Protokoll. Farben und Spektren. Thomas Altendorfer

Transkript

1 Protokoll Farben und Spektren Thomas Altendorfer

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Ziele, Vorwissen 3 Theoretische Grundlagen 3-6 Versuche 1.) 3 D Würfel 7 2.) Additive Farbmischung 8 3.) Haus 9 Quellenangabe 10 2

3 In diesem Protokoll beschäftige ich mich mit der additiven Farbmischung und mit dem 3 dimensionalen Sehen. Diese Themen können sowohl in der 4. als auch in der 6. Klasse behandelt werden. Ziele Ich möchte zeigen wie das menschliche Auge die Welt 3 dimensional wahrnimmt. Ich werde weiters zeigen, wie man das Auge überlisten kann, und aus einer 2 dimensionalen Abbildung ein räumliches Objekt erschaffen kann. Ich möchte den Schülern das Verfahren der additiven Farbmischung näher bringen, wie es beim Fernsehgerät zum Einsatz kommt. Vorwissen Die Schüler müssen wissen, wie sich Licht ausbreitet und wie es zu einem Schatten kommt. Auch sollte bekannt sein, wie sich verschiedene Farben verhalten wenn man sie mischt. Hier reicht das Wissen aus dem Zeichenunterricht aus. Einige verblüffende Mischfarben glaubt man ohnehin nur wenn man sie sieht. Theoretische Grundlagen 3 D Sehen Das menschliche Auge bildet die Umgebung auf der Netzhaut ab. Dies liefert ein 2 dim Bild. Das zweite Auge liefert beinahe das gleiche Bild. Da aber das zweite Auge räumlich vom ersten getrennt ist, wird dieses Bild aus einer anderen Perspektive wahrgenommen. Das Gehirn setzt aus diesen beiden 2 dim Bildern ein 3 dim (räumliches) zusammen. Mit nur einem Auge kann man nicht 3 dim sehen. Wenn du ein Auge schließt und jemand hält dir einen Stift vors Gesicht ist es nicht leicht diesen zu greifen, da die Information über die Entfernung fehlt. Mit folgendem Trick ist es möglich, beiden Augen leicht unterschiedliche Bilder zu liefern. Wir zeichnen 2 färbige Punkte. Nun betrachten wir dies mit einer so genannten 3 D Brille. Dies ist eine Brille mit je einer roten und einer grünen Folie. Das Auge mit der roten Folie sieht dieses Bild: 3

4 Das Auge mit der grünen Folie sieht dieses Bild: Aus diesen Bilder macht das Gehirn wieder ein 3 dim Bild. Färbige Schatten Mit 2 Lichtquellen kann man färbige Schatten erzeugen: Wir beleuchten ein Objekt mit einer Lichtquelle Schatten Abb.: 1 Es bildet sich ein Schatten. Das heißt, dass dort auf dem Schirm kein Licht auftrifft. Nun beleuchten wir diese dunkle Stelle mit einer roten Lampe: 4

5 Halbschatten Kernschatten Halbschatten Abb.: 2 Der obere Halbschatten wird von der roten Lampe beleuchtet und erscheint daher rot. Nun tauchen wir die untere Lampe gegen eine Grüne aus: Halbschatten Kernschatten Halbschatten Abb.: 3 Der Untere Halbschatten erscheint grün. Nur der Kernschatten bleibt dunkel. Bringt man die beiden Lampen weiter auseinander verschwindet der Kernschatten und es bleibt nur ein roter und ein grüner Schatten übrig. Diese sind zwei Abbildungen des selben Objektes aus verschiedenen Perspektiven. Genau das was wir zum 3 D Sehen brauchen. 5

6 Additive Farbmischung (RGB) Lässt man weißes Licht durch ein Prisma laufen spaltet es sich in sein Spektrum auf. Man kann sagen, die einzelnen Farben werden getrennt. Abb.: 4 (Quelle: Aus der Umkehrbarkeit des Lichtweges folgt, dass man bei der Mischung dieser erhaltenen Farben wieder Weiß bekommen muss. Dies ist die Idee der additiven Farbmischung. RGB steht für Rot, Grün und Blau. Dies sind die Grundfarben der additiven Farbmischung. Man braucht nicht alle Regenbogenfarben zu mischen, die 3 Grundfarben reichen aus, da alle fehlenden Farben aus diesen 3 gemischt werden können. Am besten stellt man sich vor, man hat 3 Taschenlampen: eine Rote, eine Grüne und eine Blaue. Nun lässt man die Lichtkegel aufeinandertreffen und dort, wo sie sich treffen entsteht eine Mischfarbe. Treffen sich grün und blau entsteht ein heller blau-grüner Ton (genannt Cyan). Treffen sich rot und grün ergibt sich gelb (das muss man sehen um es zu glauben). Bei rot und blau bekommt man einen violett Ton, genannt Magenta (zur Vorstellung: das ist genau der signifikante Rot-Ton der deutschen Telekom). Diese 3 Mischfarben Cyan, Gelb (Yellow), Magenta bilden mit Schwarz (black) die Grundfarben der subtraktiven Farbmischung (CMYK). Bringt man alle 3 Lichtkegel zur Deckung ergibt sich weiß. Die anderen Farbnuancen ergeben sich durch Mischung mit verschiedener Intensität (z.b.: orange aus 100% rot und 50% grün). Abb.: 5 (Quelle: Nach diesem Prinzip funktionieren ein Fernseher oder ein Computerbildschirm. Jedes Pixel besteht aus 3 Punkten je einer Substanz, die bei Anregung durch einen Elektronenstrahl rotes, grünes oder blaues Licht abstrahlen. Durch verschiedene Mischung entstehen die diversen Farben. Bei schwarz bleibt jeder der 3 Punkte dunkel. 6

7 1.) 3 D Würfel Versuche Material Zeit Kantenmodell Stativ zum aufhängen Faden rote Lampe, grüne Lampe Stativ für Lampen 3 D Brillen weißer Schirm je nach Anzahl der Schüler; ca. 1 min pro Gruppe Wir beleuchten das Kantenmodell eines aufgehängten Würfels mit einer roten und einer grünen Lampe. Abb.: 6 Es bilden sich ein roter und ein grüner Schatten. Versetzt man nun den Würfel in Drehung und betrachtet den Schirm durch eine 3 D Brille, sieht man das Bild eines sich drehenden räumlichen Würfels. Den gleichen Effekt nützt man bei so genannten 3 D Bildern aus. Man zeichnet die Umrisse zunächst in roter Farbe. Anschließend (leicht versetzt) in Grüner. Beim Betrachten durch eine 3 D Brille erscheint das Bild räumlich. Einige Beispiele dieser Art liegen im Praktikum auf. Probleme und Lösungen: Der Versuch funktioniert gut. Probleme sind nicht zu erwarten. Allerdings ist die Anzahl der 3 D Brillen begrenzt, daher die Schüler in Gruppen einteilen. 7

8 2.) Additive Farbmischung Material: Stativ Je eine rote, grüne und blaue Lampe Transparentpapier DIN A4 Blätter mit Loch Zeit: je nach Anzahl der Schüler; ca. 3 min pro Gruppe Man stellt je eine rote, grüne und blaue Lampe in einem gleichseitigen Dreieck (Seitenlänge ca. 70 cm) auf. Die Schüler stehen in etwa 5 m Abstand. Jeder Schüler bekommt ein Blatt Transparentpapier und eine DIN A4 Seite mit einem ausgeschnittenen Loch (d = 3 cm). Die Schüler betrachten die Lampen durch das Transparentpapier. Mit der anderen Hand sollen sie das Blatt mit dem Loch zwischen Transparentpapier und Lichtquelle halten. Durch hin und herschieben der Blende können die Schüler die verschiedenen Farben zusammenmischen. Am besten startet man mit nur 2 Lampen in allen möglichen Kombinationen: Rot + Blau = Magenta Grün + Blau = Cyan Rot + Grün = Gelb Schaltet man alle 3 Lampen ein und bringt die Strahlen zur Deckung bekommt man Weiß. Probleme und Lösungen: Die Schüler müssen ziemlich senkrecht auf den Schirm sehen, daher maximal 10 gleichzeitig. Es ist schwierig blaue Lampen zu bekommen. Im Elektrohandel gibt es billige Reflektorleuchten, die allerdings eher cyanfarben sind. Der Versuch gelingt aber auch mit dieser Lampe gut. 8

9 3.) Haus Material Zeit Versuchsaufbau Overheadprojektor RGB Maske mit beiliegender Folie Stativ justierbare Spiegel weißer Schirm 3 min Abb.: 7 Beim Aufbau exakt an die beiliegende Anleitung halten. Die RGB Blende auf den Projektor legen und die Spiegel so justieren, dass sich obiges Bild auf dem Schirm ergibt. Dann die Folie auf die Blende Legen (Pfeil beachten). Die Spiegel so einstellen, dass die 3 färbigen Kreise zur Deckung kommen. Es entsteht ein buntes Haus aus der Mischung der 3 Grundfarben. Abb.: 8 Abb.: 9 9

10 Probleme und Lösungen: Wenn man sich genau an die Versuchsanleitung hält, dürfte es keine Probleme geben. Quellenangabe Alle Abbildungen stammen von mir, falls nicht anders angegeben. Die Abbildungen 8 und 9 wurden mit der Digitalkamera bei unserem Versuch aufgenommen Die Texte stammen von mir mit Unterstützung aus dem Internet ( 10