Zuerst demonstriere ich wie Schatten zusammenlaufen und wie man Schattenabstufung verhindert. Danach erkläre ich wie Tag und Nacht, die Mondphasen, Sonnenfinsternis und Mondfinsternis entstehen.
Wie entsteht Schatten?
Frage:
Kann man über seinen eigenen Schatten springen?
Versuch
Mit einer Glühlampe beleuchten wir einen undurchsichtigen Gegenstand. Danach messen wir mit einem Blatt Papier den Schattenraum aus.
Beobachtung
Schatten entsteht an der lichtabgewandten Seite eines lichtundurchlässigen Körpers. Denn dort fehlt das Licht, das der Körper verschluckt.
Frage:
Kann Licht um Ecken gehen, d.h. können Photonen auf geknickten oder gekrümmten Wegen verlaufen?
Versuch
Wir stellen zwei Leuchten so auf, dass zwei Schatten entstehen. Dann lassen wir die Schatten zusammenlaufen.
Versuch
Mit einer ausgedehnten Lichtquelle lassen wir Schatten entstehen. Daraufhin verschwindet die Schattenabstufung.
Bemerkung:
Eine schattenfreie Ausleuchtung erreicht man durch Milchglas, Lichtbänder, und weiße Zimmerdecken.
Zusammenfassung
Hinter undurchsichtigen Körpern entsteht ein lichtfreier Raum, der Schattenraum. Auf einen Schirm, der in diesen Raum gebracht wird, entsteht eine Schattenfläche, der Schatten. Eine punktförmige Lichtquelle führt zu harten Schatten, mehrere zu Halb- und Kernschatten. Ausgedehnte Lichtquellen ergeben weiche Übergänge zwischen Licht und Schatten. Sie ermöglichen schattenfreie Beleuchtung.
Schatten im Weltraum
Da im Weltraum Lichtquellen und Schattenkörper vorhanden sind, entstehen Schattenräume und Schatten.
Wie entstehen Tag und Nacht?
Die sonnenabgewandte Seite der Erde ist der Schattenraum der Erde.
Durch die Drehung der Erde um ihre Achse entsteht so Tag und Nacht.
Wie entstehen Mondphasen?
Auch der Mond hat eine von der Sonne beleuchtete und eine unbeleuchtete Seite. Da wir beim Umlauf des Mondes um die Erde unterschiedliche Anteile der beleuchteten Mondhälfte sehen, entstehen für uns die Mondphasen.
Wie entsteht eine Sonnenfinsternis?
Tritt der Mond bei seinem Umlauf um die Erde zwischen Erde und Sonne, dann kann sein Schatten auf die Erde fallen. Im Bereich dieses Schattens ist die Sonne für die Betrachter dann ganz oder teilweise durch den Mond verdeckt. Dadurch entsteht eine totale oder eine partielle Sonnenfinsternis.
Mondfinsternis
Durchläuft dagegen der Mond ganz oder teilweise den Schattenraum der Erde, so wird er mehr oder weniger vollständig verdunkelt. Dadurch entsteht eine totale oder partielle Mondfinsternis.
Monddaten
Die mittlere Entfernung zwischen Mond und Erde beträgt 384000 km.
Der Mond hat einen Radius von 1738 km.
Mit anderen Worten sind das 0,272 des Erdradius.
Seine Masse beträgt 1/82 der Erde.
Wegen seiner geringen Masse kann der Mond keine Atmosphäre halten.
Der Mond leuchtet nicht selber, er reflektiert nur das Licht der Sonne.
Der Mond braucht 27,3 Tage um einmal um die Erde zu kreisen.
In der gleichen Zeit rotiert er einmal um seine eigene Achse.
Deshalb ist die Rückseite des Mondes nie zu sehen.
Weil er keine Atmosphäre hat und sich langsam dreht, gibt es auf dem Mond starke Temperaturunterschiede.
In der Mondnacht herrschen dort minus 130 °C, tagsüber allerdings plus 120 °C.
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