Nahme sogar uns neuerlich einige seichte aber eben deßwegen beliebte Phraseskünstler, haben lächerlich machen wollen, die zu eingeschränkt waren bey ihren Frömmeleyen, zu bedenken, zu was für Misbräuchen nicht selbst Religion und Liebe, diese Grundfesten der moralischen und physischen Welt, geführt haben, hat bis jetzt noch kein allgemeiner verständliches allegorisches Zeichen, (vielleicht weil die Sache selbst noch neu ist) als die aufgehende Sonne. Es wird wohl auch lange das schicklichste bleiben, wegen der Nebel, die immer aus Sümpfen, Rauchfässern, und von Brandopfern auf Götzenaltären aufsteigen werden, die sie so leicht verdecken können. Indessen wenn die Sonne nur aufgeht, so schaden Nebel nicht. -“

Lichtenberg, Georg, Christoph: Göttinger Taschen Calender 1792, S. 212-213

Welche Farbe hat der Schnee?

„Schau mal, Galja! Warum schwimmt dort blauer Schnee?…Schau mal, Galja! Blauer Schnee! Blauer!…!
Die Kinder gerieten in Erregung und liefen feudig: „Blauer Schnee!! Blauer…Blauer Schnee schwimmt!..l.! Weiterlesen →

Nicht leicht zu durchschauende Lichtgitter

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 38/1 (2007) 46

Ein Spaziergang am Morgen, wenn das Wasser des Teichs noch leicht vom Nebel der kühlen Nacht verhangen ist, gibt manchmal zu einem eindrucksvollen Lichtschauspiel Anlass. Wenn die Sonne sich nämlich langsam Bahn bricht und ihr Licht an dem in der kühlen Nacht entstandenen Nebel gestreut wird, können unter günstigen Bedingungen interessante, auf den ersten Blick nicht zu durchschauende Lichtgitter entstehen.

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