Halbschatten (Strahlenoptik)
Entstehung
Basiswissen
Als Halbschatten[1] oder Penumbra[3] bezeichnet man in der Strahlenoptik jene Bereiche, in die nur ein Anteil des Lichts von einer oder mehrerer Lichtquellen kommt, und zwar infolge von anderen Gegenständen, die dem Licht teilweise den Weg versperren. Es gibt zwei Arten, auf die ein Halbschatten entstehen kann.
Wann kann ein Halbschatten entstehen?
- Gibt es nur eine einzige Lichtquelle und ist diese punktförmig, so kann kein Halbschatten entstehen. Alle Schatten sind gestochen scharf. Es gibt nur den sogenannten Kernschatten ↗
- Gibt es eine ausgedehnte Lichtquelle so können Halbschatten entstehen. Typische Beispiele für ausgedehnte Lichtquellen sind Lampen, das Tageslicht vom hellen Himmel oder die Sonne ↗
- Alternativ zu einer (oder mehreren) ausgedehnten Lichtquellen genügt es auch, wenn es zwei oder mehr punktförmige Lichtquellen gibt.
Der Halbschatten mit einer ausgedehnten Lichtquelle
Die Grundidee zum Verständnis eines Halbschattes ist die Frage ist die folgende Kette von Vorstellungen und Fragen:
- Man stelle sich eine ausgedehnte Lichtquelle vor, zum Beispiel eine Leuchtstofflampe ↗
- Man stelle sich irgendeinen Punkt P im Raum vor, den Beobachtungspunkt auf den das Licht dieser Lichtquelle fallen könnte.
- Für diesen Punkt P markiert man gedanklich alle Stellen auf der Lichtquelle, von denen aus als gerade Linien gedachte Lichtstrahlen den Punkt P erreichen können.
- Nun denkt mit sich ein schattenwerfendes Objekt dazu. Für diese neue Situation markiert man gedanklich wieder alle Stellen auf der Lichtquelle, von denen aus geradlinig gedachte Lichtstrahlen den Punkt P erreichen könnten.
- Wenn es genauso viele Stellen sind wie ohne schattenwerfendes Objekt, dann liegt der Punkt P außerhalb des Schattens, also im voll beleucheten Bereich.
- Wenn es mit den schattenwerfenden Objekt gar keine Strahlen mehr gibt, die von der Lichtquelle aus in einer geraden Verbindungslinie zum Punkt P gelangen könnten, dann liegt vollständig im völlig dunklen Kernschatten ↗
- Die dritte Möglichkeit ist, dass von einigen Stellen der Lichtquelle Strahlen den Punkt P erreichen können, aber weniger, als ohne schattenwerfendes Objekt. In diesem Fall liegt P im sogenannten Halbschatten ↗
Der Halbschatten mit zwei Punktlichtquellen
Man betrachte den kleinen deutschen Buchstaben ö, also das o-Umlaut. Wenn jeder der zwei Punkte über dem Kreis eine eigene Lichtquelle ist, dann gibt es drei nach ihrer Helligkeit unterscheidbare Bereiche. Oben und ganz weit links und ganz weit rechts gibt es einen Bereich, der vom Licht beider Quellen erreicht wird. Dort ist gar kein Schatten. Dann gibt es links und rechts je einen Bereich, in den nur das Licht einer Lampe fällt. Das sind die Halbschatten. und in der Mitte unten gibt es einen Bereich, in den von keiner Lampe Licht fällt. Das ist der Kernschatten oder die Umbra. Man kann das Phänomen mit Bleistift und Papier gut nachstellen, wenn man die Pünktechen des über dem ö etwas höher und nach rechts und links weiter entfernt zeichnet. Siehe auch Schatten ↗
Fußnoten
- [1] 1796, Halbschatten in der Malerei und Astronomie: "Der Halbschatten, des -s, plur. ut nom. sing. in der Mahlerey, die Schattirung zwischen Licht und Schatten, der Übergang des Lichtes in den Schatten; bey einigen die Zwischenfarbe. Eben dieselbe Bedeutung hat es in der Astronomie, wo der Halbschatten, z. B. des Mondes, zwischen zwey Linien enthalten ist, deren eine die Sonne zur Rechten und den Mond zur Linken, die andere aber die Sonne zur Linken und den Mond zur Rechten berühren; dagegen sich der volle Schatten zwischen zwey Linien befindet, welche die Sonne und den Mond auf einer und eben derselben Seite berühren." In: Adelung, Grammatisch-kritisches Wörterbuch der Hochdeutschen Mundart, Band 2. Leipzig 1796, S. 916. Online: http://www.zeno.org/nid/20000213411
- [2] 1865, Halbschatten rein optisch: "Halbschatten, derjenige Raum, welcher nur von einem Theile des leuchtenden Körpers erleuchtet wird; s.u. Schatten u. vgl. Licht C)." In: Pierer's Universal-Lexikon, Band 19. Altenburg 1865, S. 851. Siehe auch Halbschatten ↗
- [3] 1908, Halbschatten oder Penumbra: "Penumbra, der Halbschatten, der die meisten Sonnenflecke umgibt (s. Sonne)." In: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 15. Leipzig 1908, S. 573. Siehe auch Penumbra ↗
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