Grundlagen von Licht und Sehen einfach erklärt: So funktioniert's

Stell dir vor, du stehst in einem komplett dunklen Raum. Du kannst absolut nichts sehen. Erst wenn du eine Taschenlampe einschaltest, tauchen die Gegenstände um dich herum auf.

Aber warum ist das so? Wie gelangt das Bild eines Gegenstands in unseren Kopf? In diesem Artikel zu den Grundlagen von Licht und Sehen werden wir das Geheimnis lüften. Du wirst lernen, wie Licht funktioniert, warum ein Apfel rot aussieht und wie wir den Weg des Lichts auf dem Papier zeichnen können!

Vorwissen

• Lichtquellen: Dinge, die von selbst leuchten, nennt man Lichtquellen.

  Beispiel: Die Sonne, eine brennende Kerze oder eine eingeschaltete Lampe sind Lichtquellen.

Aufgabentyp 1: Lichtstreuung und Sehen verstehen

Um die Grundlagen von Licht und Sehen zu begreifen, müssen wir uns zunächst mit der Lichtstreuung befassen. Damit wir einen Gegenstand sehen können, muss eine eiserne Regel erfüllt sein: Licht muss in unser Auge gelangen.

Lichtquellen wie Lampen senden selbst Licht aus. Aber was ist mit einem Tisch oder einem Apfel? Diese Dinge leuchten nicht selbst. Wenn das Licht einer Lampe auf einen Gegenstand trifft, wird es von der rauen Oberfläche in alle Richtungen zurückgeworfen. Diesen Vorgang nennen wir Streuung.

Dadurch wird der Gegenstand zu einer sogenannten sekundären Lichtquelle – er leuchtet, weil er fremdes Licht weitergibt. Wenn dieses gestreute Licht in unser Auge fällt, sehen wir den Gegenstand.

Farben und Helligkeit:

• Farbe: Weißes Licht (wie Sonnenlicht) enthält alle Farben. Wenn weißes Licht auf einen roten Apfel trifft, verschluckt der Apfel die meisten Farben und streut nur das rote Licht zurück. Deshalb sehen wir ihn als rot.

• Helligkeit: Ein helles Blatt Papier streut fast das gesamte Licht zurück. Ein dunkler Asphaltboden verschluckt fast alles und streut nur sehr wenig Licht. Deshalb sieht er dunkel aus.

Alltags-Kontext: Lichtverschmutzung

In großen Städten ist der Nachthimmel oft nicht schwarz, sondern leuchtet rötlich oder orange. Das liegt an der Lichtverschmutzung. Das künstliche Licht von Straßenlaternen strahlt nach oben und trifft auf Staub und Wassertröpfchen in der Luft. Diese winzigen Teilchen streuen das Licht in alle Richtungen, auch zurück zu uns nach unten. Dieser helle Schleier überstrahlt das schwache Licht der Sterne, sodass wir sie nicht mehr sehen können.

Aufgabentyp 2: Das Lichtstrahlmodell und die geradlinige Ausbreitung

Ein weiterer wichtiger Teil der Grundlagen von Licht und Sehen ist die Art und Weise, wie sich das Licht ausbreitet. Wenn Licht aus einer Lichtquelle kommt, breitet es sich immer geradlinig aus. Es fliegt in schnurgeraden Linien durch den Raum und macht keine Kurven.

Um zu verstehen, welchen Weg das Licht nimmt, nutzen Physiker einen Trick: das Lichtstrahlmodell.

Wir stellen uns vor, dass das Licht aus einem winzigen Punkt kommt (einer punktförmigen Lichtquelle). Von diesem Punkt aus zeichnen wir gerade Linien mit Pfeilen. Diese Linien nennen wir Lichtstrahlen. Der Pfeil zeigt an, in welche Richtung das Licht fliegt.

Wichtig: Ein Lichtstrahl ist nur eine Modellvorstellung. In der Realität gibt es keine einzelnen, dünnen „Licht-Fäden“, die man anfassen kann. Das Modell hilft uns aber perfekt dabei, den Weg des Lichts auf einem Blatt Papier zu zeichnen und zu verstehen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Lichtquelle markieren: Zeichne einen Punkt für die punktförmige Lichtquelle.
2. Lineal anlegen: Lege ein Lineal an die Lichtquelle und an das Ziel (den Gegenstand oder das Auge).
3. Geraden Strich ziehen: Ziehe eine schnurgerade Linie von der Lichtquelle weg.
4. Richtungspfeil hinzufügen: Zeichne eine kleine Pfeilspitze auf die Linie, um zu zeigen, in welche Richtung das Licht fliegt (immer von der Quelle weg).

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 0

Aufgabe

Eine kleine, punktförmige Straßenlaterne beleuchtet nachts ein geparktes Auto und einen Fußgänger. Zeichne mithilfe des Lichtstrahlmodells jeweils einen Lichtstrahl, der von der Laterne zum Auto und einen, der zum Fußgänger führt.

Lösung Schritt für Schritt

Fortschritt

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   Schritt 1
   Lichtquelle markieren

   Die Straßenlaterne ist unser Startpunkt (die punktförmige Lichtquelle).

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   Schritt 2
   Lineal anlegen

   Wir legen das Lineal an die Laterne und richten es auf das Auto aus. Danach machen wir das Gleiche für den Fußgänger.

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   Schritt 3
   Geraden Strich ziehen

   Wir ziehen jeweils eine gerade Linie von der Laterne zum Auto und zum Fußgänger.

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   Schritt 4 · Ergebnis
   Richtungspfeil hinzufügen

   Wir zeichnen Pfeilspitzen auf die Linien, die von der Laterne weg in Richtung Auto und Fußgänger zeigen.

   

Ergebnis:

Die Lichtstrahlen zeigen den geradlinigen Weg des Lichts von der Laterne zum Auto und zum Fußgänger.

Wichtige Erkenntnisse

• Wir sehen Gegenstände nur, wenn sie Licht in unser Auge streuen.
• Die Farbe eines Gegenstands hängt davon ab, welche Lichtfarbe er streut (ein roter Apfel streut rotes Licht).
• Licht breitet sich immer geradlinig aus.
• Das Lichtstrahlmodell ist eine Zeichenhilfe (eine Modellvorstellung), um den Weg des Lichts mit geraden Linien und Pfeilen darzustellen.