Licht und Helligkeit
Wenn in der Alltagssprache von Licht die Rede ist, ist meist Sonnenlicht oder das Licht, das von Lampen erzeugt wird, gemeint. Intuitiv stellt man es sich geradlinig von einer Lichtquelle ausgehend vor und zeichnet es als hellen, häufig gelben Lichtkegel. Diese Vorstellung stammt beispielsweise von der Assoziation mit augenscheinlich sichtbaren Lichtstrahlen im Nebel oder staubigen Räumen. Tatsächlich ist es aber nicht das Licht, was in diesen Situationen sichtbar ist. Es handelt sich vielmehr um die Wassertröpfchen bzw. kleinen Staubteilchen, von denen aus das Licht in unsere Augen reflektiert wird.
Richtet man eine punktförmige Lichtquelle in einem vollkommen abgedunkelten Raum an die Raumdecke oder an eine gegenüberliegende Wand, so wird eindeutig erkennbar, dass Licht selber nicht sichtbar ist. Bei dem, was der Mensch häufig als Licht wahrnimmt, handelt es sich vielmehr um Wirkung von Licht. Es handelt sich um Helligkeit.
Sichtbar ist die Helligkeit häufig in der Nähe von Lichtquellen wie beispielsweise der Sonne, Lampen oder Kerzen und an fast allem, was beleuchtet wird. Auf dem Weg zwischen der Lichtquelle und dem beleuchteten Gegenstand ist das Licht nicht zu sehen.
Dennoch wird in der Physik auch von „sichtbarem Licht“ gesprochen. Dies geschieht in Kontexten, in denen hell machendes Licht von beispielsweise Röntgenlicht, UV-Licht oder Infrarotlicht unterschieden werden soll, mit denen die Beleuchtung eines Raumes unmöglich wäre (vgl. Murmann 2010, S. 4).
Was ist Licht?
Jede Form von Licht ist auf elektromagnetische Strahlung zurückzuführen. Das menschliche Auge ist nur für einen kleinen Teil innerhalb des elektromagnetischen Spektrums, das Spektrum des Regenbogens, empfänglich. Seine Wellenlängen reichen von 4/10000 mm (violett) bis 7/10000 mm (rot). Licht mit kürzerer Wellenlänge als die des violetten Lichtes, wird UV-Licht, Licht mit etwas größerer Wellenlänge hingegen wird Infrarotlicht genannt.
Für die Erklärung von Schattenphänomenen bedient man sich des reinen Strahlenmodells der geometrischen Optik bzw. Strahlenoptik. Dabei steht die geradlinige Strahleneigenschaft des Lichtes im Vordergrund. Die Geschwindigkeit des Lichtstrahls hängt von der Dichte des Mediums ab, in dem er sich ausbreitet. Im Vakuum ist die Lichtgeschwindigkeit daher am höchsten und beträgt 299.792,458 km/s (vgl. Murmann 2010, S. 4-5).
Schatten und Schattenraum
Hinter beleuchtete, lichtundurchlässige Körper kann von einer punktförmigen Lichtquelle ausgehend kein Licht gelangen. Dieser dadurch entstehende, lichtleere Raum wird Schatten bzw. Schattenraum genannt. Befindet sich eine Fläche (z.B. Wand, Boden) hinter dem lichtundurchlässigen, beleuchteten Körper, so entsteht ein dunkler, figürlicher Schatten (auch Schattenbild genannt) auf dieser.
Das Aussehen des Schattenbildes sowie die Größe des Schattenraumes werden durch die Faktoren Lichtquelle und Gegenstand sowie durch den Standort der Schattenbildfläche beeinflusst. Diese Elemente bilden gemeinsam eine geometrische Anordnung, deren Erscheinung einem bestimmten Licht- und Schattenzustand entspricht. Die Standortverschiebung eines oder mehrerer dieser Faktoren wirkt sich auf die Richtung, Lage und/ oder die Größe des Schattens aus (vgl. Lauterbach 1999, S. 15).
Folgende Regelhaftigkeiten gelten für die Größe des Schattens:
1. Variation der Lichtquelle (unverändert: Gegenstand und Schattenfläche)
- Je näher die Lichtquelle dem Gegenstand ist, desto größer ist sein Schatten.
2. Variation der Schattenfläche (fix: Lichtquelle und Gegenstand)
- Je näher die Schattenfläche dem Gegenstand ist, desto kleiner ist sein Schatten.
3. Variation des Gegenstandes (fix: Lichtquelle und Schattenfläche)
- Je näher der Gegenstand der Lichtquelle ist, desto größer ist sein Schatten.
In allen drei Fällen gelten jeweils auch die Umkehrungen.