Licht und Schatten

Als Schatten bezeichnet man den entweder gar nicht oder nur teilweise beleuchteten Raum hinter Körpern, die für Licht undurchlässig sind oder es zumindest stark schwächen. Das Aussehen des Schattens wird durch mehrere Faktoren beeinflusst. Dies sind die Form der Lichtquelle, die Gestalt des lichtundurchlässigen Körpers und die Entfernung zwischen Lichtquelle und Körper. Der Verlauf des Schattens kann durch geometrische Konstruktion ermittelt werden.

Als Schatten bezeichnet man den entweder gar nicht oder nur teilweise beleuchteten Raum hinter Körpern, die für Licht undurchlässig sind oder es zumindest stark schwächen (Bild 1). Das Aussehen des Schattens wird durch mehrere Faktoren beeinflusst. Dies sind die Form der Lichtquelle, die Gestalt des lichtundurchlässigen Körpers und die Entfernung zwischen Lichtquelle und Körper. Der Verlauf des Schattens kann durch geometrische Konstruktion ermittelt werden.
Dazu verwendet man die so genannten Randstrahlen. Randstrahlen sind Lichtstrahlen, die gerade noch an dem Hindernis vorbeigehen und daher die Grenze zwischen Licht und Schatten markieren.

Schatten hinter einem Hindernis: Begrenzt wird er durch die Randstrahlen.

Schattenverlauf bei punktförmigen Lichtquellen

Einfach gestaltet sich die Konstruktion des Schattenwurfes bei punktförmigen Lichtquellen oder Lichtquellen, die wesentlich kleiner als der schattenerzeugende Körper sind. In solchen Fällen genügt es, die Lichtquelle mit dem Rand oder den Kanten des Körpers zu verbinden (Bild 2). Bis zur Körperoberfläche in Lichtquellenrichtung ist das von den Randstrahlen begrenzte Gebiet mit Licht erfüllt, auf der entgegengesetzten Körperseite beginnt der Schattenverlauf.

Schattenbildung, dargestellt mithilfe von Randstrahlen

Schattenverlauf bei ausgedehnten oder mehreren Lichtquellen

Handelt es sich um mehrere punktförmige Lichtquellen, dann hat man die bei einer einzelnen Lichtquelle erforderliche Randstrahlenkonstruktion entsprechend oft zu wiederholen. Das Gebiet hinter dem beleuchteten Körper gliedert sich dann in verschiedene Schattengebiete, in denen teilweise oder gar kein Licht mehr einfällt. Als Kernschattengebiete bezeichnet man die Regionen, in die überhaupt kein Licht gelangt. Halbschattengebiete werden noch von Lichtstrahlen einer oder mehrerer Lichtquellen erreicht, aber nicht mehr von Lichtstrahlen aller Quellen. Daher sind die Halbschattengebiete mit einem unterschiedlichen Helligkeitsgrad versehen. Die mitunter komplizierten Schattenverhältnisse vereinfachen sich, wenn man nur zwei punktförmige Lichtquellen betrachtet (Bild 3).

Kernschatten und Halbschatten bei zwei Lichtquellen. Der gleiche Effekt tritt bei einer ausgedehnten Lichtquelle auf.

Bei ausgedehnten symmetrischen Lichtquellen darf man den oberen und unteren Rand der Lichtquelle als zwei punktförmige Lichtquellen ansehen und das Schattengebiet so konstruieren, als ob nur zwei punktförmige Quellen vorhanden wären. Das bekannteste Beispiel für den Schattenwurf bei ausgedehnten Lichtquellen ist das Zustandekommen von Kern- und Halbschattenzonen bei Sonnen- und Mondfinsternissen.