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Die Riesenspinne an der Wand (3D)

Über diese App

Halloween im Gewölbekeller: Eine Vogelspinne mit 14 cm Spannweite hängt vor einer flackernden Kerze, ihr Schatten an der Wand wird mehrere Meter groß. Abstand und Lichtquelle (LED-Punkt, Kerze, Fackel) einstellen, Strahlen einblenden: Strahlensatz B = g · b / a, Kern- und Halbschatten mit Saum h = f · (b − a) / a, verstärktes Flackern.

Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.

Worum es geht

Licht breitet sich geradlinig aus. Ein Gegenstand zwischen Lichtquelle und Wand wirft deshalb einen Schatten, der seine Zentralprojektion ist. Die Strahlen über seine Ränder bilden zwei ähnliche Dreiecke mit gemeinsamer Spitze in der Lichtquelle. Nach dem Strahlensatz ist der Schatten um den Faktor b / a größer als der Gegenstand: b ist der Abstand der Lichtquelle zur Wand, a der zum Gegenstand. Ist die Lichtquelle ausgedehnt, wirft jeder ihrer Punkte einen eigenen Schatten. Wo sich alle decken, liegt der Kernschatten, am Rand ein Halbschatten mit der Breite h = f · (b − a) / a, wobei f die Breite der Lichtquelle ist.

Was die App zeigt

Ein dunkler Gewölbekeller zu Halloween: Eine Vogelspinne mit 14 cm Spannweite hängt an ihrem Faden vor einer flackernden Kerze, dahinter eine Steinwand. Der Schatten an der Wand wird berechnet: Von 64 Punkten der Flamme wird je eine Silhouette projiziert und gemittelt, so entstehen Kern- und Halbschatten wie in echt. Auf Wunsch zeigt die App die Lichtstrahlen über die äußersten Beinspitzen und die Abstände a und b am Boden. Ein Messpanel nennt Vergrößerung, Schattengröße, Saumbreite und ob die Beine noch Kernschatten werfen.

Selbst ausprobieren

Zieh die Spinne zur Kerze: Bei 14 cm Abstand und 2,50 m bis zur Wand wird ihr Schatten 2,50 m groß, 18-mal so groß wie sie. Zugleich wird er unscharf, der Saum ist 15 cm breit, und die dünnen Beine verlieren ihren Kernschatten. Wechsle zum LED-Punkt, dann ist die Riesenspinne gestochen scharf; mit einer Fackel löst sie sich in einen grauen Fleck auf. Verändere auch den Wandabstand und beobachte, wie stark das Flackern der Flamme an der Wand verstärkt wird.

Häufige Fragen

Warum wird ein Schatten größer, wenn man näher an die Lichtquelle geht?
Der Schatten ist die Projektion des Gegenstands von der Lichtquelle aus. Nach dem Strahlensatz ist er um den Faktor b / a größer, mit b als Abstand Lichtquelle–Wand und a als Abstand Lichtquelle–Gegenstand. Wird a kleiner, wächst der Faktor: Eine Hand 10 cm vor einer Kerze wirft an einer 2,50 m entfernten Wand einen 25-fach vergrößerten Schatten.
Was ist der Unterschied zwischen Kernschatten und Halbschatten?
Im Kernschatten kommt kein Licht der Quelle an, weil der Gegenstand die ganze Lichtquelle verdeckt. Im Halbschatten ist nur ein Teil der Lichtquelle verdeckt, es ist dort heller, und die Helligkeit nimmt zum Rand hin zu. Halbschatten gibt es nur bei ausgedehnten Lichtquellen wie Flammen, Lampenschirmen oder der Sonne.
Warum sind Schatten bei Kerzenlicht unscharf?
Eine Kerzenflamme ist kein Punkt, sondern etwa einen Zentimeter breit. Jeder Punkt der Flamme wirft einen leicht verschobenen Schatten, am Rand überlagern sie sich zu einem Halbschatten. Seine Breite ist h = f · (b − a) / a: Je näher der Gegenstand an der Flamme und je weiter die Wand entfernt ist, desto breiter wird der unscharfe Saum.
Was kann ich in der App „Die Riesenspinne an der Wand“ einstellen?
Du stellst den Abstand der Spinne zur Flamme (7 cm bis 2 m) und den der Flamme zur Wand (1,50 m bis 3,50 m) ein und wählst LED-Punkt, Kerze oder Fackel als Lichtquelle. Die Spinne lässt sich direkt greifen oder krabbelt auf Knopfdruck zur Kerze. Lichtstrahlen, Abstände und Flackern lassen sich ein- und ausschalten.

Fach: Physik

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