Licht und Farbe
Wie entsteht ein Regenbogen?
Dazu schauen wir uns ein Experiment an. Wenn Licht auf ein Prisma fällt, dann wird es beim Eintritt in das Prisma und beim Verlassen des Prismas gebrochen.
Wir können beobachten, dass der Lichtstrahl nach Verlassen des Prismas leicht aufgeweitet ist. Wenn wir das Prisma leicht verdrehen, um den Einfallswinkel zu variieren, dann können wir den Effekt deutlicher beobachten und einen „Regenbogen“ erkennen. In der Physik bezeichnen wir das als das Spektrum des Lichtes.
In der zweiten Abbildung wurde das aufgeweitete Lichtbündel auf ein zweites Prisma ausgerichtet. Hier verstärkt sich der Effekt.
Woher kommen die Farben?
Darüber wurde lange nachgedacht. Die ersten Vermutungen waren, dass die Farben aus dem Glas kommen.
Man wiederholte den Versuch mit einfarbigem Licht. Nach dem Durchgang durch das Prisma, konnten keine weiteren Farben beobachtet werden. So konnte diese Vermutung verworfen werden.
Dann ließ man, den in die „Regenbogenfarben“ aufgeweiteten Lichtstrahl, eine Sammellinse passieren. Nach dem Passieren der Sammellinse erschien das Licht wieder weiß. Die Summe der Farben des Spektrums ergibt weißes Licht.
Zusammenfassung:
- Beim Übergang in eine anderes optisches Medium, wird ein weißes Lichtbündel aufgeweitet. Dabei sind seine spektralen Bestandteile zu beobachten.
- Die Summe aller spektralen Bestandteile ergibt wieder weißes Licht.
- Einfarbiges Licht lässt sich nicht weiter aufspalten.
Diesen Effekt nutzen wir heute an vielen Stellen aus. Nahezu alle farbigen Bildschirme beruhen auf diesem Prinzip, dem Prinzip der additiven Farbmischung.
zum Regenbogen
Die Entstehung des Regenbogens ist ein optisches Phänomen, dessen Ursache auf der Brechung des Lichtes beruht.
Wenn Licht von einem optischen Medium in ein anderes optisches Medium übergeht, dann ändert es an der Grenzschicht seine Ausbreitungsrichtung.
Wie wir bei der Brechung am Prisma beobachten konnten, werden die verschiedenfarbigen Anteile des Lichtes unterschiedlich stark gebrochen. Violettes Licht wird am stärksten gebrochen, rotes Licht wird am schwächsten gebrochen.
Ein Regenbogen kann nur dann entstehen, wenn es regnet und gleichzeitig die Sonne scheint. Als Beobachter müssen wir uns zwischen der Sonne und dem Regen befinden.
Entstehung des Regenbogens
Das weiße Licht der Sonne trifft auf einen Regentropfen (A). Beim Übergang des Lichtes in den Regentropfen, wird das Sonnenlicht das erste mal gebrochen. Dabei wird das rote Licht am schwächsten gebrochen. Wir können erkennen, dass sich der Strahl leicht aufweitet.
Wenn das Licht auf die Rückseite des Regentropfens trifft (B), dann wird es dort reflektiert. Aufgrund des Winkels tritt Totalreflexion auf.
Wenn das Licht auf die Stelle (C) trifft, wird es erneut beim Übergang vom Regentropfen in die Luft gebrochen. Durch die zweimalige Brechung ist der weiße Lichtstrahl jetzt so stark aufgeweitet, das wir seine farbige Bestandteile erkennen können.
Wenn wir aber das aufgeweitete Lichtbündel mit dem Regenbogen vergleichen, dann fällt ein Widerspruch auf. Beim Regenbogen liegt der rote Farbanteil über dem violetten Anteil. Wie kommt das?
⇒Um das zu klären, müssen wir statt eines Regentropfens, viele Regentropfen betrachten. Nur dann wird auch ein Regenbogen sichtbar. In der Grafik wird deutlich, dass das rote Licht, das in dein Auge gelangt, von höheren Regentropfen kommt als das violette Licht. Das ist auch von der Position des Beobachters unabhängig. Daher sehen wir beim Regenbogen die Reihenfolge so, wie in der Grafik.
Warum sehen wir einen Bogen?
Regentropfen sind keine Kreise, sondern haben idealisiert eine Kugelform. Daher wird das Licht nicht nur in einer Ebene gebrochen und reflektiert. Diese Prozess findet in alle Richtungen statt. Daher sehen wir einen Bogen.
Die Intensität, mit der wir einen Regenbogen sehen, hängt neben der Sonneneinstrahlung auch von der Tröpfchengröße ab.
subtraktive Farbmischung
Bei dem Versuch mit der Sammellinse haben wir alle Farben des Spektrums (rot, orange, gelb, grün, blau und violett) addiert. Sie ergaben in der Summe weißes Licht. (additive Farbmischung)
Was passiert, wenn du diese Farben mit deinem Tuschkasten mischt?
Es wird schnell klar, dass es sich hier um ein anderes Prinzip handeln muss, denn alle Farben des Tuschkastens zusammen ergeben nicht weiß.
Ein Farbdrucker funktioniert nach dem gleichen Prinzip. Ein Farbdrucker enthält Patronen, in den Farben Cyan, Magenta und Gelb. Mit diesen drei Farben lassen sich alle anderen Farben mischen. Alle drei Farben zusammen ergeben Schwarz. Das ist das Prinzip der subtraktiven Farbmischung.
- Cyan + Gelb = Grün
- Magenta + Gelb = Rot
- Magenta + Cyan = Blau
Mit keiner Kombination dieser Farben kann Weiß erzeugt werden.
Wir kann man den mit dem Drucker weiß drucken?
Bei einem normalen Drucker wird Weiß nicht gedruckt, da ja normalerweise das Papier weiß ist. Wenn du auf farbigem Papier druckst, wirst du schnell feststellen, dass alles, was eigentlich weiß sein soll, die Farbe des Papiers hat. Es gibt aber professionelle Drucker, die auch weiße Tinte bzw. weißen Toner haben.
Beispiele:
Das Bild zeigt eine gelbe Honigmelone, eine rote Paprika, eine grüne Gurke, eine rote Tomate, ein hellbraunes Ei, eine gelbe Banane, ein blaue Nivea Dose und ein weißes Blatt Papier. Diese Gegenstände mit unterschiedlichen Farben beleuchtet.
- Beobachte, wie sich die Farbwahrnehmung der einzelnen Gegenstände ändert.
- Beobachte auch die Farbwahrnehmung für das weiße Blatt.
