Können durch Tun Phaeno Folien · Institut fürInstitut für Didaktik der Physik Können durch Tun...

Institut fürInstitut fürDidaktik der PhysikDidaktik der Physik

Können durch Tun Können durch Tun --Freihandversuche zwischen Alltag und

U t i htUnterricht

Für das Können gibt es einen BeweisFür das Können gibt es einen BeweisFür das Können gibt es einen Beweis,Für das Können gibt es einen Beweis,das Tun das Tun

Marie von EbnerMarie von Ebner EschenbachEschenbach

12.10.201412.10.2014 H. Joachim Schlichting WWU MünsterH. Joachim Schlichting WWU Münster 11

Marie von EbnerMarie von Ebner--EschenbachEschenbach

Entstehung der FarbenEntstehung der FarbenGrüne FarbeGrüne Farbe: Glas absorbiert : Glas absorbiert bestimmte Farben und lässt nur Grün bestimmte Farben und lässt nur Grün durchdurchdurch.durch.Rote FarbeRote Farbe: Ist objektiv nicht : Ist objektiv nicht vorhanden. Physiologischer Effekt: vorhanden. Physiologischer Effekt: Si lt k t t“Si lt k t t“„Simultankontrast“ .„Simultankontrast“ .

Das visuelle System tendiert dazu, Das visuelle System tendiert dazu, die überwiegende Farbe, also das die überwiegende Farbe, also das Grün, als weiß wahrzunehmen: Grün, als weiß wahrzunehmen: der grüne Teil des Spektrum des der grüne Teil des Spektrum des weißen Lichts wird abgeschwächt Lweißen Lichts wird abgeschwächt Lgg das komplementäre Rot wird das komplementäre Rot wird verstärkt.verstärkt.Bei der Kamera: WeißabgleichBei der Kamera: WeißabgleichBei der Kamera: WeißabgleichBei der Kamera: Weißabgleich

Es gibt Künstler, z.B. James Es gibt Künstler, z.B. James TurrellTurrell, , di ff b it di P i idi ff b it di P i i


die offenbar mit diesem Prinzip die offenbar mit diesem Prinzip „arbeiten“„arbeiten“

Experiment Experiment –– Frage an die Natur?Frage an die Natur?„„Man darf nicht vergessen, daß eine Theorie auch falsch sein kann, Man darf nicht vergessen, daß eine Theorie auch falsch sein kann, während ein Experiment, das ja nur eine Frage an die Natur darstellt, während ein Experiment, das ja nur eine Frage an die Natur darstellt, stets die Natur so zeigt, wie sie iststets die Natur so zeigt, wie sie ist“ (Bergmann Schäfer)“ (Bergmann Schäfer)

Tut sie das wirklich?Tut sie das wirklich?Beispiel: Experiment mit dem FallrohrBeispiel: Experiment mit dem Fallrohr

Ein Schulexperiment ist ein nach (theoretischen) VorstellungenEin Schulexperiment ist ein nach (theoretischen) VorstellungenEin Schulexperiment ist ein nach (theoretischen) Vorstellungen Ein Schulexperiment ist ein nach (theoretischen) Vorstellungen arrangiertes und idealisiertes Geschehen mit dem Ziel einer Bestätigung.arrangiertes und idealisiertes Geschehen mit dem Ziel einer Bestätigung.

In der Schulpraxis: Es käme nie zu einer Widerlegung einer Theorie.In der Schulpraxis: Es käme nie zu einer Widerlegung einer Theorie.

Experimente werden mit künstlichen, eigens zum Zweck des Nachweises Experimente werden mit künstlichen, eigens zum Zweck des Nachweises bestimmter Gesetzmäßigkeiten hergestellter Objekte durchgeführt. Diese bestimmter Gesetzmäßigkeiten hergestellter Objekte durchgeführt. Diese sind zu nichts anderem zu gebrauchen (sind zu nichts anderem zu gebrauchen (LeyboldLeybold-- Physik). Physik). Dazu muss nach einem regelhaften Ablaufschema vorgegangen werden. Dazu muss nach einem regelhaften Ablaufschema vorgegangen werden. Von Kreativität und Eigeninitiative keine SpurVon Kreativität und Eigeninitiative keine Spur


Von Kreativität und Eigeninitiative keine Spur.Von Kreativität und Eigeninitiative keine Spur.

Freihandexperimente sind andersFreihandexperimente sind andersFreihandexperimente bzw. Freihandversuche Freihandexperimente bzw. Freihandversuche (FV) sind oft(FV) sind oft

überraschend (nicht er arteter A sgang)überraschend (nicht er arteter A sgang)•• überraschend (nicht erwarteter Ausgang), überraschend (nicht erwarteter Ausgang), erfordern erfordern •• Kreativität in der Planung und Kreativität in der Planung und •• Geschick in der Durchführung,Geschick in der Durchführung,•• durch die Beteiligung aller Sinne (Fühlen, durch die Beteiligung aller Sinne (Fühlen, Sehen, Hören,…),Sehen, Hören,…),•• intensiver Kontakt mit den Materialien.intensiver Kontakt mit den Materialien.

FV fördern den Kontakt zur Alltagswelt undFV fördern den Kontakt zur Alltagswelt und

Allerdings:Allerdings:

FV fördern den Kontakt zur Alltagswelt und FV fördern den Kontakt zur Alltagswelt und zu den Phänobjekten in Science Centernzu den Phänobjekten in Science Centern

Allerdings: Allerdings: FV waren von Anfang an die Aschenputtel FV waren von Anfang an die Aschenputtel des Experimentierens (des Experimentierens (Historische Historische B kB k ) d h b h h t h) d h b h h t hBemerkungenBemerkungen) und haben auch heute noch ) und haben auch heute noch mit Vorurteilen zu kämpfen.mit Vorurteilen zu kämpfen.

Definition: Freihandversuche sind einfach

Ein FV ist ein physikalisches Experiment, das i t l i ht• meist leicht,

• oft aus dem Stegreif,• schnell (im zeitlichen Rahmenschnell (im zeitlichen Rahmen

der Motivation der SuS),• mit Alltagsgegenständen, • an beliebigem Ort ,• ohne aufwändige Vorbereitung,

h i t ll d• ohne experimentellen und• organisatorischen Aufwand

kurzum:• frei aus der Hand durchzuführen ist.durchzuführen ist.


Beispiel: Beispiel: RegenbogenRegenbogen ohne Regenohne Regen

Lernen als ErlebnisLernen als ErlebnisFV können/sollen von Lernenden selbst durchgeführt werdenFV können/sollen von Lernenden selbst durchgeführt werdenDie Lernenden „begreifen“, was passiert, auch wenn die Die Lernenden „begreifen“, was passiert, auch wenn die physikalische physikalische

Überraschende, spektakuläre, eindrucksvolle Effekte Überraschende, spektakuläre, eindrucksvolle Effekte emotionales emotionales

ErklärungErklärung noch aussteht.noch aussteht.

Engagement Engagement Motivation, Motivation, physikalische Sachverhalte zu erarbeiten.physikalische Sachverhalte zu erarbeiten.

Diese Aspekte der FV gelten erst recht für Phänobjekte von ScienceDiese Aspekte der FV gelten erst recht für Phänobjekte von Science--Diese Aspekte der FV gelten erst recht für Phänobjekte von ScienceDiese Aspekte der FV gelten erst recht für Phänobjekte von ScienceCenternCentern

Viele neuere Phänobjekte sind aus FV hervorgegangen, viele FV harren Viele neuere Phänobjekte sind aus FV hervorgegangen, viele FV harren noch auf ihre noch auf ihre NobilitierungNobilitierung als Phänobjekte.als Phänobjekte.

Beispiel: Beispiel: Wasserstrudel Wasserstrudel bzw. Flaschentornadobzw. Flaschentornado

Konstruktiver „Missbrauch“ von Phänobjekten = KreativitätKonstruktiver „Missbrauch“ von Phänobjekten = Kreativität


pp

Freihandexperimente, Phänobjekte und Freihandexperimente, Phänobjekte und Alltagsphysik Alltagsphysik –– wie geht das zusammen?wie geht das zusammen?

Exponate und Phänobjekte haben mit Freihandversuchen einiges gemein:Exponate und Phänobjekte haben mit Freihandversuchen einiges gemein:•• leichte Handhabbarkeit („kinderleicht“),leichte Handhabbarkeit („kinderleicht“),•• überraschender Effekt (Verblüffung)überraschender Effekt (Verblüffung)überraschender Effekt (Verblüffung),überraschender Effekt (Verblüffung),•• „phänomenale“ Wirkung (Ansprechen mehrerer Sinne).„phänomenale“ Wirkung (Ansprechen mehrerer Sinne).

Sie unterscheiden sich aber in anderer HinsichtSie unterscheiden sich aber in anderer HinsichtSie unterscheiden sich aber in anderer HinsichtSie unterscheiden sich aber in anderer Hinsicht•• Phänobjekte sind nicht Phänobjekte sind nicht lowlow costcost, , •• sie werden i.A. nicht mit Alltagsgegenständen durchgeführt,sie werden i.A. nicht mit Alltagsgegenständen durchgeführt,•• das Erlebnis und nicht der Lerngewinn steht im Vordergrund. das Erlebnis und nicht der Lerngewinn steht im Vordergrund.

Freihandversuche und alltagsphysikalische Beobachtungen könnten helfenFreihandversuche und alltagsphysikalische Beobachtungen könnten helfenFreihandversuche und alltagsphysikalische Beobachtungen könnten helfen, Freihandversuche und alltagsphysikalische Beobachtungen könnten helfen, eine Verbindung zum Alltag und zum Physikunterricht herzustellen. eine Verbindung zum Alltag und zum Physikunterricht herzustellen.


FreihandversuheFreihandversuhe sind „sind „lowlow--cost“cost“1. Verbrauchsmaterialien1. VerbrauchsmaterialienWegwerfmaterialien, Verpackungen, Lebensmittel, Kosmetikartikel, Wegwerfmaterialien, Verpackungen, Lebensmittel, Kosmetikartikel, BeispieleBeispiele: : KirschenKirschen, , KaffeeKaffee, , SpagettiSpagetti, , HonigHonig, Sirup, , Sirup, flüssige Seifeflüssige Seife, Creme, , Creme, Speiseöl, Farbe, Lacke, Speiseöl, Farbe, Lacke, SandSand, , ReisReis, , GlaskügelchenGlaskügelchen, Blumendraht, , Blumendraht, BatterienBatterien FolienFolien ((transparentetransparente** spiegelndespiegelnde** irisierendeirisierende**)) DrahtnetzeDrahtnetzeBatterien, Batterien, Folien Folien ((transparentetransparente , , spiegelndespiegelnde , , irisierendeirisierende ), ), DrahtnetzeDrahtnetze, , KettenKetten**, , Ringe, UnterlegscheibenRinge, Unterlegscheiben, , RohreRohre, , StäbeStäbe, , RollenRollen, , KugelnKugeln, , HeftzweckenHeftzwecken, , BüroklammernBüroklammern, , PlastikbehälterPlastikbehälter, , PlastikscheibenPlastikscheiben, , CDsCDs**,, CDCD--Hüll i ll T tili Ei itHüll i ll T tili Ei it G ibä dG ibä d S h ht lS h ht lHüllen, spezielle Textilien, Einwegspritzen, Hüllen, spezielle Textilien, Einwegspritzen, GummibänderGummibänder, Schachteln, , Schachteln, KartenKarten, , SeileSeile, , BänderBänder, , PendelPendel….….

2. Gebrauchsgegenstände2. GebrauchsgegenständeDinge, die im Alltagsleben für alles Mögliche benötigt werden Dinge, die im Alltagsleben für alles Mögliche benötigt werden BeispieleBeispiele: : TrinkgläserTrinkgläser, , MagneteMagnete, , StrohhalmeStrohhalme, Fensterscheiben, Geräte , Fensterscheiben, Geräte (Mixer, Staubsauger, Weinpumpe, Kamera), (Mixer, Staubsauger, Weinpumpe, Kamera), SpielzeugmotorenSpielzeugmotoren, , BeamerBeamer **, , Flachbildschirm (polarisiertes Licht), Gefriertruhe), Flachbildschirm (polarisiertes Licht), Gefriertruhe), GeodreieckGeodreieck**, , BürstenBürsten


FreihandversuheFreihandversuhe sind „sind „lowlow--cost“cost“3. Spielzeuge, Designobjekte, 3. Spielzeuge, Designobjekte, Beispiele:Beispiele: Kreisel, Kreisel, Atomix,Atomix, TorofluxToroflux, , Heißluftmotor Heißluftmotor , , Springspielzeug,pp ,, ,, ,, ,, p g p g,Bälle (Flummis, Tischtennisball ), Luftballon, Kugelwippe, Putt-putt-Boot

4. Menschlicher Körper4. Menschlicher Körper4. Menschlicher Körper 4. Menschlicher Körper BeispieleBeispiele: Kraft: Kraft--, Geschicklichkeits, Geschicklichkeits--, , Gleichgewichtsaktivitäten, Gleichgewichtsaktivitäten, FingerFinger**, , PustenPusten, ,

5. Orte des modernen Lebens5. Orte des modernen Lebens

SchlürfenSchlürfen, Pfeifen, Laufen, Springen… , Pfeifen, Laufen, Springen…

BeispieleBeispiele: Schwimmbecken : Schwimmbecken (fluidmechanische, (fluidmechanische, optische Experimenteoptische Experimente**))•• SpielplätzeSpielplätze•• Spielplätze Spielplätze •• Science Center Science Center •• Jahrmarkt (Aufträge zu Experimenten mit Jahrmarkt (Aufträge zu Experimenten mit S t hS t h WiiWii GPSGPS G ät)G ät)


Smartphone, Smartphone, WiiWii, GPS, GPS--Gerät)Gerät)•• ….…. Elektrostatische AufladungElektrostatische Aufladung

Das prinzipiell Mögliche wird wirklich möglichDas prinzipiell Mögliche wird wirklich möglichModerne Materialien/Produkte ermöglichen Realisierungen, die Moderne Materialien/Produkte ermöglichen Realisierungen, die bislang praktisch unmöglich warenbislang praktisch unmöglich warenPräzisionPräzision•• Glasscheiben (Glasscheiben (DoppelglasscheibenDoppelglasscheiben), Folien, dünne Bleche… ), Folien, dünne Bleche… EffektstärkeEffektstärkeEffektstärkeEffektstärke•• extrem starker Permanentmagnetismus (extrem starker Permanentmagnetismus (SupermagnetenSupermagneten, Diamagneten), Diamagneten)•• intensive Lichtquellen (intensive Lichtquellen (LaserpointerLaserpointer**, LED, LED--Taschenlampen), Taschenlampen), •• kohärente Lichtquellen (kohärente Lichtquellen (LaserpointerLaserpointer))•• kohärente Lichtquellen (kohärente Lichtquellen (LaserpointerLaserpointer))Kleinheit/GrößeKleinheit/Größe•• Gebläse, Staubsauger, Gebläse, Staubsauger, gg•• große/ kleine Glaskugeln (Alltagslinsen, Regenbogen, Heiligenschein)große/ kleine Glaskugeln (Alltagslinsen, Regenbogen, Heiligenschein)•• superdünne Folien (Elektrostatische Schweben)superdünne Folien (Elektrostatische Schweben)

R i h itR i h itReinheitReinheit•• SilikonölSilikonöl, destilliertes Wasser, , destilliertes Wasser, HighHigh--TechTech--StoffeStoffe


gg•• flüssige Gase (Stickstoff, Helium), flüssige Gase (Stickstoff, Helium), Trockeneis Trockeneis

Fazit: Freihandversuche fördern/fordern Fazit: Freihandversuche fördern/fordern K ti itätK ti itätKreativitätKreativitätFreihandFreihand = Low= Low--Cost = HandsCost = Hands--onon•• sind kein billiger Ersatz für Laborexperimente,sind kein billiger Ersatz für Laborexperimente,•• haben eine Berechtigung aus sich heraus (Eigenwert, Mehrwert),haben eine Berechtigung aus sich heraus (Eigenwert, Mehrwert),•• werden meist mit Alltagsmaterialien durchgeführt,werden meist mit Alltagsmaterialien durchgeführt,•• Künstlichkeit wird weitgehend vermieden, Künstlichkeit wird weitgehend vermieden, •• SuS staunen darüber, dass Effekte/Phänomene mit FV möglich sind, die SuS staunen darüber, dass Effekte/Phänomene mit FV möglich sind, die man dem Alltäglichen nicht zugetrautman dem Alltäglichen nicht zugetraut hätte.hätte.

FV mit Alltagsmaterialien helfen zu fördern:FV mit Alltagsmaterialien helfen zu fördern:•• Einsicht: Physik ist überall, nicht nur im Physikunterricht,Einsicht: Physik ist überall, nicht nur im Physikunterricht,•• Möglichkeiten der Wiederentdeckung im Alltag (Verankerung)Möglichkeiten der Wiederentdeckung im Alltag (Verankerung)•• Möglichkeiten der Wiederentdeckung im Alltag (Verankerung),Möglichkeiten der Wiederentdeckung im Alltag (Verankerung),•• die Fähigkeit, Nichtphysikalischem das Physikalische abzuringen,die Fähigkeit, Nichtphysikalischem das Physikalische abzuringen,•• Einsicht in die Notwendigkeit der Idealisierung,Einsicht in die Notwendigkeit der Idealisierung,


•• erkenntnistheoretische Kompetenz.erkenntnistheoretische Kompetenz.

Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre AufmerksamkeitEigene Literatur zur Vertiefung und weiteren Eigene Literatur zur Vertiefung und weiteren AnregungAnregungAnregungAnregung

Schlichting, H. J.: Naturgesetze in der Kaffeetasse. Schlichting, H. J.: Naturgesetze in der Kaffeetasse. Physikalische Überraschungen im Alltag. Heidelberg:Physikalische Überraschungen im Alltag. Heidelberg:Physikalische Überraschungen im Alltag. Heidelberg: Physikalische Überraschungen im Alltag. Heidelberg: Spektrum 2014Spektrum 2014

Schlichting, H. J.: Wenn der Pool ins Schwimmen gerät. Schlichting, H. J.: Wenn der Pool ins Schwimmen gerät. Darmstadt: Primus 2012Darmstadt: Primus 2012

UckeUcke/Schlichting: Spiel, Physik und Spaß. Physik zum /Schlichting: Spiel, Physik und Spaß. Physik zum Mitmachen und Mitdenken Berlin:Mitmachen und Mitdenken Berlin: WileyWiley 20112011Mitmachen und Mitdenken. Berlin: Mitmachen und Mitdenken. Berlin: WileyWiley 20112011

Für weitere Probleme Aufgaben Anregungen:Für weitere Probleme Aufgaben Anregungen:

Fragen, Anforderung von Materialien:Fragen, Anforderung von Materialien:

Für weitere Probleme, Aufgaben, Anregungen:Für weitere Probleme, Aufgaben, Anregungen:hjschlichting.wordpress.comhjschlichting.wordpress.com


g gg gschlichting@[email protected]

AnhangAnhang


Koronen sind selten direkt zu beobachtenKoronen sind selten direkt zu beobachten

Koronen entstehen durch Koronen entstehen durch S ik l (W ö f h )S ik l (W ö f h )

Manche Tintenstrahlfolien ersetzenManche Tintenstrahlfolien ersetzen

Streupartikel (Wassertröpfchen) Streupartikel (Wassertröpfchen) vor Sonne und Mondvor Sonne und MondManche Tintenstrahlfolien ersetzen Manche Tintenstrahlfolien ersetzen die Streupartikel vor Sonne oder die Streupartikel vor Sonne oder Mond und lassen Koronen um Mond und lassen Koronen um beliebige Lichtquellen entstehenbeliebige Lichtquellen entstehenbeliebige Lichtquellen entstehenbeliebige Lichtquellen entstehenDie transparente Folie enthält Die transparente Folie enthält winzige Streupartikel winzige Streupartikel gg


Blick ins Blätterdach von BäumenBlick ins Blätterdach von BäumenEva SeidenfadenEva Seidenfaden

40 fache 40 fache VergrößerungVergrößerung11

Transparente Blumenfolie in FarbenTransparente Blumenfolie in Farben

Folie auf Glastisch im Folie auf Glastisch im Licht des blauen HimmelsLicht des blauen Himmels

Polarisiertes Himmelslicht Polarisiertes Himmelslicht wird unter dem Brewsterwird unter dem Brewster--wird unter dem Brewsterwird unter dem BrewsterWinkel auf Glas reflektiertWinkel auf Glas reflektiert

Doppelbrechung:Doppelbrechung:Doppelbrechung: Doppelbrechung: unterschiedliches v in unterschiedliches v in unterschiedlunterschiedl. Richtung . Richtung

ll lä bhä ill lä bhä iwellenlängenabhängige wellenlängenabhängige Drehung der Drehung der Schwingungsebene Schwingungsebene bei zweiter Polarisation bei zweiter Polarisation unterschiedliches unterschiedliches Durchlassen Durchlassen FarbenFarben


Erinnert an Kunst von FeiningerErinnert an Kunst von Feininger22

QuételetQuételet--Ringe auf SpiegelfolieRinge auf SpiegelfolieFV: Man blicke auf das Spiegelbild einer FV: Man blicke auf das Spiegelbild einer Lichtquelle (LQ), die hinter einem liegt.Lichtquelle (LQ), die hinter einem liegt.

•• zerkratzte Folie (Gebrauchsspuren)zerkratzte Folie (Gebrauchsspuren)•• intakte Folie behauchen intakte Folie behauchen farbige Ringe exzentrisch zur LQ.farbige Ringe exzentrisch zur LQ.

Bei gleichgroßen Tröpfchen Bei gleichgroßen Tröpfchen zusätzlzusätzl. . Korona (konzentrisch) um LQKorona (konzentrisch) um LQKorona (konzentrisch) um LQ.Korona (konzentrisch) um LQ.


QuételetQuételet-- Ringe als FreihandexperimentRinge als Freihandexperiment

Reflektiertes Licht einer Kerze in einem bestaubten Spiegel.Reflektiertes Licht einer Kerze in einem bestaubten Spiegel.

Auffallend: die Exzentrizität des nullten Maximums,Auffallend: die Exzentrizität des nullten Maximums,

Oder:: eine PLQ (dicht am Auge) in einer Spiegelfolie betrachtenOder:: eine PLQ (dicht am Auge) in einer Spiegelfolie betrachten

12/10/201412/10/2014 H. Joachim Schlichting WWU MünsterH. Joachim Schlichting WWU Münster 1919

Kombination aus Streuung und ReflexionKombination aus Streuung und Reflexion

Spiegelfolie besteht Spiegelfolie besteht wie ein Glasspiegelwie ein Glasspiegelwie ein Glasspiegel wie ein Glasspiegel aus zwei Lagen.aus zwei Lagen.Durch Zerkratzen/ Durch Zerkratzen/ T ö f h t t hT ö f h t t hTröpfchen entstehen Tröpfchen entstehen Streuzentren Streuzentren Streuung, Streuung, Reflexion, InterferenzReflexion, Interferenz

12.10.201412.10.2014 H. Joachim Schlichting WWU MünsterH. Joachim Schlichting WWU Münster 2323ee

Irisierende FolienIrisierende FolienVerpackungsmaterialien aus Verpackungsmaterialien aus „Gitterfolie“ (z.B. Lametta)„Gitterfolie“ (z.B. Lametta)Folie mit vielen kleinen runden Folie mit vielen kleinen runden Reflexionsgittern, an denen Reflexionsgittern, an denen Licht gebeugt wird.Licht gebeugt wird.

Je nach Einfallswinkel werden Je nach Einfallswinkel werden andere Wellenlängen/Farben andere Wellenlängen/Farben

tä kt/ h ä httä kt/ h ä htverstärkt/geschwächt verstärkt/geschwächt man man sieht Komplementärfarbe sieht Komplementärfarbe


Untersuchung mit LaserpointerUntersuchung mit LaserpointerIn FV lässt sich mit Laserpointer und Karteikarte Beugungswinkel messen.In FV lässt sich mit Laserpointer und Karteikarte Beugungswinkel messen.s = 3,5 cm, h = 6 cm s = 3,5 cm, h = 6 cm α = α = arctanarctan( s/h ) = 30,26( s/h ) = 30,26°°

g = λ / sin α = 1,056 g = λ / sin α = 1,056 μμm m

Wellenlänge des grünen Lasers: λ = 0,532 Wellenlänge des grünen Lasers: λ = 0,532 μμmm

g ,g , μμ


WeißWeiß, , ausaus dreidrei FarbenFarben gemischtgemischt……Im Lichte eines Im Lichte eines DLPDLP-- BeamersBeamers, kann die weiße Farbe in ihre Bestandteile , kann die weiße Farbe in ihre Bestandteile zerlegt werden: durch Bewegung.zerlegt werden: durch Bewegung.


KomplementärfarbenKomplementärfarben imim SchattenbereichSchattenbereich


Einzelheiten in : Einzelheiten in : UckeUcke/Schlichting: Spiel, Physik und Spaß. Berlin 2011/Schlichting: Spiel, Physik und Spaß. Berlin 201111

WeißeWeiße ScheibeScheibe imim gemischtengemischten LichtLicht


ErklärungErklärung derder FunktionFunktion des Beamersdes Beamers

Rotierende Farbfolien bieten dem Auge in schneller Folge verschiedene Rotierende Farbfolien bieten dem Auge in schneller Folge verschiedene Farben an, die nicht mehr aufgelöst werden und zur Mischfarbe „Weiß“ Farben an, die nicht mehr aufgelöst werden und zur Mischfarbe „Weiß“ , g „, g „verschmelzen.verschmelzen.

Außerdem:Außerdem:Außerdem: Außerdem: Einführung in Einführung in die Farboptikdie Farboptik


Blick durch ein Geodreieck auf LichtreflexeBlick durch ein Geodreieck auf Lichtreflexe


Lichtbeugung wie beim Blick durch ein optisches GitterLichtbeugung wie beim Blick durch ein optisches Gitter

Lichtbeugung mit LaserpointerLichtbeugung mit LaserpointerGeodreieck / Kunststofflineal als optisches GitterGeodreieck / Kunststofflineal als optisches Gitter

Mikroskop:Mikroskop:StrichgitterStrichgitter

Im polarisierten Licht Im polarisierten Licht Strukturierung erkennbarStrukturierung erkennbar

An bestimmten Stellen Beugung, äußerlich kein Anzeichen für ein GitterAn bestimmten Stellen Beugung, äußerlich kein Anzeichen für ein GitterSpritzgussverfahren: GrammophoneffektSpritzgussverfahren: Grammophoneffekt


FlugzeugfensterFlugzeugfenster wirken manchmal als optisches Gitterwirken manchmal als optisches Gitter

Flugzeugfenster als optisches GitterFlugzeugfenster als optisches Gitter


Eine Landschaft mit BeugungsfarbenEine Landschaft mit Beugungsfarben

nachbearbeitetes nachbearbeitetes F tF tFotoFoto


Das Licht der hellen Schneelandschaft wird ebenfalls gebeugtDas Licht der hellen Schneelandschaft wird ebenfalls gebeugt11

Wie bei einem LaborexperimentWie bei einem Laborexperiment

Der Beobachter blickt durch ein Gitter auf einen hellen weit entferntenDer Beobachter blickt durch ein Gitter auf einen hellen weit entfernten


Der Beobachter blickt durch ein Gitter auf einen hellen weit entfernten Der Beobachter blickt durch ein Gitter auf einen hellen weit entfernten Reflex, der durch mehrere Beugungsordnungen gesäumt erscheint.Reflex, der durch mehrere Beugungsordnungen gesäumt erscheint.

Zur Regenbogenstory von 1994 bis 2010Zur Regenbogenstory von 1994 bis 2010


Simulation des „ Regenbogens ohne Regen“Simulation des „ Regenbogens ohne Regen“Beruhend auf einer analytisch hergeleiteten nur numerisch berechenbaren Beruhend auf einer analytisch hergeleiteten nur numerisch berechenbaren Formel .Formel .Ei lh it i h U k C /Einzelheiten siehe:Ucke, C. / Schlichting, H. J.Spiel, Physik und Spaß

E. van den Berg, F. Schweickert, E. van den Berg, F. Schweickert, NVOX Jg. 35 Sept. 2010, Nr. 7NVOX Jg. 35 Sept. 2010, Nr. 7..http://www.natsim.net/ejs/schlichthttp://www.natsim.net/ejs/schlicht


p jp jingbow/ingbow/

Selbstorganisierte FesselungSelbstorganisierte FesselungMan nehme: Kette und Ring, schiebe Ring über Kette und lasse Ring fallenMan nehme: Kette und Ring, schiebe Ring über Kette und lasse Ring fallen

Ring dreht sich überträgt Drehimpuls aufRing dreht sich überträgt Drehimpuls aufRing dreht sich, überträgt Drehimpuls auf Ring dreht sich, überträgt Drehimpuls auf Kette, die durch Verkürzung beschleunigt Kette, die durch Verkürzung beschleunigt wird und die Schlinge über den Ring wirftwird und die Schlinge über den Ring wirftDemonstration durch weitere FVDemonstration durch weitere FV•• gefesselte Schlüsselbundgefesselte Schlüsselbund•• Knopf und GarnrolleKnopf und Garnrolle


Knopf und Garnrolle Knopf und Garnrolle **

KettenfontäneKettenfontänelange Seite ist schwerer als kurze lange Seite ist schwerer als kurze

Kette wird aus Becher gezogen.Kette wird aus Becher gezogen.EE

Warum steigt sie in die Höhe?Warum steigt sie in die Höhe?

Ist das Verhalten mit dem Ist das Verhalten mit dem EnergieEnergie-- und und ImpulssatzImpulssatz verträglich?verträglich?

Zusätzlich zur „ziehenden“ Kraft tritt stoßende Zusätzlich zur „ziehenden“ Kraft tritt stoßende K ft fK ft f

ImpulssatzImpulssatz verträglich?verträglich?

Kraft auf. Kraft auf. Ursache für Lift liegt in Konstruktion der Kette.Ursache für Lift liegt in Konstruktion der Kette.

Kugelkettenglieder Kugelkettenglieder können eine minimale können eine minimale K ü i htK ü i htKrümmung nicht Krümmung nicht unterschreiten: Sie unterschreiten: Sie bestehen aus bestehen aus


einzelnen Stäben.einzelnen Stäben.

Die KettenfontäneDie Kettenfontäne

Die Kette besteht aus einzelnen kurzen StäbenDie Kette besteht aus einzelnen kurzen Stäben

Wenn Stäbe angehoben werden Wenn Stäbe angehoben werden DrehmomentDrehmomentggKraft auf Unterlage übt gleichgroße Kraft auf Stab ausKraft auf Unterlage übt gleichgroße Kraft auf Stab aus

Umkehrung von Umkehrung von schneller als der freieschneller als der freie„„schneller als der freie schneller als der freie

FallFall““

J d St b i d l i ht h b d h d U t lJ d St b i d l i ht h b d h d U t lSeileSeile und Bänderund Bänder


Jeder Stab wird also nicht nur gehoben, sondern auch von der Unterlage Jeder Stab wird also nicht nur gehoben, sondern auch von der Unterlage abgestoßen abgestoßen Kette steigt an kurzer SeiteKette steigt an kurzer Seite ModellexperimentModellexperiment

CD als StrichgitterCD als Strichgitter

Farbige Streifen bei Farbige Streifen bei BeugungBeugung

direkter Betrachtungdirekter BetrachtungMan sieht nur einen Man sieht nur einen kleinen Ausschnitt auskleinen Ausschnitt auskleinen Ausschnitt aus kleinen Ausschnitt aus dem Spektrumdem Spektrum

Projektion Projektion komplette komplette

Doppeltes Ringsystem Doppeltes Ringsystem aus Beugungsringenaus Beugungsringen

jj ppBeugungsringe:Beugungsringe:

aus Beugungsringen aus Beugungsringen 1. Ordnung1. Ordnung


CD als StrichgitterCD als StrichgitterAbdeckung der halben CD Abdeckung der halben CD zwei Teilringe 1. Beugungsordnungzwei Teilringe 1. Beugungsordnung

D hö t F b h k i lt di N t d h I t f f b d k diD hö t F b h k i lt di N t d h I t f f b d k diDen schönsten Farbenschmuck erzielt die Natur durch Interferenzfarben man denke an die Den schönsten Farbenschmuck erzielt die Natur durch Interferenzfarben man denke an die Flügel der Schmetterlinge, das Gefieder der Kolibris, an O pal oder Perlmutter. Welche Flügel der Schmetterlinge, das Gefieder der Kolibris, an O pal oder Perlmutter. Welche Aussichten würden sich der Malerei eröffnen, wenn es gelänge, eine handliche Aussichten würden sich der Malerei eröffnen, wenn es gelänge, eine handliche InterferenzfarbenTechnik auszubilden!InterferenzfarbenTechnik auszubilden!


InterferenzfarbenTechnik auszubilden!InterferenzfarbenTechnik auszubilden!Arnold Sommerfeld (1868 Arnold Sommerfeld (1868 –– 1951)1951)

11

Licht im SchattenLicht im SchattenTransparente CD sammelt Licht entlang Transparente CD sammelt Licht entlang einer Geraden senkrecht zur CD einer Geraden senkrecht zur CD AxiconAxicon (modernes Abbildungssystem)(modernes Abbildungssystem) AxiconAxicon (modernes Abbildungssystem)(modernes Abbildungssystem)Konsequenz: nur wenige Rillenabschnitte Konsequenz: nur wenige Rillenabschnitte reichen, um Licht auch im abgedunkelten reichen, um Licht auch im abgedunkelten Bereich zu fokussieren Bereich zu fokussieren

Konzentrisch zerkratzte Konzentrisch zerkratzte Glasscheibe bringt den Glasscheibe bringt den selben Effekt hervorselben Effekt hervor

Bei sehr kleinen Rillen Bei sehr kleinen Rillen (~ Lichtwellenlänge) tritt (~ Lichtwellenlänge) tritt ( g )( g )Fokussierung durch Fokussierung durch Beugung separat für jede Beugung separat für jede Farbe aufFarbe auf


Farbe auf Farbe auf

Das Ungewöhnliche liegt oft so nahDas Ungewöhnliche liegt oft so nahDer FV Der FV besteht besteht darin, das darin, das Becken aus Becken aus geringstergeringstergeringster geringster Höhe zu Höhe zu betrachtenbetrachten

12.10.201412.10.2014

Eine ungewöhnliche Perspektive…Eine ungewöhnliche Perspektive…

Das Vertraute Das Vertraute erscheinterscheinterscheint erscheint plötzlich plötzlich rätselhafträtselhaft

Der Blick auf Der Blick auf den Pool aus den Pool aus geringer Höhegeringer Höhe

12.10.201412.10.2014 5757

Wo bleiben die Geraden und Senkrechen?Wo bleiben die Geraden und Senkrechen?

… wenn … wenn ddman den man den

Blick Blick schweifen schweifen lässt. lässt.

12.10.201412.10.2014 5858

Gekrümmter StabGekrümmter StabStaubsaugerstabStaubsaugerstaberscheint gekrümmterscheint gekrümmt

Man überMan über--blickt einenblickt einenblickt einen blickt einen ganzen ganzen WinkelbereichWinkelbereich


Zur einfachen Grundlage des ErstaunlichenZur einfachen Grundlage des Erstaunlichen

Blicke schräge auf die Tasse so dass die MünzeBlicke schräge auf die Tasse, so dass die Münze gerade aus dem Blick verschwindet

Bei unveränderter Blickrichtung wird WasserBei unveränderter Blickrichtung wird Wasser eingefüllt

die Münze wird sichtbar

12.10.201412.10.2014 6060H. Joachim Schlichting UniH. Joachim Schlichting Uni-- MuensterMuenster

die Münze wird sichtbar der Boden einschließlich Münze wird gehoben

Der Blick erfasst viele WinkelDer Blick erfasst viele Winkel… liegt i. A. nicht senkrecht über dem realen Punkt. Seine Position hängt … liegt i. A. nicht senkrecht über dem realen Punkt. Seine Position hängt vom Blickwinkel des Beobachters ab.vom Blickwinkel des Beobachters ab.

Je flacher der Blick desto größer dieJe flacher der Blick desto größer dieJe flacher der Blick, desto größer die Je flacher der Blick, desto größer die HebungHebung

P’

12.10.201412.10.2014 6161 Physikalische GrundlagenPhysikalische Grundlagen

P

Freihandexperimente Freihandexperimente –– ganz großganz großFV sind meist handgerecht und klein.FV sind meist handgerecht und klein.Science Center bieten oft eine Großversion (Wagenschein: Das großeScience Center bieten oft eine Großversion (Wagenschein: Das großeScience Center bieten oft eine Großversion (Wagenschein: Das große Science Center bieten oft eine Großversion (Wagenschein: Das große Spüreisen).Spüreisen).

Beispiel: FlaschentornadoBeispiel: FlaschentornadoPhaenoPhaeno

Beispiel: FlaschentornadoBeispiel: Flaschentornado

ImIm PhaenoPhaeno ganz groß alsganz groß alsIm Im PhaenoPhaeno ganz groß als ganz groß als Wasserstrudel.Wasserstrudel.

So groß dass optischeSo groß dass optischeSo groß, dass optische So groß, dass optische Aspekte dominieren…Aspekte dominieren…

Ein näherer Blick Ein näherer Blick offenbart ein Geheimnis.offenbart ein Geheimnis.


Optische Dreifaltigkeit Optische Dreifaltigkeit –– ganz großganz großDie Person erscheint mit zwei Satelliten Die Person erscheint mit zwei Satelliten ihrer selbst umgeben.ihrer selbst umgeben.ihrer selbst umgeben.ihrer selbst umgeben.Spiegelung? Spiegelung? Ein FV ermöglicht einen ZugangEin FV ermöglicht einen Zugangg g gg g g


Strahlenverlauf in einem ZylinderStrahlenverlauf in einem Zylinder

Der (quasi) zylindrische Querschnitt der brechenden Flüssigkeit führt zuDer (quasi) zylindrische Querschnitt der brechenden Flüssigkeit führt zu

Ursache ist nicht eine geheimnisvolle SpiegelungUrsache ist nicht eine geheimnisvolle Spiegelung

Der (quasi) zylindrische Querschnitt der brechenden Flüssigkeit führt zu Der (quasi) zylindrische Querschnitt der brechenden Flüssigkeit führt zu Linsenfehlern (im Bezug zur idealen Linse)Linsenfehlern (im Bezug zur idealen Linse)

Die von einem Punkt ausgehenden Strahlen gelangen auf 3 verschiedenen Die von einem Punkt ausgehenden Strahlen gelangen auf 3 verschiedenen Wegen ins Auge Die Randstrahlen überkreuzen sichWegen ins Auge Die Randstrahlen überkreuzen sich


Wegen ins Auge. Die Randstrahlen überkreuzen sich.Wegen ins Auge. Die Randstrahlen überkreuzen sich.(Es wurden nur relevante Strahlen eingezeichnet).(Es wurden nur relevante Strahlen eingezeichnet).

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