Physikdidaktiklabor



Offener Experimentierraum mit durchgehender Präsentation von Experimenten, Farb-Licht-Installationen und neuen Lehrmitteln an beiden Konferenztagen.

Leitung: Prof. Dr. J. Grebe-Ellis

Mitwirkende:

  • Prof. Dr. Jan-Peter Meyn, Universität Erlangen
  • Sascha Grusche & Prof. Dr. Florian Theilmann, PH Weingarten
  • Matthias Rang, Forschungsinstitut am Goetheanum, Dornach, CH
  • Sebastian Hümbert, BUW
  • Prof. Dr. Johannes Grebe-Ellis, BUW
  • Markus Reisinger, Hochschule Luzern, CH

Prof. Dr. Jan-Peter Meyn, Universität Erlangen

Gibt es die Primärfarben?

In der Physik sind  Rot, Grün und Blau die Primärfarben der additiven Farbmischung und Cyan, Magenta und Gelb die Primärfarben der subtraktiven Mischung. Im allgemeinen Sprachgebrauch und in der Kunstpädagogik kennt man die Grundfarben Rot, Gelb und Blau, mit denen man die anderen Farben ermischen kann. Die Primärfarben der Druckindustrie sind zwar genormt, aber nicht mit Naturgesetzen begründet. Daher sind abweichende Farbtöne als Grundfarben möglich und berechtigt. Der künstlerische Farbkreis ist ein Versuch, verschiedenartige Beziehungen zwischen den Farben darzustellen: Gegenüberliegende Farben sollen in der Mischung grau ergeben, additiv komplementär sein und sich gegenseitig als Nachbild ergeben. Diese Bedingungen sind nicht gleichzeitig zu erfüllen, so dass der Farbkreis immer ein Kompromiss bleiben muss.

Jan-Peter Meyn


Sascha Grusche & Prof. Dr. Florian Theilmann, PH Weingarten

Wie komponiert man farbiges Licht, dessen Spektrum ein Bild enthält?

Der Hobbygeologe, -Mathematiker und -Astronom Rob Fatland stellt auf seiner Homepage (www.robfatland.net) eine fesselnde Frage:  Wenn das Farbspektrum eines Sterns lauter dunkle Linien zeigt, könnte man im Farbspektrum eines Lichtpunkts auch ein Bild komprimieren? Könnte ein Leuchtturm einen sorgsam gefilterten Lichtstrahl aussenden, der Seefahrern beim Blick durchs Prisma ein Bild des Leuchtturms zeigen würde? Leider tut Fatland diese Idee als poetische Metapher ab und lässt die Frage unbeantwortet stehen. In diesem Workshop möchten wir seine Idee jedoch ernst nehmen und einen experimentellen Aufbau entwickeln, der tatsächlich ein Bild in farbigem Licht codiert. Hierzu führen wir uns vor Augen, wie ein Spektrum überhaupt entsteht: Ein Spalt wird je nach Farbe des Lichts an unterschiedlicher Stelle abgebildet. Ein Spektrum ist also nichts weiter als eine Überlagerung von farbigen Spaltbildern. Mit dieser Erkenntnis können wir nun beliebige Spektren erzeugen, indem wir verschiedene Farbstreifen mehrerer Regenbogenspektren auf einen Spalt projizieren. Hierzu verwenden wir einen Beamer und ein Prisma. Bei diesen Farbspielen erleben die Workshopteilnehmenden – von Künstler/innen und Lichttechniker/innen bis hin zu Physiker/innen -, wie eng Farbe und Geometrie des Lichts zusammenhängen. Am Ende wird es den Workshopteilnehmenden wirklich gelingen, Bilder in einem Spektrum zu kodieren. Mehr noch: Eine Spaghetti lässt sich derart farbig illuminieren, dass beim Blick durchs Prisma Videos zu sehen sind. In dieser neuartigen Lichtinstallation werden die Workshopteilnehmenden bisher ungeahnte und einmalige Bildeigenschaften sehen, die mit der Farbigkeit des Lichts einhergehen.

 Grusche


Matthias Rang, Forschungsinstitut am Goetheanum

Komplementäroptische Phänomene – Variationen zu einem Thema

In Farbgestaltung und Farbmetrik denkt man bei komplementären Phänomenen zuerst an komplementäre Farben, wie die Grundfarben der additiven Farbmischung einerseits und der subtraktiven Farbmischung andererseits. Die Komplementarität der verwendeten Grundfarben bedeutet aber nicht, dass auch die Farbmischprozesse selbst als komplementär angesehen werden können (da die additive Mischung wirklich einer Addition von Lichtfarben, die subtraktive Mischung aber eigentlich keiner Subtraktion, sondern einer „Multiplikation“ entspricht). In diesem Beitrag werden Experimente aufgebaut, die eine (echte) subtraktive Farbmischung mit Lichtfarben als komplementären Prozess der additiven Farbmischung ermöglichen. Die Realisierung der beiden Mischprozesse als zueinander komplementäre Abbildungen, ermöglicht sie in einem Aufbau simultan nebeneinander zu zeigen, in dem sie sich gegenseitig hervorrufen. Dies wird einerseits für komplementäre Spektren, andererseits für ein ganz einfaches Schattenexperiment vorgeführt, in dem die subtraktive Farbmischung als (unvermeidlicher) Schatten der additiven entsteht. Hier bedingen sich additive und subtraktive Mischung, wie „Licht und Schatten“.

Matthias Rang


Prof. Dr. Johannes Grebe-Ellis, Bergische Universität Wuppertal

Studie zum Haidinger-Büschel, Lichtinstallation

Die Studie zum Haidinger-Büschel besteht aus der räumlichen Anordnung zweier polarisationsoptisch wirksamer Elemente: einer rotierenden Scheibe und einer spiegelnden Wasseroberfläche. Diese kommen in ein überraschendes Zusammenspiel, sobald der Betrachter das Spiegelbild der rotierenden Scheibe entdeckt. Dieses dreht sich nicht nur gegensinnig, sondern es weist eine kreuzartig angeordnete, intensive komplementäre Färbung auf. Im Gegensatz zu der mechanischen Drehung der Scheibe bleibt die Orientierung des zweifarbigen Kreuzes erhalten: vertikal Gelb, horizontal Blauviolett.

Das farbige Spiegelbild der rotierenden Scheibe erinnert an das nach seinem Entdecker Wilhelm Karl Haidinger (1795-1871) benannte Haidinger-Büschel. Dabei handelt es sich um eine Art Nachbild, mit dem das menschliche Auge auf den Anblick des blauen Himmels oder den mäßig flachen Durchblick durch spiegelnde und zugleich durchsichtige Flächen antwortet. Die Orientierung des Büschels hängt dabei vom Sonnenstand bzw. vom Standpunkt und Blickwinkel des Betrachters relativ zu der durchblickten Grenzfläche ab.

Der rebellische Schatten, Lichtinstallation

Zwei Lichtmühlen erzeugen von einem schwebenden Tischtennisball bewegliche Schattenbilder. Diese verformen sich auf charakteristische Weise, obwohl der Ball seine Form beibehält. Die genauere Beobachtung zeigt, dass der Schatten zwischen der Form des Balles und derjenigen der Leuchte schwankt: Ball und Leuchte bringen sich im Schattenbild gegenseitig zur Erscheinung.

Lichtinstallation
Lichtinstallation


Der Verteilung der Rezeptoren im Auge auf der Spur

Markus Reisinger, Hochschule Luzern, Schweiz

Farbe wird wahrgenommen, wenn Photorezeptoren im Auge Licht absorbieren und entsprechende Nervenimpulse senden. Das Gehirn generiert auf deren Basis den eigentlichen Farbeindruck. Nachdem die Anordnung verschiedener Rezeptoren auf der Netzhaut unregelmäßig ist, ergeben sich Unterschiede, je nachdem, ob Photorezeptoren im zentralen oder peripheren Bereich der Netzhaut angesprochen werden. In der experimentellen Anordnung werden mit Hilfe von LED Lichtquellen verschiedene spektrale Lichtkomponenten zu quasi gleichen Farben zusammengemischt. Jedoch bedingt die unterschiedliche Zusammensetzung des Lichts Muster, die den Betrachterinnen und Betrachtern die spezifische Verteilung von Rezeptoren auf der Netzhaut veranschaulichen.