Hinweise zu dieser Einheit
Die Unterrichtsreihe Optik ist ausgerichtet auf den Mittelstufenunterricht.
Die gesamte Einheit (Teil I bis IV) besteht aus den folgenden auf insgesamt 41 Stunden angelegten Dateien:
Teil IV (Best. Nr. 3308)
OPTIK 7 Optische Geräte (4 Stunden) OPTIK 8 Farbenlehre (6 Stunden)
Teil I (Best. 3305)
OPTIK 1 Einführung (1 Stunde)
OPTIK 2 Ausbreitung des Lichts (6 Stunden)
Teil II (Best. Nr. 3306)
OPTIK 3 Reflexion (6 Stunden) OPTIK 4 Brechung (6 Stunden)
Teil III (Best. Nr. 3307) OPTIK 5 Linsen (9 Stunden) OPTIK 6 Auge (3 Stunden)
Die einzelnen Stunden einer Unterrichtseinheit werden in ihrem möglichen Ablauf kurz beschrieben. Die Materialien (Anleitungen bzw. Vorschläge für Experimente, Tafelbilder, Folien, Aufgaben) sind aber so zusammengestellt, dass eine völlige Umgestaltung der Stunden - sowohl ihre inhaltliche Gestaltung als auch den zeitlichen Aufwand betreffend - möglich ist.
Durch Übungsaufgaben werden entweder Themen aufgearbeitet oder aber neue Themen vorbereitet.
In Ergänzung ist ein Vorschlag für eine schriftliche Übung zum ’Thema Farbenlehre’ von etwa 20 Minuten Dauer mit Lösungen beigefügt.
Sämtliche Abbildungen auf den Versuchsanleitungen sind der PHYWE-Ausgabe Physik in Schülerversuchen (Heidemann/Kelle, Physik in Schülerversuchen, 7. - 10. Schuljahr, Ausgabe A/B, PHYWE (Göttingen) 1978) entnommen. Arbeitet man mit einem anderen Experimentiergerät, so sind die Graphiken leicht ersetzbar durch entsprechende. Die Arbeitsanweisungen können übernommen werden, da sie unabhängig vom Gerätehersteller sind.
Korrektur-, Verbesserungs- oder Ergänzungsvorschläge können Sie gerne über den Verlag an mich richten!
Bei der Arbeit mit den Unterrichtseinheiten zur Optik wünsche ich Ihnen und Ihren Schülern viel Spaß!
Gesamtdatei 048_OptikIV.ges Alle Einzeldateien in Folge - Gesamtdatei Optik IV
Die Einzeldateien 001_Vorwort.did Didaktische Hinweise zu Optik IV
002_Schueler.txt Inhaltsverzeichnis für Schüler 003_Litera.txt Literaturverzeichnis zur Optik 004_Test.arb Test zur Farbenlehre - Arbeitsblatt 005_Test.loe Test zur Farbenlehre - Lösungsblatt
1. Optische Geräte 006_Optik7.did Didaktische Hinweise zu Optik 7
007_OpGeraet.his Einführung in die optischen Geräte - Stunde 1
1.1 Overheadprojektor 008_Overhead.arb Wie funktioniert ein Overheadprojektor - Aufgabe 009_Overhead.loe Wie funktioniert ein Overheadprojektor - Lösung
010_Overhead.his Historische Daten zum Overheadprojektor
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Optik IV: Optische Geräte und Farbenlehre(Best. Nr. 3308)
1.2 Diaprojektor 011_Diaproje.arb Wie arbeitet ein Diaprojektor - Aufgabe - Stunde 2 012_Diaproje.loe Wie funktioniert ein Diaprojektor - Lösung 013_Projektor.arb Aufgabe Diaprojektor mit Lösung
1.3 Mikroskop und Fernrohr 014_Mikrosko.arb Wie arbeitet ein Mikroskop - Arbeitsblatt - Stunde 3 015_Mikrosko.loe Wie funktioniert ein Mikroskop - Lösungsblatt 016_Fernrohr.arb Wie funktioniert ein Fernrohr - Arbeitsblatt 017_Mikrosko.his Historische Daten um Mikroskop
018_Fernrohr.loe Wie funktioniert ein Mikroskop - Lösungsblatt 019_Fernrohr.his Historisch Wissenswertes zum Fernrohr
1.4 Spiegelreflexkamera 020_Reflexka.arb Wie arbeitet eine Spiegelreflexkamera - Stunde 4 021_Reflexka.loe Wie arbeitet eine Spiegelreflexkamera - Lösung 022_Kamera.his Historische Daten zur Entwicklung der Kamera
2. Farbenlehre 023_Optik8.did Didaktische Hinweise zu Optik 8
2.1 Dispersion 024_Dispersi.txt Die Dispersion - Stunde 1
025_Dispersi.exp Versuch zur Dispersion 026_Dispers2.txt Die Dispersion - Stunde 2 027_Newton.fol Die Newtonschen Versuche
028_Newton.his Wer waren Isaac Newton und Johann Wolfgang Goethe 029_Newton.txt Wissenswertes und Kurioses zu Isaac Newton
030_Licht.his Historische Daten zur Erforschung des Lichts
2.2 Additive Farbmischung 031_AddFarb.exp Versuch Komplementärfarben - Stunde 3
032_Kompleme.fol Folie zu den Komplementärfarben 033_Sonnspek.exp Experiment Sonnenspektrum 034_AddFarb2.txt Additive Farbmischung - Stunde 4 035_Himmel.arb Aufgabe Blauer Himmel - mit Lösung
036_Abendrot.arb Aufgabe Morgen- und Abendrot - mit Lösung 037_Sonnspek.arb Aufgabe Sonnenspektrum - mit Lösung 038_SonnPlat.arb Aufgabe Abgeplattete Sonne - mit Lösung
2.3 Subtraktive Farbmischung 039_SubFarb.fol Subtraktive Farbmischung - Stunde 5
040_Poncho.arb Aufgabe Poncho im Licht - mit Lösung
2.4 Regenbogen und andere Anwendungen 041_Benham.exp Experiment Benham-Kreisel - Stunde 6
042_Regenbog.fol Folie zum Thema Regenbogen 043_Regenbog.txt Wissenswertes zum Regenbogen 044_Grossete.his Wer war Robert Grosseteste 045_Farben.txt Wissenswertes zur Farbenerzeugung 046_Regenbog.his Historische Daten zum Regenbogen 047_Lexikon.txt Kleines Lexikon zu Licht und Farbe
Die Abkürzungen der Kurz-Dateinamen am Beginn jedes Dateinamens bedeuten
*.arb = Arbeitsblatt/Versuch
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*.fol = Folie auf Projektor
*.did = Didaktische Hinweise
*.ges = Gesamtdatei
*.his = Historisches
*.loe = Lösungsblatt
*.txt = Information/Textblatt
*.dot = Dokumentvorlage; diese Datei beinhaltet die Formatvorlage für die vorliegende Einheit. Durch Änderung derselben können Sie das gesamte Erscheinungsbild einer Einheit Ihren Bedürfnissen anpassen.
Die Ikonen in den Dateien haben folgende Bedeutung:
„Arbeitsblatt“
„Folie“
„Didaktische Hinweise“
„Textdatei“
„Experiment“
„Historisches“
„Lösung“
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Optik
7 - Optische Geräte
1. Stunde:
Overheadprojektor
2. Stunde:
Diaprojektor
3. Stunde:
Mikroskop und Fernrohr
4. Stunde:
Spiegelreflexkamera
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Optische Geräte
1. Stunde: Overheadprojektor
Ob alle vorgestellten optischen Geräte behandelt werden sollen, muss von der Lerngruppe wie dem zur Verfügung stehenden Zeitrahmen abhängig gemacht werden.
Einführend kann eine Folie mit einigen historischen Anmerkungen gezeigt werden.
Die erste Stunde ist dem Overheadprojektor gewidmet, da er im Rahmen des Physikunterrichts häufig eingesetzt wird.
Die Schüler sollten auf Grund des bisherigen Unterrichtsverlaufs alle Fragen selbständig beantworten können.
Auch der Strahlenverlauf sowie die Begründung für das Vorhandensein des Hohlspiegels, die mündlich angesprochen werden sollte, werden durchweg von den Schülern selbst geleistet.
Schwierig erscheint allenfalls die Angabe der Gegenstands-, insbesondere aber der Bildweite, zumal Letztere nicht einfach geradlinig, sondern gekrümmt zu messen ist.
Die Überlegungen zur Aufgabe, was muss man bei Annäherung des Overheadprojektors an die Wand beachten muss, sollten auch in anderer Richtung durchgeführt und experimentell durch einfaches Verstellen und Verschieben des Overheadprojektors geprüft werden.
Die Antworten zu den Aufgaben – hier nur stichwortartig festgehalten – sollten die Schüler auf jeden Fall schriftlich fixieren, um auch den Gebrauch der Fachsprache zu üben.
Der Strahlenverlauf kann wiederum gut auf einer Overlay-Folie (von Schülern!) gezeichnet werden.
Overlay-Folien bewirken, dass die eigentlichen Folien länger verwendet werden können und nicht durch dauerndes Abwischen irgendwelcher Einträge in Mitleidenschaft gezogen werden!
Historische Anmerkungen zum Overheadprojektor schließt die Stunde ab.
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OPTIK 7
4 Stunden
Optische Geräte
2. Stunde: Diaprojektor
Der Umgang mit dem Arbeitsblatt zum Diaprojektor ist – wie auch bei den folgenden Arbeitsblättern – grundsätzlich übereinstimmend mit dem Vorgehen beim Overheadprojektor.
Natürlich empfiehlt es sich, einen Diaprojektor bereit zu halten, den die Schülern öffnen und auf seine mit der Abbildung prinzipiell identische Bauweise hin untersuchen können.
Die Stunde ist bestens geeignet, das Verhalten von Konvexlinsen zu wiederholen.
Bei der Bearbeitung des Arbeitsblattes muss man den Schülern eventuell den Beginn des Strahlenverlaufs vorgeben - etwa vom Brennpunkt FK durch die Lampe hindurch bis zur Kondensorlinse.
Auch wird verständlich, weshalb man Dias umgekehrt in die Halterung stecken muss.
Zwei Aufgaben zum Diaprojektor runden das Thema ab.
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Optische Geräte
3. Stunde: Mikroskop und Fernrohr
Mikroskop und Fernrohr können parallel bzw. gruppenteilig bearbeitet werden.
Die Arbeitsgruppen können ihre Ergebnisse dann der jeweils anderen Gruppe präsentieren.
Sowohl zum Mikroskop als auch zum Fernrohr gibt es historische Anmerkungen.
Das Mikroskop ist Gebrauchsgegenstand insbesondere der Biologie, die vielleicht ein Modell zur Verfügung stellen kann.
Historische Hinweise gibt es in der Rubrik ‚Was geschah im Jahr’..
Das Fernrohr ist eher für die Hobby-Astronomen unter den Schülern von Interesse, enthält aber in der Unterscheidung zwischen terrestrischem und astronomischem Fernrohr nochmals einen interessanten Aspekt der Physik, nämlich den der Bildumkehr.
Auch zum Fernrohr gibt es historische Anmerkungen.
Bei der Gelegenheit lässt sich über die Größe der Fernrohre sprechen und das Prismenfernglas (in Folienvorlage beigefügt) diskutieren, das eine erheblich verkürzte Bauweise erlaubt, indem durch die Prismen der Lichtweg durch zweimalige Umkehrung verlängert wird.
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OPTIK 7
4 Stunden
Optische Geräte
4. Stunde: Spiegelreflexkamera
In der Regel ist eine Spiegelreflexkamera für die meisten Schüler von besonderem Interesse, da sie selbst gerne fotografieren.
So ist eine solche Stunde von intensiver Mitarbeit geprägt, wobei auch manche Schüler ihre eigene Kamera mitbringen (in der Stunde vorher ansagen!).
Eine solche Kamera, in die kein Film eingelegt ist, kann man öffnen und genauer untersuchen.
Die unterschiedliche Blendenöffnung bei den verschiedenen Blendenwerten sowie die unterschiedlich langen Belichtungszeiten können durch Auflegen eines Fotoapparates auf den Overheadprojektor gut demonstriert werden.
Über den Zusammenhang zwischen Blendenöffnung und Belichtungszeit können sich die ‚Experten‘
unter den Schülern äußern.
Es liegt nahe, auf Automatik-Kameras einzugehen mit ihren eingeschränkten Möglichkeiten (sie haben eine festgelegte Tiefenschärfe).
Die Bedeutung der DIN- oder ASA-Zahl des eingelegten Films für die Aufnahmedauer kann ebenfalls angesprochen werden.
Historische Hinweise finden sich auf einer Folie.
Möglicherweise besteht Bedarf, über Mehrfach-Photographien zu informieren. Die beiden Graphiken in der Datei kann man herausschneiden und für eine Folie vergrößern.
Interessant ist vielleicht auch die Werbung für eine Kodak-Kamera vor mehr als 100 Jahren in einer amerikanischen Zeitung. Die Werbung ist deutschsprachig! Man beachte die Form der Kamera und den netten Text: „Man drücke den Knopf, wir besorgen das Uebrige.“ (Oder Ihr könnt das selbst thun.)
Das Thema ‚Photographie‘ ist schier unerschöpflich und kann vielleicht sogar Anlass geben, eine Arbeitsgemeinschaft ins Leben zu rufen.
Einige ‚Spezialisten‘ sind immer sehr hilfreich, da die Schule viele Anlässe bietet, die photographisch festzuhalten lohnenswert ist (z.B. Klassenfahrten, Exkursionen, Feierlichkeiten usw.).
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Optik
7 - Optische Geräte
1. Stunde:
Overheadprojektor
2. Stunde:
Diaprojektor
3. Stunde:
Mikroskop und Fernrohr
4. Stunde:
Spiegelreflexkamera
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OPTIK 7
4 Stunden
Optische Geräte
1. Stunde: Overheadprojektor
Ob alle vorgestellten optischen Geräte behandelt werden sollen, muss von der Lerngruppe wie dem zur Verfügung stehenden Zeitrahmen abhängig gemacht werden.
Einführend kann eine Folie mit einigen historischen Anmerkungen gezeigt werden.
Die erste Stunde ist dem Overheadprojektor gewidmet, da er im Rahmen des Physikunterrichts häufig eingesetzt wird.
Die Schüler sollten auf Grund des bisherigen Unterrichtsverlaufs alle Fragen selbständig beantworten können.
Auch der Strahlenverlauf sowie die Begründung für das Vorhandensein des Hohlspiegels, die mündlich angesprochen werden sollte, werden durchweg von den Schülern selbst geleistet.
Schwierig erscheint allenfalls die Angabe der Gegenstands-, insbesondere aber der Bildweite, zumal Letztere nicht einfach geradlinig, sondern gekrümmt zu messen ist.
Die Überlegungen zur Aufgabe, was muss man bei Annäherung des Overheadprojektors an die Wand beachten muss, sollten auch in anderer Richtung durchgeführt und experimentell durch einfaches Verstellen und Verschieben des Overheadprojektors geprüft werden.
Die Antworten zu den Aufgaben – hier nur stichwortartig festgehalten – sollten die Schüler auf jeden Fall schriftlich fixieren, um auch den Gebrauch der Fachsprache zu üben.
Der Strahlenverlauf kann wiederum gut auf einer Overlay-Folie (von Schülern!) gezeichnet werden.
Overlay-Folien bewirken, dass die eigentlichen Folien länger verwendet werden können und nicht durch dauerndes Abwischen irgendwelcher Einträge in Mitleidenschaft gezogen werden!
Historische Anmerkungen zum Overheadprojektor schließt die Stunde ab.
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Optische Geräte
2. Stunde: Diaprojektor
Der Umgang mit dem Arbeitsblatt zum Diaprojektor ist – wie auch bei den folgenden Arbeitsblättern – grundsätzlich übereinstimmend mit dem Vorgehen beim Overheadprojektor.
Natürlich empfiehlt es sich, einen Diaprojektor bereit zu halten, den die Schülern öffnen und auf seine mit der Abbildung prinzipiell identische Bauweise hin untersuchen können.
Die Stunde ist bestens geeignet, das Verhalten von Konvexlinsen zu wiederholen.
Bei der Bearbeitung des Arbeitsblattes muss man den Schülern eventuell den Beginn des Strahlenverlaufs vorgeben - etwa vom Brennpunkt FK durch die Lampe hindurch bis zur Kondensorlinse.
Auch wird verständlich, weshalb man Dias umgekehrt in die Halterung stecken muss.
Zwei Aufgaben zum Diaprojektor runden das Thema ab.
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OPTIK 7
4 Stunden
Optische Geräte
3. Stunde: Mikroskop und Fernrohr
Mikroskop und Fernrohr können parallel bzw. gruppenteilig bearbeitet werden.
Die Arbeitsgruppen können ihre Ergebnisse dann der jeweils anderen Gruppe präsentieren.
Sowohl zum Mikroskop als auch zum Fernrohr gibt es historische Anmerkungen.
Das Mikroskop ist Gebrauchsgegenstand insbesondere der Biologie, die vielleicht ein Modell zur Verfügung stellen kann.
Historische Hinweise gibt es in der Rubrik ‚Was geschah im Jahr’..
Das Fernrohr ist eher für die Hobby-Astronomen unter den Schülern von Interesse, enthält aber in der Unterscheidung zwischen terrestrischem und astronomischem Fernrohr nochmals einen interessanten Aspekt der Physik, nämlich den der Bildumkehr.
Auch zum Fernrohr gibt es historische Anmerkungen.
Bei der Gelegenheit lässt sich über die Größe der Fernrohre sprechen und das Prismenfernglas (in Folienvorlage beigefügt) diskutieren, das eine erheblich verkürzte Bauweise erlaubt, indem durch die Prismen der Lichtweg durch zweimalige Umkehrung verlängert wird.
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Optische Geräte
4. Stunde: Spiegelreflexkamera
In der Regel ist eine Spiegelreflexkamera für die meisten Schüler von besonderem Interesse, da sie selbst gerne fotografieren.
So ist eine solche Stunde von intensiver Mitarbeit geprägt, wobei auch manche Schüler ihre eigene Kamera mitbringen (in der Stunde vorher ansagen!).
Eine solche Kamera, in die kein Film eingelegt ist, kann man öffnen und genauer untersuchen.
Die unterschiedliche Blendenöffnung bei den verschiedenen Blendenwerten sowie die unterschiedlich langen Belichtungszeiten können durch Auflegen eines Fotoapparates auf den Overheadprojektor gut demonstriert werden.
Über den Zusammenhang zwischen Blendenöffnung und Belichtungszeit können sich die ‚Experten‘
unter den Schülern äußern.
Es liegt nahe, auf Automatik-Kameras einzugehen mit ihren eingeschränkten Möglichkeiten (sie haben eine festgelegte Tiefenschärfe).
Die Bedeutung der DIN- oder ASA-Zahl des eingelegten Films für die Aufnahmedauer kann ebenfalls angesprochen werden.
Historische Hinweise finden sich auf einer Folie.
Möglicherweise besteht Bedarf, über Mehrfach-Photographien zu informieren. Die beiden Graphiken in der Datei kann man herausschneiden und für eine Folie vergrößern.
Interessant ist vielleicht auch die Werbung für eine Kodak-Kamera vor mehr als 100 Jahren in einer amerikanischen Zeitung. Die Werbung ist deutschsprachig! Man beachte die Form der Kamera und den netten Text: „Man drücke den Knopf, wir besorgen das Uebrige.“ (Oder Ihr könnt das selbst thun.)
Das Thema ‚Photographie‘ ist schier unerschöpflich und kann vielleicht sogar Anlass geben, eine Arbeitsgemeinschaft ins Leben zu rufen.
Einige ‚Spezialisten‘ sind immer sehr hilfreich, da die Schule viele Anlässe bietet, die photographisch festzuhalten lohnenswert ist (z.B. Klassenfahrten, Exkursionen, Feierlichkeiten usw.).
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Optik
8 - Farbenlehre
1. / 2. Stunde:
Dispersion
3. / 4. Stunde:
Additive Farbmischung
5. Stunde:
Subtraktive Farbmischung
6. Stunde:
Regenbogen und andere Anwendungen
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Farbenlehre
1. Stunde: Dispersion (1) Schülerexperiment zur Dispersion
Im Schülerexperiment soll die Dispersion betrachtet werden.
Motivierend einleiten kann (allerdings schwierig für die Schüler zu erklären) eine Spektralfolie oder auch die Spektralfarbenzerlegung an einer CD, die man ins Licht hält!
Die Durchführung des Experiments verlangt den Schülern einige Sorgfalt ab.
So ist zunächst in einem Vorversuch ein weißes scharfes Spaltbilds herzustellen. Dies sollte bei allen Gruppen kontrolliert werden.
Erst dann wird der Versuch wie in der Skizze auf dem Arbeitsblatt ergänzt.
Zwei unterschiedliche Winkel (45° und 60°) werden vorgegeben, um die Erscheinung der Dispersion richtig zu verstehen: es ist eine wellenlängenabhängige (für die Schüler: farbabhängige) Brechung, d.h.
mit anderer Wellenlänge (Farbe) tritt auch eine andere Brechung auf.
Der früher gefundene Brechungsindex behält seine Gültigkeit; allerdings muss genauer für jede Wellenlänge (Farbe) ein etwas anderer Brechungsindex angegeben werden.
Das Einbringen der Farbscheibe zielt bereits auf die Farbmischung hin (Aufgabe 4 in der Versuchsanleitung).
Die Zylinderlinse bewirkt die Umkehrung der Aufspaltung in die Spektralfarben: es entsteht wieder weißes Licht. (Aufgabe 5 in der Versuchsanleitung).
Den Strahlenverlauf bei Dispersion durch ein Prisma sollten alle Schüler festhalten. Eine Folie ist beigefügt.
In dieser Stunde werden nicht allein kognitive, sondern auch affektive Lernziele erreicht.
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OPTIK 8
6 Stunden
Farbenlehre
2. Stunde: Dispersion (2)
Auswertung des Schülerexperiments zur Dispersion
Zwei Folien wiederholen das Versuchsergebnis.
Die erste Folie – bereits zum Ende der vorangegangenen Stund gezeigt - zeigt das kontinuierliche Spektrum, während die zweite Folie lediglich die sechs Farben rot, orange, gelb, grün, blau und violett zeigt und somit geeignet erscheint, in die Mitschriften der Schüler übertragen zu werden. Die Folie Spektrum zeigt das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts mit den zugehörigen Wellenlängen, falls man die Schüler damit bekannt machen möchte.
Zur Erklärung der Dispersion werden die Bemühungen von Newton und Goethe herangezogen.
Zu Newton gibt es einen historischen Text (Ausschnitte aus einem Brief an die Royal Society) sowie einige historische und biographische Anmerkungen.
Dazu kann mit den Schülern überlegt werden, wie die Newtonschen Versuche aussehen. Zwei davon haben sie selbst im Experiment durchgeführt.
Allein der zweite Newtonsche Versuch, bei dem eine herausgefilterte Spektralfarbe erneut durch ein Prisma gebrochen wird, ohne dabei weiter in Farben aufzuspalten, wurde nicht ausgeführt. Man kann dies aber durchaus im Schülerexperiment ergänzen.
Historische Anmerkungen zu den Prismen und Spektralfarben runden die Stunde ab.
Als Heimversuch kann den Schülern die Aufgabe gestellt werden, das Sonnenspektrum zu beobachten.
Dabei sollte man darauf hinweisen, dass man nie direkt in das Sonnenlicht schauen sollte!
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Farbenlehre
3. Stunde: Additive Farbmischung (1) Schülerexperiment zu den Komplementärfarben
Was passiert, wenn man einzelne Farben aus dem Farbenspektrum herausfiltert?
Diese Frage soll im Schülerexperiment geklärt werden.
Es kommt dabei wieder auf große Sorgfalt beim Experimentieren an.
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OPTIK 8
6 Stunden
Farbenlehre
4. Stunde: Additive Farbmischung (2) Komplementärfarben
Die Auswertung des Schülerexperiments zu den Spektralfarben erlaubt einige interessante Anmerkungen.
Neben den Hinweisen zum Farbfernsehen, die jeder Schüler leicht an einem Fernsehgerät überprüfen kann, werden Überlegungen zur Himmelsphysik möglich:
• Warum ist der Himmel blau? (Die Frage könnte auch lauten: Wieso ist die Erde ein ‚blauer‘ Planet?)
• Wie entstehen Morgen- und Abendrot? (In der Anmerkung wird ein Freihandversuch beschrieben!)
• Was bedeuten schwarze Linien im Sonnenspektrum?
• Wieso erscheint die Sonne bisweilen abgeplattet?
Ob die Vermittlung des Farbkreises gewünscht ist, mag der Entscheidung jedes einzelnen überlassen bleiben.
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Farbenlehre
5. Stunde: Subtraktive Farbmischung
Subtraktive Farbmischung entsteht durch Herausfiltern bestimmter Farben aus dem (weißen) Licht.
Angewendet wird die Überlegung auf die Farbe eines Pullovers. Nicht ohne Grund gehen bisweilen Leute mit der Kleidung, die sie kaufen möchten, aus dem Geschäft heraus ans Tageslicht, weil die Körper im Kunstlicht andersfarbig erscheinen.
Eine Folie stellt additive und subtraktive Farbmischung gegenüber.
Die Farben cyan und magenta entsprechen im Newtonschen Farbkreis den Bezeichnungen blaugrün und purpur(rot).
Am Monitor des Computers areitet man mit RGB-Farben - also additiver Farbmischung -, am Drucker mit CMYK-Farben - also subtraktiver Farbmischung -. Dabei stehen CMY für cyan, magenat und yellow;
das K steht für schwarz (englisch black), das in der Regel bei Druckern als zusätzliche Farbe hinzugefügt wird, obwohl man es aus den drei Grundfarben cyan, gelb und magenta mischen könnte. Dieser Schwarzton wäre aber nicht sauber und zudem kostspielieg aus den Grundfarben gemischt.
Abschließend wird der Benham-Kreisel vorgestellt.
Zum Benham-Kreisel gibt es eine Kopiervorlage sowie eine Versuchsbeschreibung, so dass jeder Schüler einen solchen Kreisel in sehr einfacher Form für sich selbst herstellen kann.
Mit weiteren schwarz-weißen Mustern können die Schüler nach Vorgabe des Benham-Kreisels leicht weitere Farbkreisel eigener Art entwickeln.
Anregungen zu einem fächerübergreifenden Unterricht mit dem Aspekt Farben findet sich in der Zeitschrift Naturwissenschaften im Unterricht, Heft 46 (4/98), S.38-40 unter dem Titel
„Naturwissenschaften spielerisch erleben. Physik, Chemie und Biologie - eine fächerübergreifende Arbeitsgemeinschaft“ von Klemens Kerbler, Ludwig Murtinger, Christine Rötzer und Erna Swoboda.
Ein lesenswerter Artikel von Andreas Brockes zum Thema Farbe findet sich in der Zeitschrift Physik in unserer Zeit, Heft 6/80 (1980), S.169-178: Was ist Farbe - kann man sie messen?
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OPTIK 8
6 Stunden
Farbenlehre
6. Stunde: Regenbogen und andere Anwendungen
Als auffälliges Naturphänomen kann der Regenbogen bei der Behandlung der Farbenlehre nicht unbeachtet bleiben.
Dass die Beschreibung und Erklärung des Regenbogens bereits vor gut 700 Jahren erstmals versucht wurde und noch immer keine befriedigende mathematische Erfassung gelungen ist, belegt die Datei Historisches.
Eine - freilich falsche - Darstellung vom Regenbogen gibt der Text von Robert Grossetetse (ca. 1175 – 1253), der nicht nur englischer Naturphilosoph, sondern zugleich Bischof von Lincoln war.
Einen sehr lesenswerten ‚Vorschlag zur Gestaltung einer interdisziplinären Unterrichtseinheit‘ unter dem Titel ‚Der Regenbogen‘ hat Michael Vollmer in der Zeitschrift Praxis der Naturwissenschaften – Physik 7/46 (1997), S.36-38 gegeben. Er verbindet dort den Physikunterricht (denkbar in allen Jahrgängen) mit dem Unterricht in den Fächer Religion/Philosophie, Geschichte, Deutsch und Kunst und möchte jeweils zwei bis vier Unterrichtsstunden je Fach haben. Im Anschluss daran werden von den Schülern Referate bzw. Projektarbeiten erstellt, die schließlich vorzustellen sind.
Eine sehr wissenschaftsorientierte Behandlung des Regenbogens gibt Hellmut Haberland in der Zeitschrift Physik in unserer Zeit 3/1977, S.82-88 in dem Aufsatz: Regenbögen.
Ähnlich wissenschaftsorientiert ist der Beitrag von Robert Tammer und Michael Vollmer in der Zeitschrift PdN, Heft 3/46 (1997), S.15-23: „Regenbögen in Wasser und edleren Tropfen“.
Wir wollen uns mit einer einzigen Stunde im Physikunterricht der Mittelstufe und dem dort möglichen und angemessenen Niveau begnügen.
Zu klären sind die Fragen:
• Wie entsteht der Hauptregenbogen?
• Wie entsteht der Nebenregenbogen?
Folien geben über beides Auskunft.
Eine weitere Folie informiert über den Ort, an dem man den Regenbogen sieht. Dabei wird auch deutlich, weshalb der Nebenregenbogen unter dem Hauptregenbogen in umgekehrter Farbfolge sieht.
Im übrigen sieht man sogar nachts einen (schwachen) Regenbogen, wenn das Sonnenlicht vom Mond reflektiert wird. Dabei muss man natürlich in die dem Mond entgegen gesetzte Himmelsrichtung schauen.
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W a s g e s c h a h i m J a h r . . . 1 1 . J h . A ra b ie n v er g rö ß er n d e W ir k u n g v o n K u g el (a b sc h n it 1 3 . J h . It a lie n B rille 1 6 .J h . H o lla n d M ik ro sk o p , F er n ro h r 1 6 0 9 G a lile i I F er n ro h r 1 5 7 1 -1 6 3 0 K ep le r D L in se n sy st e m e 1 6 2 1 S n elliu s N L B re ch u n g sg es et z 1 7 0 4 N ew to n G B A b b ild u n g sg es et z 1 8 1 5 u m 1 8 3 7
F ra u n h o fe r D a g u er re
D F
a ch ro m a tis ch e L in se ( fa rb fe h le rf re i) D a g u er re o ty p ie ( er st e F o to g ra fie ) 1 8 4 0 -1 9 0 5 1 8 8 0
A b b é E a st m a n
D U S A
M ik ro sk o p ( n a ch B er ec h n u n g ) E n tw ic k lu n g d er F o to g ra fie f ü r j e d er m a n n
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Versuch Name:
Overheadprojektor
Datum:Trage zunächst in die Skizze die fehlenden Bezeichnungen ein!
Konstruiere dann, ausgehend von der Lampe, zwei Randstrahlen!
1) Erläutere, was der Hohlspiegel bewirkt.
2) Erkläre den Unterschied zwischen der Fresnel-Linse (Abb.2) und einer Sammellinse (Abb.1).
3) Beobachte, was das Objektiv bewirkt.
4) Beschreibe, was der Umlenkspiegel bewirkt.
5) Erläutere, wie das Bild auf der Wand sein soll, verglichen mit der Folie.
6) Bestimme, wie groß demnach die Bildweite sein muss. (Abstand: Wand – Objektiv) 7) Finde heraus, wie groß deshalb die Gegenstandsweite ist. (Abstand Folie – Objektiv) 8) Erläutere, was man bei der Scharfeinstellung des Bildes verändert.
9) Notiere, was man ändern muss, wenn man den Overheadprojektor näher an die Wand rückt.
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HAU
Trage zunächst in die Skizze die fehlenden Bezeichnungen ein!
Konstruiere dann, ausgehend von der Lampe, zwei Randstrahlen!
1) Hohlspiegel zwecks Bündelung des Lichts
2) Fresnel-Linse: Stufenlinse, dünn gepresster Kunststoff, leicht, flach 3) Objektiv zur Abbildung der Folie
4) Umlenkspiegel zur Richtungsänderung 5) Bild vergrößert, reell, aufrecht
6) Bildweite (Wand - Objektiv) b > 2 f (cf. Tabelle zu den Linsen)
7) Gegenstandsweite (Folie - Objektiv) 2 f > g > f
8) Scharfeinstellung durch Änderung der Gegenstandsweite g, also Folie - Objektiv
9) Heranrücken des OHP an die Wand bedeutet Verringern der Bildweite b; dies aber bedeutet bei fester Brennweite f des Objektivs notwendigerweise gemäß der Linsengleichung Vergrößern der Gegenstandsweite g
Folie
Fresnel-Linse
Hohlspiegel Lampe
Wärmeschutzglas g
b
Umlenkspiegel Objektiv
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Was geschah im Jahr . . .
~ 1640
Der schwedische Jesuit Athanasius Kircher erfindet in Rom den Overheadprojektor.
~ 1870
Der Hamburger Krüss konstruiert das Episkop.
1871
In das belagerte Paris fliegen Brieftauben mit Nachrichten ein.
Die kleinen Depeschen werden mit Overheadprojektoren so vergrößert, dass man sie lesen kann.
1788 – 1827
Fresnel ist als Straßenbauingenieur Inspektor der Straßenpflasterung von Paris.
Mit Physik beschäftigt er sich nur nebenbei.
Ende 19. Jh.
Der Overheadprojektor bleibt bis zu diesem Zeitpunkt eigentlich nur eine Kuriosität.
Geister werden bei Bühnenstücken in Durchsichtprojektion auf eine Leinwand projiziert.
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HAU
Trage zunächst in die Skizze die fehlenden Bezeichnungen ein!
Konstruiere dann, ausgehend von FK, den Strahlengang!
1) Erkläre, was die Kondensorlinse bewirkt.
2 Beschreibe, was das Objektiv bewirkt.
3) Überlege, wie das Bild auf der Leinwand sein soll, verglichen mit dem Dia.
4) Bestimme, wie groß demnach die Bildweite sein muss.
(Abstand: Leinwand – Objektiv)
5) Ermittle, wie groß deshalb die Gegenstandsweite ist.
(Abstand Dia – Objektiv)
6) Erläutere, warum man das Dia umgekehrt in die Halterung stecken muss.
7) Zeige, was man bei der Scharfeinstellung des Bildes verändert.
8) Beschreibe, was man ändern muss, wenn man die Leinwand weiter weg rückt.
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Lösung Name:
Diaprojektor
Datum:Trage zunächst in die Skizze die fehlenden Bezeichnungen ein!
Konstruiere dann, ausgehend von FK, den Strahlengang!
1) Kondensorlinse bewirkt paralleles Licht, zugleich Lichtbündelung 2) Objektiv bewirkt die Abbildung des Dias
3) Bild soll vergrößert, aufrecht, reell sein 4) Bildweite (Leinwand - Objektiv) b > 2 f
(cf. Tabelle zu den Linsen)
5) Gegenstandsweite (Dia - Objektiv) 2 f > g > f
6) Dia umgekehrt in Halterung, da ein umgekehrtes Bild entsteht
7) Scharfeinstellung durch Änderung der Gegenstandsweite g, also Dia - Objektiv
8) Wegrücken der Leinwand bedeutet Vergrößerung der Bildweite b; dies aber bedeutet bei fester Brennweite f des Objektivs notwendigerweise gemäß der Linsengleichung Verringerung der Gegenstandsweite g
Wärmeschutzglas
Kondensorlinse
Lampe Dia Objektiv
FO MO
MO
B
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Trage zunächst in die Skizze einige Bezeichnungen ein!
Skizziere dann den Strahlengang!
2) Beschreibe, was das Sucherprisma bewirkt.
3) Untersuche, warum sich anstelle des Sucherprismas nicht ein einfacher Umlenkspiegel befindet.
4) Erläutere, wozu der Verschluss dient.
5) Erläutere, wozu die Blende dient.
6) Erkläre, was die Blendeneinstellung bewirkt.
7) Beschreibe, was die Entfernungseinstellung bewirkt.
8) Überlege, was verändert wird, wenn man eine andere Entfernung einstellt.
9) Untersuche, weshalb ein Belichtungsmesser benötigt wird.
10) Notiere den Vorteil einer solchen Spiegelreflexkamera gegenüber einer herkömmlichen Kamera.
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Lösung Name:
Spiegelreflexkamera
Datum:Trage zunächst in die Skizze einige Bezeichnungen ein!
Skizziere dann den Strahlengang!
1) Der Schwenkspiegel lenkt Lichtstrahlen in gewünschte Richtung (entweder Umlenkprisma und Belichtungsmesser oder Film).
2) Das Sucherprisma lenkt Lichtstrahlen zum Okular.
3) Ein Umlenkspiegel würde Bild nicht aufrichten wie Umlenkprisma.
4) Verschluss vermeidet dauernde Belichtung des Films.
5) Die Blende (Lochblende) regelt die Intensität des auf den Film fallenden Lichts.
6) Die Blendeneinstellung ist von Helligkeit abhängig
(Blende 16: Blende geschlossen, da hell; Blende 2: Blende geöffnet, da dunkel).
7) Die Entfernungseinstellung verändert die Position des Objektivs.
8) Die Entfernungseinstellung, d.h. Veränderung der Bildweite Objektiv-Film, bewirkt Veränderung der Gegenstandsweite gemäß Linsengleichung.
9) Der Belichtungsmesser ermittelt notwendige Belichtungszeit.
10) Vorteil ist die Tatsache, dass man durch das Okular dasselbe Bild sieht, das später auf dem Foto zu sehen ist, während es bei einer herkömmlichen Kamera zu Verschiebungen des Bildausschnitts insbesondere im Nahbereich kommt.
Entfernungsei nstellung
Blenden- einstellung Blende
Umlenkprisma / Sucherprisma
Okular
Verschluss
Film
Belichtungsmesser Umlenkspiegel
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S p ie g e lr e fl e x k a m
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Was geschah im Jahr . . .
4.Jh.v.Chr.
Aristoteles kennt die bleichende Wirkung des Lichts.
~ 1000
Ibn al Haitham erfindet die camera obscura.
~ 1500
Leonardo da Vinci beschreibt die camera obscura.
1551
Girolamo Cardano benutzt eine Linse an der camera obscura.
1604
Kepler benutzt die camera obscura für astronomische Beobachtungen.
1611
Scheiner beobachtet mit einer camera obscura die Sonnenflecken.
1827
Mit einer Belichtungszeit von mehreren Stunden erzeugt der Franzose Joseph Nicéphore Niépce das erste bis heute erhaltene Positivbild: ein Bild aus seinem Fenster auf die Dächer der Nachbarhäuser.
1838/9
Dem französischen Maler Daguerre gelingt mit 20 Minuten Belichtungszeit die erste ‚Photographie’, ein Silberbild auf Metallplatte.
1880
24 Bilder finden sich auf einer Filmrolle.
1884
Der französische Phototechniker Louis Jean Lumiere (1864 – 1948) entwickelt eine hoch empfindliche Photoemulsion.
1888
Eine Kamera der Firma Kodak für 100 Bilder kostet 25 $.
1892
Eine Tageslicht-Rollfilmspule ist für 12 Bilder geeignet.
1894
Die Lumieres (Vater Louis 1864 – 1948 und Sohn Auguste 1862 – 1954) entwickeln ein Verfahren zur Belichtung und Wiedergabe bewegter Bilder.
1895
Ein ‚Kinematograph’, der Bilder aufnimmt, wiedergibt und kopiert, wird von den Lumieres als Patent angemeldet.
1900
Die Brown(ie)-Kamera kostet 1 $ und wird 100.000 mal verkauft.
1935
Der Kodachrome-Farbfilm besteht aus drei Schichten.
1938/9
Eine Sofortbild-Kamera wird von Agfa und Roth bei Gevaert produziert.
1947
Der Amerikaner Edwin Herbert Land (1909 – 1991) entwickelt die Polaroidkamera.
1960
48 % aller Haushalte in Deutschland haben eine Kamera.
1963
Das Sofortbildverfahren wird auf die Farbphotographie ausgedehnt.
1970
Es werden farbige Sofortbilder ohne Negativ entwickelt.
1980
77 % aller Haushalte in Deutschland haben eine Kamera.
~ 2000
Erste Digitalkameras gelangen auf den Markt.
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Sir Isaac Newton 1643 - 1727
Fundort unbekannt
Isaac Newton wurde am 04.01.1643 (nach dem alten., in England noch bis 1752 gültigen julianischen Kalender am 25.12.1642) in Woolsthorpe (Lincolnshire) geboren.
Als Sohn eines Gutsbesitzers (dieser verstarb noch vor Newtons Geburt) studierte Newton seit 1661 in London am Trinity-College.
1664 wurde er Scholar, 1667 Minor Fellow, 1668 Major Fellow und schließlich 1669 Master of Arts.
1669 übernahm er die Professur seines Lehrers Barrow auf dem naturwissenschaftlich orientierten Lucas-Lehrstuhl (heute hat diesen Stephen Hawking inne).
Mitglied der Royal Society wurde Newton 1672.
1686 wurde er Aufseher der Königlichen Münze, 1699 deren Direktor. 1705 wurde Newton auf Grund seiner Verdienste um die Münze geadelt und (bis zu seinem Tod) zum Präsidenten der Royal Society gewählt.
Newton gilt als Begründer der klassischen theoretischen Physik.
1666 hatte er das Gravitationsgesetz aufgestellt, das er auf das Universum übertrug.
1656 bis 1666 arbeitete er an der Optik mittels Prismen. Die Ergebnisse (Spektralfarbenzerlegung des Sonnenlichts sowie Interferenzerscheinungen, die weißes Licht bewirken;
Farbenmischung; Betonung des Teilchencharakters von Licht) veröffentlichte er 1672 in einem Brief an die Royal Society.
1687 folgte die Veröffentlichung des Hauptwerks ‚Philosophiae naturalis principia mathematica’ mit den drei Newtonschen Axiomen: Trägheitssatz, F = m · a, actio = reactio.
1704 erschienen die ‚Opticks’ als Zusammenfassung seiner Experimente zur Optik.
Newton hatte ein Doppelleben geführt, in dessen unbekannterer Hälfte er sich viel mit der Alchemie befasste. Hat er sich dabei womöglich vergiftet? Oder war es sein unstetes Doppelleben, sein Pendeln zwischen den berühmten Größen der Naturwissenschaft und seine höchst privaten, ganz anderen Interessen, was ihn in zeitweilige Depressionen trieb?
Newton war ein okkulter und esoterischer Neurotiker mit einem heftigen Zurückschrecken vor der realen Welt, einer lähmenden Angst, seine Ansichten und Entdeckungen in aller Öffentlichkeit der Kritik eben dieser Welt auszusetzen.
Während seiner ersten Lebenshälfte in Cambridge führte er ein einsames, in sich versponnenes Leben; 1692 befiel den fünfzigjährigen Newton schließlich eine Krisis, während der er von Schlaf- und Appetitlosigkeit, von Verdauungsstörungen, Gedächtnislücken und von Verfolgungsjagd geplagt wurde.
1. Begründung (1863): Tod von Newtons Mutter (diese starb aber bereits 13 Jahre früher)
2. Begründung: physische und psychische Belastung durch die Herausgabe der „Principia Mathematica“ (diese erfolgte aber bereits
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1687, als fünf Jahre vor Ausbruch der Krankheit)
3. Begründung: Brand mit Verlust des chemischen Laboratoriums (ereignete sich aber Jahre vor der Krankheit)
4. Begründung: erfolgloses Bemühen um bestimmte Positionen, z.B. Leitung des King’s College in Cambridge, die aber nur einem Eton-Schüler offen stand
5. Begründung: Vergiftung, hervorgerufen durch die bei chemischen und optischen Experimenten eingesetzten Metalle, insbesondere Blei, Quecksilber, Arsen und Antimon
Newton führte von 1678 bis 1696, also 18 Jahre lang, mehrere hundert chemische Experimente durch. Damals wurden zu untersuchende Substanzen mit möglichst vielen Sinnesorganen geprüft. Newton testete bei mindestens 108 Gelegenheiten Stoffe mit der Zunge; oftmals wurden Substanzen in großen offenen Gefäßen direkt auf dem Feuer erhitzt, so dass Newton über lange Zeit hinweg zum Teil äußerst giftigen Dämpfen beachtlicher Konzentration ausgesetzt gewesen sein dürfte. Haarproben Newtons (man schnitt den Toten üblicherweise einige Locken ab) zeigen beträchtliche Konzentrationen von Blei, Arsen und Quecksilber.
Nach dem Wechsel nach London beendete Newton zwar diese Experimente, zeigte aber eine Vorliebe für eine „rote Umgebung“;
seine Londoner Wohn- und Arbeitsräume ließ er mit einer dunkelroten Farbe tünchen, die im wesentlichen aus giftigem Zinnober (Quecksilbersulfid) bestand.
Gegen eine Quecksilbervergiftung spricht das Fehlen sonstiger Symptome wie Ausfallen der Zähne, Zahnfleischbluten und Magenkoliken; auch hatte Newton bis ins hohe Alter hinein vollen Haarwuchs. Lähmungen und Hirnerkrankungen ähnlich Newtons treten dagegen als Folge von Blei-Vergiftung auf.
Newton musste seine alchemistischen Untersuchungen, die ebensoviel Zeit in Anspruch nahmen wie seine mathematischen und physikalischen Untersuchungen geheim halten, um einen Skandal und den Verlust seiner Stellung zu verhindern. Nur wenige Freunde wie John Locke wussten davon.
Möglicherweise führte diese Belastung zu Depressionen, die Schlaf- und Appetitlosigkeit, vorübergehenden Gedächtnisschwäche und Anwandlungen von Verfolgungswahn bewirkten.
Newton starb (als Jungfrau, wie Voltaire spöttisch bemerkte) am 31.03.1727 (nach julianischem Kalender am 20.03.1726; im julianischen Kalender begann das Jahr erst am 25. März!!) in London.
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Johann Wolfgang von Goethe 1749 - 1832
Abb. aus
Brockhaus-Enzyklopädie, s.v. Goethe
Johann Wolfgang Goethe wurde am 28.08.1749 in Frankfurt am Main geboren.
Sein Vater war Kaiserlicher Rat, seine Mutter Schultheißtochter.
Unterrichtet wurde er überwiegend durch seinen Vater und Hauslehrer.
Das Jurastudium 1765 bis 1770 beendete er 1771 mit dem Examen. Anschließend war er Anwalt in Frankfurt am Main, schließlich Angestellter am Reichskammergericht in Wetzlar.
1776 trat er als Geheimer Legionsrat in den weimarischen Staatsdienst ein.
1782 wurde Goethe geadelt.
Eine erste Italienreise unternahm er 1786 bis 1788 mit geologischen Studien am Vesuv.
Nach der Entbindung von fast allen amtlichen Verpflichtungen unternahm er 1780 eine zweite Italienreise, u. a. nach Venedig.
1791 übernahm er die Leitung des Weimarer Hoftheaters.
Die Zusammenarbeit mit Schiller setzte 1794 ein.
1808 traf er Napoleon, 1813 erlebte er den Einmarsch preußischer und französischer Truppen in Weimar.
1815 wurde Goethe zum Staatsminister ernannt, 1825 zum Ehrendoktor der Universität Jena.
Goethe verwandte mehr Zeit seines Lebens auf naturwissenschaftliche Studien als auf die Dichtung.
So hielt Goethe nicht den ‚Faust’, der seine naturwissenschaftlichen Kenntnisse widerspiegelt, sondern seine (falsche) ‚Farbenlehre’ für sein bedeutendstes Werk.
Er beschäftigte sich mit Physik (besonders der Farbenlehre), Biologie (besonders der Botanik und vergleichender Anatomie), Mineralogie, Geologie, Meteorologie und Naturphilosophie.
Goethes Farbenlehre von 1810 war eine unmathematische Morphologie (diesen Begriff prägte Goethe 1796), also eine reine Phänomenologie der Farben, während Newtons Farbenlehre reine Optik war, also eine mathematische Physik. Eine solche Denkweise lehnte Goethe ab.
Goethe starb am 22.03.1832 in Weimar.
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Man stelle sich vor . . .
. . . Newton ‚erfand’ die sieben Spektralfarben und den Begriff Spektrum!
Newton ‚erfand’ den Begriff Spektrum, um die Regenbogenfarben zu beschreiben.
Dabei sprach er offenbar von den sieben Regenbogenfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett, um eine Analogie zu den sieben Tonschritten der Oktave in der Musik zu erhalten.
Aber was ist eigentlich Indigo?
. . . wie Newton mit der Bibel umging!
Newton war von der Auslegung der Bibel besessen, und wie immer ging er auch hier mit ungeheurer Energie und Gründlichkeit zu Werke. Er brachte sich selbst Hebräisch bei, um die Bibel im Original zu lesen.
Newton behauptete, man
könnedie Geschichte der sechs Schöpfungstage wörtlich nehmen. Er wies darauf hin, dass die Erde erst am dritten Tag begonnen habe, sich zu drehen, und daher könnten die ersten beiden Tage beliebig lang sein. Und so habe Gott reichlich Zeit gehabt, all das zu tun, wovon die Bibel berichtet.
. . . wie verwirrt Newton bisweilen war!
Newton erschien im Speisesaal des Trinity College häufig mit offenen Schnürsenkeln, rutschenden Hosen und ungekämmten Haaren.
Einmal lief er etliche Kilometer zu Fuß mit den Zügeln seines Pferdes in der Hand, das sich los gerissen hatte und allein nach Hause zurückgekehrt war.
. . . wie viele Farben der Mensch unterscheiden kann!
Die Farbempfindung basiert auf Farbton, Sättigung und Helligkeit einer Farbe. Der Mensch kann etwa 200 verschiedene Farbtöne unterschieden, je Farbton sechs bis zwanzig Sättigungsgrade und je Farbton und Sättigungsgrad etwa 500 Helligkeitsstufen.
Damit erhält man 200 · 20 · 500, also zwei Millionen Abstufungen beim Farbsehen im Gegensatz zu den 500 Abstufungen beim Schwarz-Weiß-Sehen.
. . . wie wertvoll früher ein Prisma war!
Das Prisma (gr. ‘Zersägtes’) war früher ein Wertgegenstand, vor allem im Orient, dessen Besitz in China dem Kaiser vorbehalten war!
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1655
In einer posthum erschienenen Schrift berichtet Mario Francesco Grimaldi aus Bologna, Physiker, Mathematiker und Astronom (1618 – 1663) von Erkenntnissen aus diesem Jahr, dass weißes Licht in die Spektralfarben zerlegt werden kann und diese sich durch eine Linse wieder zu weißem Licht zusammensetzen lassen.
Grimaldi stellt eine Wellentheorie des Lichts auf.
1666
Newton ersteht ein Prisma, um die Farben genauer zu untersuchen.
1672
Newton zerlegt mit einem Prisma weißes Licht in die Spektralfarben.
1810
Goethe vertritt seine Farbenlehre, wonach weißes Licht ‚viel reiner sein muss als farbiges Licht’.
1859
Bunsen (1811 – 1899) begründet gemeinsam mit seinem Freund Kirchhoff (1824 – 1887) die Spektralanalyse.
Sie analysieren mit einem Prisma Linienspektren, die Salze in Flammen erzeugen.
1860
Bunsen und Kirchhoff entdecken mittels der Spektralanalyse Caesium im Dürkheimer Mineralwasser.
1861
Bunsen und Kirchhoff entdecken – wiederum durch Spektralanalyse – Rubidium.
Sowohl das Caesium als auch das Rubidium werden von den beiden erstmals so benannt.
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Versuch Name:
Komplementärfarben
Datum:Materialien: optische Bank 2 Linsen + 50
optische Scheibe trapezförmiger Glaskörper Experimentierleuchte Zylinderlinse
Spalt, bis 1 mm verstellbar Schirm
Magnethalter Farbscheibe
Blendenhalter Tonnenfuß
Versuchsaufbau:
Versuchsdurchführung:
1. Der Versuch ist wie oben abgebildet aufzubauen. Der Spalt wird dabei vom konvergenten Strahlenbündel des Kondensors beleuchtet und das Objektiv so eingestellt, dass durch die 60°-Spitze des Glaskörpers hindurch ein möglichst scharfes Spektrum auf den Schirm projiziert wird!
2. Der Schirm ist in möglichst großem Abstand aufzubauen, um durch ein breites Spektrum das Ausblenden einzelner Farben zu erleichtern!
3. Bringe die Zylinderlinse im Magnethalter so (auf dem Tisch) in den Strahlengang, dass das Spektrum auf dem Schirm wieder zu einem schmalen weißen Spaltbild vereinigt wird.
4. Schneide je nach Breite der Spektralfarben schmale Streifen aus steifem Papier aus, um damit nacheinander Spektralfarben vor ihrem Eintritt in die Zylinderlinse auszublenden! Die Papierstreifen können frei mit der Hand gehalten werden!
5. Notiere die Komplementärfarben, die beim Ausblenden der Spektralfarben entstehen!
Spektralfarbe Rot Orange Gelb Grün Blau Violett
Komplementärfarbe
Versuchsauswertung:
s. Physikheft
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K o m p le m e n tä rf a rb e n B le nd e t m a n a us d e m S pe kt ru m d e s w e iß e n L ic h ts e in e S pe kt ra lf a rb e a so bi ld e n d ie r e st li ch e n S pe kt ra lf a rb e n e in e M is ch fa rbe . a us ge b le nd e te S pe k tr a lf a rb e rot or a ng e ge lb gr ün b la u vi ol e tt M is ch fa rb e d e s R e st e s gr ün b la u vi ol e tt rot or a ng e ge lb U ns e r A ug e k a nn i m a ll ge m e in e n ni ch t fe st st e ll e n, ob e in F a rbe in d ru ck d ur ch s pe kt ra lr e in e s L ic h t od e r d ur ch a d d it iv e F a rbm is ch un g e nt st a nd e n is t.
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dunkelblau
blau-violett
rot-violett purpur
rot
rot-orange
blau orange
blau-grün gelb
grün
gelb-grün
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A d d it iv e F a rb m is c h u n g S u b tr a k ti v e F a rb m is c h u n g G r u n d fa r b e n : r o t , g r ü n , b la u M is c h fa r b e n : c y a n , m a g e n ta , g g g e e e l l l b b b
G r u n d fa r b e n : c y a n , m a g e n ta , g g g e ee l ll b bb M is c h fa r b e n : r o t , g r ü n , b la u
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Versuchsziel: Es wird gezeigt, wie ein schwarz-weißer Kreisel Farbe gewinnt.
Versuchsaufbau/-zubehör:
Versuchsdurchführung: Lässt man den Benham-Kreisel mit etwa 5 Umdrehungen pro Sekunde rotieren, so erscheinen plötzlich Farben an Stelle der Streifen.
Rotiert der Kreisel im Uhrzeigersinn, so entstehen die Farben violett, blau, grün und braun.
Bei entgegen gesetzter Rotationsrichtung kehrt sich auch die Farbfolge um.
Versuchserklärung: Der Farbeindruck entsteht durch die relative Lage der schwarzen Streifen zueinander und zum schwarzen Halbkreis. Es kommt also auf die Abfolge der sich ändernden Lichtreize im Auge an.
Versuchsergebnis: Mit dem Bernham-Kreisel wird aus einer Folg schwarz-weißer Streifen eine Folge farbiger Streifen.
Anmerkung: Der Versuch kann von jedem Schüler in der Stunde aufgebaut werden.
Dazu sollte er eine Schere und eine Heftzwecke sowie Karton und Klebstoff mitbringen.
Man schneidet die Farbscheibe aus und klebt sie auf den Karton, den man dann ebenfalls kreisförmig zuschneidet. Die Heftzwecke steckt man durch die Mitte der Scheibe etwa auf ein altes Stück Holz (vorher vom Lehrer vorzubereiten, z.B. als Brett für mehrere Kreisel gleichzeitig), und schon können die Kreisel rotieren.
Der Benham-Kreisel wurde Ende des 19. Jahrhunderts von dem Engländer Charles Benham entwickelt.
