Lektion 05

Licht und Farben

Spektrum, Dispersion am Prisma, Himmelsblau und Abendrot, additive und subtraktive Farbmischung

PhysikPrüfungsrelevantca. 45 Min.Adaptiver Trainer

In 30 Sekunden

Sonnenlicht sieht weiss aus. Wir schicken es durch einen Glaskeil, ein Prisma.

Nach dieser Lektion

Du erklärst, dass weisses Licht aus allen Farben von Rot bis Violett besteht.
Du erklärst mit der Dispersion, wie ein Prisma weisses Licht in ein Spektrum zerlegt.
Du erklärst mit der Streuung, warum der Himmel blau und die Abendsonne rot ist.
Du unterscheidest additive und subtraktive Farbmischung und sagst Mischfarben voraus.

An der Prüfung: Spektralfarben, Dispersion, Himmelsfarben und Farbmischung stehen im Lehrplan; hier geht es vor allem ums Erklären. Physik ist an der FMS kein Fach der Abschlussprüfung: Die Note kommt aus den Prüfungen in der Klasse.

Schritt 2

Entdecken

Verschieb die Regler und löse die Aufträge. Achte darauf, was sich im Bild ändert; die Formel zeigt dir, warum.

Links die drei Lämpchen eines Bildpunkts, rechts die Farbe, die das Auge von weitem sieht.

Nur ein Lämpchen leuchtet: Du siehst seine Farbe, bei «halb» dunkler.

Rotes Lämpchen

Grünes Lämpchen

Blaues Lämpchen

Nur ein Lämpchen leuchtet: Du siehst seine Farbe, bei «halb» dunkler.

Links die drei Lämpchen eines Bildpunkts, rechts die Farbe, die das Auge von weitem sieht.

Aufträge

0 von 3 geschafft

Mische Gelb aus farbigem Licht.
(offen)
Mische Weiss.
(offen)
Mische Orange.
(offen)

Entdecke:

Jeder Bildpunkt eines Bildschirms hat drei winzige Lämpchen: Rot, Grün und Blau. Von weitem sieht das Auge nur ihre Mischung. Je mehr Lämpchen leuchten, desto heller wird die Farbe: Licht mischt sich zu Weiss.

Schritt 3

Verstehen

Das Wichtigste auf einen Blick.

1Spektrum

Weisses Licht ist eine Mischung aus allen Farben.
Ein Prisma (Glaskeil) fächert es auf: Das Farbband heisst Spektrum.
Die Farben gehen stufenlos ineinander über: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Violett.

Ein schmales Bündel weisses Licht trifft in einem dunklen Raum auf ein Prisma.

MerkeWeiss ist keine eigene Farbe, sondern alle Farben zusammen.

Sonnenlicht scheint durch ein Prisma auf die Wand.
Auf der Wand erscheint ein Farbband: oben Rot, unten Violett.
Dazwischen Orange, Gelb, Grün und Blau, ohne scharfe Grenzen.

Auf dem Schirm: das Spektrum, von Rot bis Violett.

MerkeDie Farben waren schon im Sonnenlicht, das Prisma trennt sie nur.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Dispersion am Prisma», Schritt 4

2Dispersion am Prisma

Farbe		Brechung im Glas
	→	$am schw a ¨ chsten$
	→	$mittel$
	→	$am st a ¨ rksten$

Glas hat für jede Farbe eine etwas andere Brechzahl: für Violett die grösste, für Rot die kleinste.
Darum knickt jede Farbe verschieden stark. Das heisst Dispersion.
Im Prisma passiert das zweimal, beim Eintritt und beim Austritt: Die Farben laufen auseinander.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Weisses Licht trifft auf das Prisma (Fächer breiter gezeichnet als in Wirklichkeit).

Gestrichelt die anderen Farben: Jede landet an einer anderen Stelle.

MerkeViolett wird am stärksten gebrochen, Rot am schwächsten.

Farbe in Flintglas		Licht unter 50°
$Rot, n = 1, 61$	→	$28, 4^{\circ} zum Lot$
$Gr u ¨ n, n = 1, 63$	→	$28, 0^{\circ} zum Lot$
$Violett, n = 1, 65$	→	$27, 7^{\circ} zum Lot$

Flintglas, eine Glassorte für Prismen: Rot $n = 1, 61$ , Violett $n = 1, 65$ .
Licht unter $5 0^{\circ}$ : Im Glas liegt Violett mit $27, 7^{\circ}$ näher am Lot als Rot mit $28, 4^{\circ}$ .
Der Unterschied ist klein, nach zwei Flächen und einigen Metern bis zur Wand wird er gut sichtbar.

Violett mit $27, 7^{\circ}$ am nächsten beim Lot, Rot mit $28, 4^{\circ}$ am weitesten.

MerkeViolett wird am stärksten gebrochen, Rot am schwächsten.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Dispersion am Prisma», Schritt 4

3Himmelsblau und Abendrot

Sonne		Weg durch die Luft
	→	$kurz: Himmel blau, Sonne weiss-gelb$
	→	$lang: Blau weggestreut, Sonne rot$

Die Teilchen der Luft lenken Licht in alle Richtungen ab. Das heisst Streuung.
Blau wird viel stärker gestreut als Rot.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Sonnenlicht geht durch die Lufthülle der Erde (nicht massstäblich).

Dieses Blau kommt von überall ins Auge: Der Himmel ist blau.

Die Sonne und der Himmel am Horizont leuchten rot: Abendrot.

MerkeHimmelsblau: gestreutes Blau. Abendrot: Das Blau ist auf dem langen Weg weggestreut.

Sonne		Weg durch die Luft
	→	$kurz: Himmel blau, Sonne weiss-gelb$
	→	$lang: Blau weggestreut, Sonne rot$

Auf dem Mond gibt es keine Luft: Nichts streut, der Himmel ist schwarz, auch am Tag.
Steht die Sonne am Horizont, ist ihr Weg durch die Luft fast $40$ -mal so lang, wie wenn sie genau über dir stünde.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Am Horizont ist der Weg durch die Luft fast $40$ -mal so lang.

Dieses Blau kommt von überall ins Auge: Der Himmel ist blau.

Die Sonne und der Himmel am Horizont leuchten rot: Abendrot.

MerkeHimmelsblau: gestreutes Blau. Abendrot: Das Blau ist auf dem langen Weg weggestreut.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Himmelsblau und Abendrot», Schritt 4

4Additive und subtraktive Farbmischung

Mischung		Grundfarben
	→	$Rot, Gr u ¨ n, Blau; alle: Weiss$
	→	$Cyan, Magenta, Gelb; alle: Schwarz$

Additiv: Lichter zählen sich zusammen, es wird heller. Rot und Grün geben Gelb.
Subtraktiv: Jede Farbe verschluckt einen Teil des Lichts, es wird dunkler.
Cyan ist ein helles Blaugrün, Magenta ein Pinkviolett.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Rotes Licht auf einer dunklen Wand.

Blau dazu: Cyan, Magenta, und wo alle drei leuchten, Weiss.

Gelb verschluckt Blau: Wo alle drei liegen, bleibt kein Licht, Schwarz.

Querverbindung Bildnerisches Gestalten: Beim Malen mit Pinsel und Wasserfarbe mischst du subtraktiv, darum wird ein Gemisch dunkler, je mehr Farben du nimmst.

MerkeLicht mischen: heller, bis Weiss. Farbe mischen: dunkler, bis Schwarz.

Mischung		Grundfarben
	→	$Rot, Gr u ¨ n, Blau; alle: Weiss$
	→	$Cyan, Magenta, Gelb; alle: Schwarz$

Gelb auf dem Bildschirm: Rot und Grün leuchten, Blau ist aus.
Cyan und Gelb übereinander gedruckt: Grün, denn Cyan verschluckt Rot und Gelb verschluckt Blau.
Weiss im Druck: Dort bleibt das Papier einfach frei.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Wo keine Farbe liegt, bleibt das Papier weiss.

Blau dazu: Cyan, Magenta, und wo alle drei leuchten, Weiss.

Gelb verschluckt Blau: Wo alle drei liegen, bleibt kein Licht, Schwarz.

Querverbindung Bildnerisches Gestalten: Beim Malen mit Pinsel und Wasserfarbe mischst du subtraktiv, darum wird ein Gemisch dunkler, je mehr Farben du nimmst.

MerkeLicht mischen: heller, bis Weiss. Farbe mischen: dunkler, bis Schwarz.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Additive und subtraktive Farbmischung», Schritt 4

Im Alltag

Wo dir das ausserhalb der Schule begegnet.

Regenbogen

Die Sonne steht tief in deinem Rücken, ihr Licht kommt flach. Vor dir fallen Regentropfen.

Mit der Sonne im Rücken und Regen vor dir: Jeder Tropfen bricht das Licht, spiegelt es an seiner Rückseite und zerlegt es in Farben. Rot kommt unter $4 2^{\circ}$ zurück, Violett unter $4 0^{\circ}$ , darum ist Rot aussen.

Bildschirm

Ein Handy zeigt eine gelbe Fläche.

Unter der Lupe besteht jeder Bildpunkt aus drei winzigen Lämpchen in Rot, Grün und Blau. Leuchten nur Rot und Grün, sieht das Auge von weitem Gelb.

Drucker

Ein Punkt Cyan auf weissem Papier: Er verschluckt das Rot.

Ein Farbdrucker druckt mit Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz. Cyan und Gelb übereinander verschlucken Rot und Blau, übrig bleibt Grün.

Gelbe Sonnenbrille

Weisses Licht, hier als Rot, Grün und Blau gezeichnet, trifft auf ein gelbes Glas.

Ein gelbes Glas verschluckt das blaue Licht und lässt Rot und Grün durch. Dahinter wirkt alles gelblich, ein blaues Schild sieht dunkel aus.

Schritt 4

Musterbeispiele

Zu jeder Karte aus «Verstehen» ein Beispiel. Deck Schritt für Schritt auf und überlege dir jeden Schritt zuerst selbst.

Musterbeispiel

Ein schmales Bündel Sonnenlicht fällt schräg auf ein Glasprisma. Auf einem Schirm dahinter erscheint ein Farbband. Welche Farbe wird am stärksten abgelenkt, welche am schwächsten? Warum entstehen überhaupt Farben?

Sonnenlicht trifft auf das Prisma (Fächer breiter gezeichnet als in Wirklichkeit).

Tippe oder wische auf der Grafik für den nächsten Schritt.

1
Farben im weissen Licht
Überlege zuerst selbst: Wie würdest du diesen Schritt machen?
2
Brechzahl je Farbe
…
3
Zweimal gebrochen
…

Typische Fehler

✗
Additive und subtraktive Mischung verwechseln: Rot und Grün geben als Licht Gelb, als Malfarbe einen dunklen Braunton.
✗
Meinen, das Prisma färbe das Licht: Die Farben sind schon im weissen Licht, das Prisma trennt sie nur.
✗
Beim Abendrot sagen, Rot werde stärker gestreut: Umgekehrt, Blau wird weggestreut, Rot bleibt übrig.

Prüfungstipp

Entscheide bei Farbfragen zuerst: Mischt sich Licht (additiv, es wird heller) oder Farbe auf Papier (subtraktiv, es wird dunkler)?

Schritt 5

Üben

Unendlich viele Aufgaben. Nach drei richtigen in Folge wird es schwerer, bei Fehlern wieder leichter. Hinweise bekommst du schrittweise, nicht sofort die ganze Lösung.

Schritt 6

Prüfungsniveau

Aufgaben mit mehreren Teilaufgaben und Punkten, aufgebaut wie eine Klassenprüfung. Du siehst sie mit einem kostenlosen Konto.

Hilfsmittel: Taschenrechner und Formelsammlung.

2 Aufgaben auf Prüfungsniveau

Prisma im Schulzimmer
Licht und Farbe auf der Bühne

Mit einem Gratis-Konto siehst du die Aufgaben. Lösungswege gibt es im Abo.

Gratis-Konto erstellen

Schritt 7

Selbstcheck: Wie sicher bist du?

Sei ehrlich zu dir. Nur so zeigen wir dir, was du als Nächstes üben solltest.

Du erklärst, dass weisses Licht aus allen Farben von Rot bis Violett besteht.
Du erklärst mit der Dispersion, wie ein Prisma weisses Licht in ein Spektrum zerlegt.
Du erklärst mit der Streuung, warum der Himmel blau und die Abendsonne rot ist.
Du unterscheidest additive und subtraktive Farbmischung und sagst Mischfarben voraus.

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Schritt 8

Hängst du irgendwo fest?

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