Alchemistenküchen: Farben als Teilgebiet der Optik - Alchemists laboratory: colours (optics)

Experimente rund um die Optik: wie entstehen Farben, was ist „Farbe“?

Colorado, unser Thema der Woche, heisst, wie wir schon wissen, „der Farbige“. So wenden wir uns diese Woche einem Teilgebiet der Physik, der Optik zu. Die Optik beschäftigt sich mit der Ausbreitung des Lichtes, der Reflexion und der Brechung, der Bildentstehung an Spiegeln und Linsen, optischen Geräten, der Entstehung von Farben und den Gesetzen der Farbmischung sowie der Frage, was Licht eigentlich ist. Die Optik beschäftigt sich auch mit dem menschlichen Auge einschliesslich Sehfehler und deren Korrektur.

Schon in der Antike fragten sich die Menschen, ob Licht und Farbe untrennbar sind. So teilten sie alle Farben in einer Skala von hell bis dunkel ein. Gelb war gleich nach Weiss die hellste Farbe und Blau war die dunkelste Farbe vor Schwarz. Die Farben galten nicht als Eigenständig, sondern nur als Folge der Helligkeit. Dieses Modell galt sehr lange Zeit. Es hat sogar die Farbnamen beeinflusst, so hat Lateinisch z.B. keinen wirklichen Namen für Gelb, sondern nur einen für hell. Erst mit Isaac Newton (1642-1727) änderte sich diese Sichtweise. Er machte Versuche mit Prismen, die zeigten, dass Licht und Farbe eigenständig sind. Newton fand heraus, dass Licht aus „farbigen Strahlen“ zusammengesetzt wird und dass jede Farbe ihren eigenen Brechungswinkel hat. Später wurden die Theorien Newtons verfeinert und weitergeführt. Der deutsche Physiker Hermann von Helmholtz (1821-1894) unterschied die additiven und die subtraktiven Mischfarben. Es wurde auch herausgefunden, dass uns Körper in bestimmten Farben erscheinen, z.B. das Gras ist grün, weil die Grashalme nur das grüne Licht reflektieren und alle anderen Farben absorbieren.

Erstes Experiment: Spektralfarben

Weisses Licht (Licht so wie wir es üblicherweise sehen) lässt sich in Spektralfarben aufspalten. Vereinigt man es wieder, ist das Licht wieder weiss.

Vorgehen: Wir spalten mit einem Prisma einen Lichtstrahl auf. Wir versuchen auch eine Sammellinse zu finden um die Lichtstrahlen wieder zu bündeln.

Was passiert? _____________________________________________

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Erklärung:

Weisses Licht kann man durch ein Glasprisma zerlegen und erhält dabei die Farbenreihe rot – orange – gelb – grün – blau – violett, die Spektralfarben. Die Spektralfarben gehen Stufenlos mit Zwischenfarben ineinander über. Die Spektralfarben kann man mit einer Sammellinse wieder zu weissem Licht vereinigen. Auch der Regenbogen entsteht durch Farbstreuung, die Regentropfen sind dabei die Prismen.

Spektralfarben

Zweites Experiment: Komplementärfarben – farbige Schatten

Dieses Experiment haben wir schon im Sensorium gesehen. Damit kann man zeigen, wie das Auge bei der Farbentstehung mitwirkt.

Vorgehen: Wir brauchen 2 Taschenlampen. Auf eine kleben wir grüne Folie. Die andere Taschenlampe bleibt normal weiss. In einem abgedunkelten Raum beleuchten wir ein Objekt mit einer dann mit beiden Taschenlampen. Wir wiederholen das Experiment mit einer anderen Farbe oder mit unterschiedlichen Farben auf den Taschenlampen.

Was passiert? _____________________________________________

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Erklärung:

Farbpaare die zusammen weisses Licht ergeben, bezeichnet man als Komplementärfarben.

Die wichtigsten Komplementärfarben sind:

Blau – Yellow (Gelb)                      Grün – Magenta (Purpur)                                    Rot – Cyan (Blaugrün)

Schon im vorigen Jahrhundert wurde nachgewiesen, dass alle Farbeindrücke im Auge durch nur drei Farben, nämlich Blau, Grün und Rot entstehen können. Diese Farben werden deshalb als Grundfarben bezeichnet.

Bildschirme kommen mit diesen drei Farben aus, um für unser Auge alle Farben zeigen zu können. Auch der Druck kommt mit nur drei Farben aus, Magenta, Cyan und Yellow. Weil diese drei Farben zusammen aber ein schmutziges braun-schwarz ergeben, benutzt man noch die vierte Farbe Black.

Komplementärfarben: Grün (auf der Taschenlampe), der Schatten ist  magenta (purpurfarben).

Drittes Experiment: Additive und subtraktive Farbmischung werden wir bald machen