Das Licht.

Wenn wir die Gegenstände sehen, so beruht dies auf einer Empfindung gewisser Nerven unserer Sehwerkzeuge oder Augen. Die Ursache dieser Empfindung aber nennen wir Licht. Nach der älteren Ansicht besteht dies Lichtaus einer sehr feinen Materie, einem Lichtstoff, der von den leuchtenden Körpern ausgesendet wird und die Augennerven trifft. Dieser Stoff soll unwägbar sein, überhaupt aller wesentlichen Eigenschaften der Körperlichkeit entbehren und nur durch seine Wirkung wahrnehmbar sein. Nach der jetzt allgemein geltenden Ansicht beruht das Licht auf einer wellenförmigen oder schwingenden Bewegung, welche, ähnlich der Bewegung des Schalles und der Wärme, von dem leuchtenden Körper ausgeht und, sich durch unser Auge dem Sehnerv mittheilend, hier die Empfindung des Sehens bewirkt. Als Träger dieser Bewegung nimmt man einen äußerst feinen elastischen Stoff – den Aether – an, der den ganzen Weltraum und alle Körper durchdringt.Quellen des Lichtes sind alle selbstleuchtenden Körper, insbesondere die Sonne und die Fixsterne, ferner glühende und verbrennende Körper, wie die Flammen unserer Kerzen und Lampen, endlich einige sogenannte phosphorescirende Körper, namentlich faulende Thier- und Pflanzenstoffe, aber auch lebende Thiere, wie die Johanniswürmchen und die kleinen, das Meeresleuchten veranlassenden Seethierchen. Eine besondere Quelle des Lichtes werden wir in der Electricität kennen lernen. Sternschnuppen und Feuerkugeln sind höchst wahrscheinlich kleine Weltkörper, welche wie die Planeten um die Sonne kreisen und, in den Anziehungskreis der Erde gerathen, herabfallen. Sie sind an sich dunkel, wie die Planeten und Kometen, und erglühen erst in Folge des Widerstandes, den sie in der Erdatmosphäre erfahren. Für ihre Weltkörper-Natur spricht das Herabfallen von Meteorsteinen beim Zerplatzen von Feuerkugeln, und besonders die periodische Wiederkehr von Sternschnuppenschwärmen in den Nächten vom 10. August und vom 12. bis 14. November.Irrlichter sind kleine Flämmchen, die bisweilen in sumpfigen Gegenden erscheinen, die aber noch viel zu wenig beobachtet sind, um über ihr Wesen völlig entscheiden zu können. Man hält sie für ein phosphorhaltiges Wasserstoffgas, das als Flamme verbrennt, sobald es aus dem Wasser aufsteigend in die Luft übergeht.Das Licht, das von einem leuchtenden Punkte ausgeht, verbreitet sich nach allen Richtungen und zwar in graden Linien. Diese graden Lichtlinien nennen wir Lichtstrahlen. Das Licht pflanzt sich mit außerordentlicher Geschwindigkeit fort, indem es in einer Sekunde 40,257 geogr. Meilen (= 300000 Kilom.) zurücklegt. Es durchläuft also den Raum von der Sonne zur Erde (fast 150 Mill. Kilom.) in 8 Minuten 13 Sekunden, und seine Geschwindigkeit übertrifft die des Schalles um das 900000fache.Treffen Lichtstrahlen auf ihrem Wege auf nicht leuchtende oder dunkle Körper, so werden sie entwederzurückgeworfenoderdurchgelassen. Dunkle Körper werden uns dadurch sichtbar, daß die von ihnen zurückgeworfenen Lichtstrahlen in unser Auge gelangen. Läßt ein Körper mehr oder wenigerLicht durch sich hindurchgehen, so nennen wir ihndurchsichtigoder auch nurdurchscheinend. Läßt er gar kein Licht durch, wirft er vielmehr alles Licht zurück, so heißt erundurchsichtig. Wenn Lichtstrahlen aus einem durchsichtigen Körper in einen andern übergehen, der aber eine andere Dichtigkeit besitzt, so werden sie von ihrem Wege abgelenkt oder, wie man sagt,gebrochen. Ebenso werden Lichtstrahlen von ihrem gradlinigen Wege abgelenkt, wenn sie an den Rändern von undurchsichtigen Körpern vorübergehen. Man nennt diese Ablenkung dieBeugungdes Lichts.

Quellen des Lichtes sind alle selbstleuchtenden Körper, insbesondere die Sonne und die Fixsterne, ferner glühende und verbrennende Körper, wie die Flammen unserer Kerzen und Lampen, endlich einige sogenannte phosphorescirende Körper, namentlich faulende Thier- und Pflanzenstoffe, aber auch lebende Thiere, wie die Johanniswürmchen und die kleinen, das Meeresleuchten veranlassenden Seethierchen. Eine besondere Quelle des Lichtes werden wir in der Electricität kennen lernen. Sternschnuppen und Feuerkugeln sind höchst wahrscheinlich kleine Weltkörper, welche wie die Planeten um die Sonne kreisen und, in den Anziehungskreis der Erde gerathen, herabfallen. Sie sind an sich dunkel, wie die Planeten und Kometen, und erglühen erst in Folge des Widerstandes, den sie in der Erdatmosphäre erfahren. Für ihre Weltkörper-Natur spricht das Herabfallen von Meteorsteinen beim Zerplatzen von Feuerkugeln, und besonders die periodische Wiederkehr von Sternschnuppenschwärmen in den Nächten vom 10. August und vom 12. bis 14. November.

Irrlichter sind kleine Flämmchen, die bisweilen in sumpfigen Gegenden erscheinen, die aber noch viel zu wenig beobachtet sind, um über ihr Wesen völlig entscheiden zu können. Man hält sie für ein phosphorhaltiges Wasserstoffgas, das als Flamme verbrennt, sobald es aus dem Wasser aufsteigend in die Luft übergeht.

Das Licht, das von einem leuchtenden Punkte ausgeht, verbreitet sich nach allen Richtungen und zwar in graden Linien. Diese graden Lichtlinien nennen wir Lichtstrahlen. Das Licht pflanzt sich mit außerordentlicher Geschwindigkeit fort, indem es in einer Sekunde 40,257 geogr. Meilen (= 300000 Kilom.) zurücklegt. Es durchläuft also den Raum von der Sonne zur Erde (fast 150 Mill. Kilom.) in 8 Minuten 13 Sekunden, und seine Geschwindigkeit übertrifft die des Schalles um das 900000fache.

Treffen Lichtstrahlen auf ihrem Wege auf nicht leuchtende oder dunkle Körper, so werden sie entwederzurückgeworfenoderdurchgelassen. Dunkle Körper werden uns dadurch sichtbar, daß die von ihnen zurückgeworfenen Lichtstrahlen in unser Auge gelangen. Läßt ein Körper mehr oder wenigerLicht durch sich hindurchgehen, so nennen wir ihndurchsichtigoder auch nurdurchscheinend. Läßt er gar kein Licht durch, wirft er vielmehr alles Licht zurück, so heißt erundurchsichtig. Wenn Lichtstrahlen aus einem durchsichtigen Körper in einen andern übergehen, der aber eine andere Dichtigkeit besitzt, so werden sie von ihrem Wege abgelenkt oder, wie man sagt,gebrochen. Ebenso werden Lichtstrahlen von ihrem gradlinigen Wege abgelenkt, wenn sie an den Rändern von undurchsichtigen Körpern vorübergehen. Man nennt diese Ablenkung dieBeugungdes Lichts.

348. Warumsehen wir den Blitz eines in einer gewissen Entfernung abgeschossenen Gewehres, ehe wir den Knall hören?

Weildas Licht eine weit größere Geschwindigkeit als der Schall besitzt. Beide beruhen zwar auf Bewegungen, die gleichzeitig von dem Gegenstande ausgehen, der die Erscheinungen hervorruft, also von dem entzündeten Pulver des Gewehrs. Beide Bewegungen müssen sich auch bis zu uns fortpflanzen, um von unserm Ohr und Auge empfunden zu werden. Aber der Schall pflanzt sich nur langsam fort, während die Geschwindigkeit des Lichtes so groß ist, daß sie für irdische Entfernungen nur mit den künstlichsten Mitteln gemessen werden kann. Für eine Strecke von 300 Metern braucht der Schall fast eine Sekunde, das Licht aber nur den millionsten Theil einer Sekunde.

Fig. 63.

349. Warumkönnen wir in der Nähe einer Kerzenflamme die Schrift eines Buches lesen, in einiger Entfernung aber nicht?

Weildie Stärke der Beleuchtung, wie überhaupt jeder Wirkung, die sich von einem Punkte aus gleichmäßig nach allen Seiten verbreitet, mit der Entfernung abnimmt, und zwar in demselben Verhältniß, in welchem die Fläche wächst, über welche sie sich verbreitet. In der doppelten Entfernung ist die Fläche, welche die gesammte Lichtmenge empfängt, 4mal, in der dreifachen Entfernung 9mal so groß, und es empfängt darum eine Fläche von bestimmter Größe, etwa ein Blatt Papier, von dem wir lesen wollen, in der dreifachen Entfernung auch nur ein 9mal geringeres Licht, erscheint uns also 9mal weniger hell.

350. Warumsehen wir durch die Scheiben unserer Fenster die draußen befindlichen Gegenstände?

Weildie Glasscheiben durchsichtig sind, d. h. das von den draußen befindlichen Gegenständen kommende Licht ungehindert durch sich hindurch zu unserm Auge gelangen lassen. Vollkommen durchsichtig ist aber auch das Glas nicht; sehr dicke Glasplatten halten vielmehr einen großen Theil des Lichtes zurück und lassen uns darum die Gegenstände nur undeutlich erkennen. Ebenso sind Luft und Wasser nicht vollkommen durchsichtig. In tiefen Seen kann man nicht bis auf den Grund sehen, wenn auch das Wasser noch so klar ist. Wäre die Luft völlig durchsichtig, so würde uns der Himmel nicht blau, sondern schwarz erscheinen, und wir würden jeden, auch den fernsten Gegenstand sehen, sobald er nur im Bereich unserer Augen wäre.

351. Warumsehen wir dunkle, d. h. nicht selbstleuchtende Körper, wenn sie beleuchtet werden, und sich in unserm Gesichtskreise befinden?

Weilalle Körper die auf ihre Oberfläche fallenden Lichtstrahlen anderer selbstleuchtender Körper zurückwerfen, und diese zurückgeworfenen Lichtstrahlen in unser Auge gelangen und hier den Eindruck eines Bildes des beleuchteten Körpers erzeugen. Nur wenn ein anderer undurchsichtiger Körper den beleuchteten Gegenstand bedeckt, d. h. zwischen ihn und unser Auge tritt, können wir ihn nicht sehen, weil der verdeckende Körper keinen der zurückgeworfenen Lichtstrahlen in unser Auge gelangen läßt.

Fig. 64.

352. Warumwirft ein undurchsichtiger Körper, wenn er beleuchtet wird, einen Schatten hinter sich?

Weilder undurchsichtige Körper den sich nur in grader Linie bewegenden Lichtstrahlen den Weg versperrt und sie daher verhindert, in den hinter ihm befindlichen Raum zu gelangen, so daß dieser Raum unbeleuchtet bleibt und dunkel erscheint. Den unbeleuchteten Raum hinter einem beleuchteten und undurchsichtigen Körper nennen wir Schatten. Die Lage des Schattens ist abhängig von der Lage des leuchtenden und des schattengebenden Körpers. Er bewegt sich, wenn sich einer dieser Körper bewegt, und ist um so kleiner, je größer die Entfernung zwischen beiden, und je senkrechter das Licht auf den schattengebenden Körper fällt. Die Gestalt des Schattens ist nur von der Gestalt und Lage des schattengebenden Körpers abhängig. Daher erscheintder Schatten einer Kugel auf einer gegen die Lichtstrahlen senkrechten Fläche stets kreisrund. Solche runde Schatten werfen auch die nicht selbstleuchtenden Himmelskörper hinter sich, und es erklären sich daraus die Sonnen- und Mondfinsternisse. Bei den letzteren befindet sich der Mond im Schatten der Erde, bei den ersteren die Erde im Schatten des Mondes. Wenn der leuchtende Körper größer ist als der beleuchtete, so ist der eigentliche Schatten oder der Kernschatten, welcher gar kein Licht empfängt, noch von einem weniger dunklen Raume, dem Halbschatten, umgeben, welcher nur von einem Theile des leuchtenden Körpers Licht erhält. Bei einer partialen Sonnenfinsterniß steht die Erde nur im Halbschatten des Mondes.

353. Warumsehen wir im Spiegel unser Bild?

Weildie von der dem Spiegel zugewandten Seite unseres Körpers zurückgeworfenen Lichtstrahlen, wenn sie auf den Spiegel fallen, durch das durchsichtige Glas hindurchgehen, von der dahinter befindlichen undurchsichtigen Belegung (Folie) aber wieder zurückgeworfen werden und gerade so in unser Auge gelangen, als ob sie von einem hinter dem Spiegel befindlichen, uns gleichen Bilde ausgegangen wären.

Fig. 65.

354. Warumsehen wir das Bild eines Gegenstandes in einem Spiegel genau so weithinterdemselben, als der Gegenstand sichvordemselben befindet?

Weilalle Lichtstrahlen, welche von einem leuchtenden Punkte ausgehen, von einer Spiegelfläche genau unter demselben Winkel zurückgeworfen werden, unter welchem sie auffallen, diese zurückgeworfenen Strahlen aber darum auch in ihrer Verlängerung sich in einem Punkte vereinigen müssen, der genau so weit hinter dem Spiegel liegt, als der leuchtende Punkt vor demselben. Die zurückgeworfenen Strahlen, welche in das Auge gelangen, machen daher auf dasselbe den Eindruck, als ob sie von jenem Vereinigungspunkte hinter dem Spiegel herkämen, da es gewohnt ist, die Ursache der Lichtempfindungin der Richtung der Lichtstrahlen zu suchen. Diesen Vereinigungspunkt der zurückgeworfenen Lichtstrahlen nennt man daher das Bild des leuchtenden Punktes. Jeder Punkt eines Gegenstandes aber erzeugt sein Bild hinter dem Spiegel und zwar in derselben Entfernung, in welcher er vor demselben sich befindet. Alle Punkte zusammen bilden aber die Oberfläche des gespiegelten Gegenstandes und alle diesen Punkten entsprechenden Bilder das Gesammtbild desselben. Dieses Gesammtbild des Gegenstandes muß also auch genau in derselben Entfernung hinter dem Spiegel erscheinen, in welcher der Gegenstand vor demselben sich befindet. Ebenso ist es in Gestalt und Größe demselben gleich.

Fig. 66.

355. Warumsind dünne Glasspiegel besser als dicke?

Weilnicht blos die hintere Belegung, sondern auch die vordere Fläche des Glases spiegelt, besonders wenn man schief darauf sieht, und daher doppelte Bilder entstehen, die einander verwirren und das Gesammtbild undeutlich machen. Der Abstand dieser doppelten Bilder von einander muß natürlich stets der doppelten Dicke des Glases gleich sein. Je dicker das Glas, desto deutlicher werden die doppelten Bilder und desto störender wirken sie. Die besten Spiegel sind daher Metallspiegel, da diese nur einfache Bilder geben können.

356. Warumkönnen wir eine vollkommen gute Spiegelfläche gar nicht sehen?

Weilalles Licht, welches eine Spiegelfläche empfängt, so zurückgeworfen wird, daß sich die von jedem Punkte des beleuchtenden Körpers ausgehenden Strahlen wieder in einem Punkte hinter der Spiegelfläche schneiden, wir also nurhinterder Spiegelfläche leuchtende Punkte, nämlich die Bilder der beleuchtenden Punkte und nicht die Spiegelfläche selbst sehen.

357. Warumgeben nichtpolirte, wenn auch ebene Körper keine Spiegelbilder?

Weileine solche nichtpolirte Ebene eine Menge kleiner Unebenheiten besitzt, welche die von einem Punkte ausgehenden Strahlen unregelmäßig zurückwerfen müssen, so daß sie sich nichtwieder in einem Punkte hinter der ebenen Fläche vereinigen, also auch kein Bild des Punktes erzeugen können. Statt des Bildes des beleuchtenden Gegenstandes sehen wir vielmehr die beleuchtete Fläche selbst. Da nämlich jeder Punkt der Fläche von unendlich vielen leuchtenden Punkten Licht erhält und dieses zurückwirft, so müssen auch von jedem Punkte der Fläche unendlich viele Strahlen nach allen Richtungen ausgehen, so daß wir jeden Punkt der Fläche sehen. Solches unregelmäßig zurückgeworfene Licht, welches uns die nichtpolirten oder nicht spiegelnden Flächen sichtbar macht, nennt man auch zerstreutes Licht.

Fig. 67.

358. Warumwerden in einem Guckkasten die am Boden desselben liegenden Bilder aufrecht gesehen? (Fig. 67.)

Weildiese Bilder, ehe sie durch das Vergrößerungsglas zum Auge gelangen, erst von einem unter 45° geneigten Spiegel zurückgeworfen, und deshalb alle Punkte desselben von dem Auge genau so weit hinter den Spiegel verlegt werden, als sie sich vor demselben befinden. Die von den Endpunkten des PfeilsABausgehenden Lichtstrahlen, welche den Spiegel inxundstreffen, werden so zurückgeworfen, daß das Auge den Pfeil inabzu sehen glaubt.

359. Warumsieht man in einer sogenannten Spiegelkammer einen einzelnen Gegenstand, etwa einen Schwan, ringsum hundertfach vervielfältigt?

Weildiese Spiegelkammer aus parallelen Spiegeln besteht, deren jeder das Spiegelbild des andern wiederspiegelt und dies mit jedem Spiegelbilde so lange wiederholt, bis die geschwächte Helligkeit die Wahrnehmung der Bilder verhindert.

Fig. 68.

360. Warumerblickt man in einem Kaleidoskop so schöne, beim Schütteln des Instruments sich beständig verändernde sternförmige Gruppirungen? (Fig. 68.)

Weilam Ende der Röhre des Kaleidoskops zwei unter einem gewissen Winkel gegen einander geneigte Spiegel befestigt sind, und die dazwischen befindlichen kleinen Gegenstände, etwaMoos- und Glasstückchen, von diesen wiederholt gespiegelt werden, und zwar so oft, daß, unter Mitrechnung der Gegenstände selbst, genau so viel Bilder erscheinen, als der Neigungswinkel der Spiegel in 360° enthalten ist. Beträgt der Neigungswinkel 45°, so sieht man 8 Bilder, und zwar symmetrisch gruppirt.

Fig. 69.

361. Warumkann man mit Hülfe eines Hohlspiegels, den man gegen die Sonne richtet, brennbare Körper entzünden?

Weilein Hohlspiegel, d. h. ein an seiner inneren Fläche polirtes Stück einer Kugelschale, alle auf ihn fallenden Licht- und Wärmestrahlen der Sonne so zurückwirft, daß sie sich in einem Punkte vor dem Spiegel vereinigen und hier natürlich eine erhöhte Wärmewirkung äußern. Doch geschieht dies nur dann, wenn die Lichtstrahlen untereinander parallel auffallen, wie es bei den Sonnenstrahlen, der ungeheuren Entfernung der Sonne wegen, der Fall ist, und wenn sie zugleich in der Richtung der Axe des Hohlspiegels, d. h. senkrecht auf die Mitte desselben einfallen. Der Punkt, in welchem die Vereinigung der Strahlen und ihre erhöhte Wärmewirkung stattfindet, heißt derBrennpunkt. Er liegt bei einem kugelförmig gekrümmten Spiegel in der Achse und zwar in der Mitte zwischen dem Mittelpunkt der Kugel und dem Mittelpunkt des Spiegels. Sein Abstand von dem Spiegel heißt dieBrennweite.

362. Warumpflegt man Laternen und namentlich Wandleuchter mit Blenden zu versehen?

Weilman beabsichtigt, die sonst von der Flamme nach allen Richtungen hin auseinander fahrenden Lichtstrahlen nach einer bestimmten Richtung zusammenzuhalten, die Blenden aber, die nichts anderes als Hohlspiegel sind, ebensowohl alle parallel mit der Achse auffallenden Lichtstrahlen im Brennpunkt vereinigen, als auch umgekehrt alle aus dem Brennpunkt herkommendenStrahlen parallel mit der Achse zurückwerfen. Die Flamme muß sich also bei solchen Laternen oder Wandleuchtern stets genau im Brennpunkt des Hohlspiegels oder der Blende befinden, wenn alle ihre Lichtstrahlen in einer bestimmten Richtung zusammengehalten werden und so den Zweck einer erhöhten Beleuchtung erfüllen sollen.

Fig. 70.

363. Warumerscheinen bei Hohlspiegeln die Bilder der Gegenstände nicht immer hinter dem Spiegel, wie bei ebenen Spiegeln?

Weilauch in einem Hohlspiegel das Bild eines leuchtenden Punktes – und darum auch eines Gegenstandes – nur dadurch entstehen kann, daß die von dem leuchtenden Punkte ausgehenden Strahlen vom Spiegel zurückgeworfen, und die zurückgeworfenen Strahlen in einem Punkte vereinigt werden, diese Vereinigung aber bei dem Hohlspiegel stets vor dem Spiegel stattfindet, sobald der leuchtende Punkt weiter als der Brennpunkt des Spiegels entfernt ist. Während also bei dem ebenen Spiegel das Bild nur darum hinter dem Spiegel erscheint, weil das Auge, indem es die zurückgeworfenen Strahlen verfolgt, ihre Vereinigung hinter den Spiegel zu versetzen gezwungen ist, kommt hier das Bild wirklich vor dem Spiegel, also im unmittelbaren Bereich des Auges zu Stande. Ein solches Bild schwebt gleichsam in der Luft und kann wirklich sichtbar gemacht werden, wenn man es auf einer durchscheinenden matten Glasscheibe, oder Oelpapier, oder selbst Rauch- oder Nebelwolken auffängt. Bei sehr großen Hohlspiegeln zeigen sich die Bilder selbst ganz frei in der Luft und werden daher von Gauklern häufig zu Geistererscheinungen benutzt. Diese Bilder sind stets verkehrt, weil die von den oberen Theilen des Gegenstandes kommenden Lichtstrahlen vom Spiegel nach unten, die von den unteren Theilen kommenden nach oben zurückgeworfen werden. Sie sind ferner bei größerer Entfernung des Gegenstandes verkleinert, bei größerer Nähe vergrößert und erscheinen im ersteren Falle näher, im letzteren Falleentfernter. Nur wenn ein Gegenstand sich zwischen dem Spiegel und seinem Brennpunkt befindet, sieht man sein Bild hinter dem Spiegel und zwar aufrecht, wie beim ebenen Spiegel, aber zugleich vergrößert in Folge der Krümmung der spiegelnden Fläche.

364. Warumzeigen die spiegelnden Glaskugeln in Gärten zwar stets ein aufrechtes, aber zugleich verkleinertes Bild der Umgebung?

Weildie von einem Gegenstande auf solche spiegelnde Glaskugeln, wie überhaupt auf erhaben gekrümmte Spiegelflächen fallenden Lichtstrahlen, wenn sie zurückgeworfen werden, auseinander gehen und sich zwar auch hinter dem Spiegel, aber weit schneller vereinigen müssen, als bei einem ebenen Spiegel. Die Bilder erscheinen wegen dieser früheren Vereinigung der zurückgeworfenen Lichtstrahlen kleiner als die Gegenstände, und zwar um so kleiner, je weiter die Gegenstände entfernt sind. Da die Gegenstände einer Landschaft aber sehr verschiedene Entfernungen haben, so erscheinen auch ihre Bilder sehr verschieden verkleinert, und das Gesammtbild einer Landschaft auf einer solchen Glaskugel ist darum stets ein verzerrtes.

Fig. 71.

365. Warumerscheinen klare Gewässer, deren Grund man sehen kann, weniger tief, als sie wirklich sind?

Weildie Lichtstrahlen, wenn sie aus dem Wasser in die Luft, also in ein Mittel von ganz verschiedener Dichtigkeit übergehen, von ihrem Wege abgelenkt werden und so in unser Auge gelangen, als ob sie von ganz anderen, höher gelegenen Punkten herkämen. Da wir aber gewohnt sind, die Körper uns da zu denken, von wo ihre Lichtstrahlen herkommen, so erscheint uns der Grund des Wassers höher, als er wirklich ist. Darum scheinen auch Fische in klarem Wasser der Oberfläche näher zu schwimmen, als wirklich der Fall ist. Ebenso scheint ein Geldstück auf dem Boden eines Glases gehoben zu werden, wenn wir Wasser in das Glas gießen. (Fig. 71.)

Fig. 72.

366. Warumscheint ein Stab, den wir zum Theil inWasser tauchen, z. B. ein schräg in das Wasser gestemmtes Ruder, gebrochen zu sein?

Weilwir nur den außerhalb des Wassers befindlichen Theil des Stabes da sehen, wo er sich wirklich befindet, die von dem unter das Wasser getauchten Theile zurückgeworfenen Lichtstrahlen aber beim Uebergange in die Luft abgelenkt oder, wie man sagt, gebrochen werden und uns daher diesen Theil des Stabes an einem andern Orte, und zwar etwas höher erscheinen lassen, als er sich wirklich befindet. Der Stab kann von uns also nicht mehr als gradliniger gesehen werden, sondern muß an der Grenze zwischen Wasser und Luft geknickt oder gebrochen erscheinen.

Fig. 73.

367. Warumsehen wir die Sonne bei ihrem Aufgang, noch ehe sie wirklich über den Horizont aufgetaucht ist?

Fig. 74.

Weildie Sonnenstrahlen, wenn sie durch unsere Atmosphäre gehen, aus den dünneren Schichten der obern Regionen in immer dichtere der unteren übergehen und dabei aus ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt oder gebrochen werden, so daß wir die Sonne nicht mehr an ihrem wahren Orte, sondern an einem anderen und zwar, wie wir sogleich sehen werden, höher gelegenen Orte, auf welchen die Richtung der in unser Auge gelangenden Lichtstrahlen hinweist, erblicken müssen. Wenn nämlich Lichtstrahlen aus einem dichteren Mittel in ein dünneres, also aus Wasser in Luft übergehen, so werden sie noch mehr von der senkrechten Richtung abgelenkt, oder, wie man sagt,vomEinfallslothhinweggebrochen (Fig. 74). Wenn sie aber von einem dünneren Mittel in ein dichteres, also etwa aus dünneren Luftschichtenin dichtere übergehen, so werden sie dem Einfallsloth genähert oderzumEinfallsloth gebrochen. Das Letztere findet nun bei der aufgehenden Sonne statt. Ihre Strahlen gelangen daher weniger schräg in unser Auge, als sie in die Atmosphäre gelangt sind, lassen also die Sonne an einem höheren Orte erscheinen, als sie wirklich sich befindet, und machen sie uns sogar sichtbar, wenn sie noch unter dem Horizonte steht.

368. Warumscheinen die Gegenstände zu zittern, wenn wir sie über ein von der Sonne stark erwärmtes Dach hinweg sehen?

Weilin Folge der Erhitzung ungleich dichte Luftschichten über dem Dache entstehen, die in Folge dessen in Bewegung gerathen, so daß die Lichtstrahlen, welche durch sie hindurchgehen, bald mehr, bald weniger gebrochen werden, und daher in beständig wechselnden Richtungen in unser Auge gelangen, welches nun die Gegenstände selbst beständig ihren Ort wechseln sieht und dadurch den Eindruck des Zitterns erhält.

369. Warumsehen wir die Fixsterne funkeln, während die Planeten ein ruhiges Licht behaupten?

Weilbei dem außerordentlich kleinen scheinbaren Durchmesser der Fixsterne schon die geringste Veränderung in der Strahlenbrechung, wie sie nothwendig mit der beständigen Bewegung dichterer und dünnerer Luftschichten in der Atmosphäre verbunden ist, eine scheinbare Veränderung ihres Orts, also ein Hin- und Herschwanken bewirkt. Die Planeten aber behalten ihr ruhiges, klares Licht, weil ihr scheinbarer Durchmesser größer ist, als die stärkste Veränderung, welche der augenblickliche Wechsel in der Strahlenbrechung zu bewirken vermag.

Fig. 75.

370. Warumerscheint ein leeres Probirgläschen, das wir schief in ein Glas Wasser tauchen, nicht mehr durchsichtig, sondern gleichsam metallisch glänzend, als ob Quecksilber darin wäre, wenn wir von oben her darauf blicken?

Weildie Lichtstrahlen, wenn sie sehr schief auf die Grenzfläche zweier verschieden dichtenMittel auffallen, nicht mehr gebrochen, sondern zurückgeworfen werden. Dasjenige Mittel also, durch welches die Lichtstrahlen nicht mehr hindurchgehen, hier das lufterfüllte Probirgläschen, erscheint nicht mehr durchsichtig, sondern spiegelnd. Aus demselben Grunde sieht man auch kleine Luftbläschen im Wasser oft als glänzende, fast undurchsichtige Perlen, und ebenso werden durch diese Spiegelung Sprünge in Gläsern sichtbar gemacht. Man nennt diese Erscheinung die vollkommene Zurückwerfung oder totale Reflexion.

371. Warumist der Schnee undurchsichtig, während doch die kleinen Eiskrystalle, aus denen er besteht, für sich so vollkommen durchsichtig sind?

Weildas Licht beim Durchgange durch die vielen lufterfüllten Zwischenräume, welche sich zwischen den einzelnen Schneekrystallen befinden, eine Schwächung erleidet, so daß die auf den Schnee auffallenden Lichtstrahlen nicht durch den Schnee hindurchgehen, sondern zurückgeworfen werden. Sie erleiden an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser jene totale Reflexion. Aus demselben Grunde wird auch der Schaum schleimiger Flüssigkeiten und das Pulver zermahlenen Glases undurchsichtig. Wenn man aber Wasser auf Schnee oder Glaspulver gießt, so wird die Durchsichtigkeit wieder hergestellt. Das Wasser tritt dann an die Stelle der das Licht aufhaltenden Luftbläschen, und das Licht kann nun ungeschwächt von den Körpertheilchen zur Flüssigkeit und von dieser wieder zu den Körpertheilchen übergehen. Papier wird aus demselben Grunde durchscheinend, wenn es mit Oel getränkt wird.

Fig. 76.

372. Warumsehen wir durch eine ebene Glasscheibe, etwa eine Fensterscheibe, die Gegenstände nicht gebrochen und auch nicht merklich verschoben oder verzerrt?

Weildie Lichtstrahlen zwar beim Durchgange durch das Glas gebrochen werden, beim Austritt in die Luft aber eine zweite Brechung im entgegengesetzten Sinne erleiden, so daß die ablenkende Wirkung der ersten Brechung durch die zweite wieder aufgehoben wird. Gerade soviel als die Lichtstrahlen beim Uebergange aus dem dünneren Mittel in das dichtere (aus der Luft in das Glas) zum Einfallslothgebrochen werden, gerade soviel werden sie beim Eintritt aus dem dichteren Mittel in das dünnere (aus dem Glase in die Luft) wieder vom Einfallsloth abgelenkt. Die austretenden Lichtstrahlen sind also den einfallenden parallel, und die einzige Wirkung der Glasscheibe ist daher eine geringe Verschiebung des Ortes, an welchem man den Gegenstand erblickt, die aber nur bei sehr dicken Scheiben und nur, wenn man sehr schief hindurchsieht, bemerkbar werden kann.

Fig. 77.

373. Warumsieht man durch ein dreiseitiges Glasprisma die Gegenstände nicht an ihrem wirklichen Orte, sondern bedeutend höher oder tiefer?

Weilder Weg, den ein gebrochener Lichtstrahl nimmt, von dem Winkel abhängig ist, unter welchem er auf die Grenzfläche zweier verschiedener Mittel trifft, und der aus- und eintretende Strahl daher auch nur dann parallel sein können, wenn die Grenzflächen, an welchen der Strahl aus- und eintritt, parallel sind. Wenn sie daher gegen einander geneigt sind, wie bei einem dreiseitigen Prisma, so muß der austretende Lichtstrahl eine ganz andere Richtung haben als der eintretende, und zwar muß er nach oben abgelenkt sein, wenn die Kante des Prisma's nach unten gerichtet ist, und umgekehrt nach unten, wenn die Kante des Prisma's sich oberwärts befindet. Man sieht daher einen Gegenstand, den man durch ein solches Prisma betrachtet, tiefer, als er sich wirklich befindet, wenn die Kante oder der sogenannte brechende Winkel des Prisma's nach unten gerichtet ist, und höher, als sein wirklicher Ort, bei entgegengesetzter Haltung des Prisma's.

Fig. 78.

374. Warumnennt man erhabene, d. h. nach beiden Seiten mit erhaben gekrümmten Oberflächen versehene Gläser oder Linsen auch Brenngläser?

Weildie Lichtstrahlen bei ihrem Eintritt in eine solche Linse und beim Austritt aus derselben eine Brechung erleiden und zwar eine solche, daß alle mit der Achse derLinse (d. h. mit der durch ihre Mitte gehenden, senkrecht auf ihre gekrümmten Flächen gerichteten Linie) parallel eintretenden Lichtstrahlen nach ihrem Austritt in einen Punkt vereinigt werden. Da mit den Lichtstrahlen aber auch die Wärmestrahlen diese Brechung erleiden, so wird in jenem Vereinigungspunkt eine solche Hitze erzeugt, daß brennbare Körper entzündet werden. Man nennt darum auch diesen Punkt den Brennpunkt und seinen Abstand von der Linse die Brennweite. Da umgekehrt die aus dem Brennpunkte kommenden Lichtstrahlen durch die Linse so gebrochen werden müssen, daß sie nach ihrem Austritt sämmtlich in paralleler Richtung fortgehen, so wendet man solche Linsen auch statt der Hohlspiegel, namentlich auf Leuchtthürmen, an, um das von einer im Brennpunkt stehenden Lampe kommende Licht nach einer Richtung hin zusammen zu halten.

Fig. 79.

375. Warumsieht man von einem Gegenstande, den man durch eine erhabene Linse oder ein Brennglas betrachtet, ein entfernteres und zugleich vergrößertes Bild?

Weildie Lichtstrahlen, die von einem leuchtenden Punkte kommen, bei ihrem Durchgange durch eine erhabene Linse einander genähert werden, für das Auge also aus einer weiteren Entfernung zu kommen scheinen müssen, da das Auge das Bild des Punktes dahin versetzt, wo sich die zu ihm gelangenden Strahlen vereinigen. Zugleich muß aber auch das Bild des ganzen Gegenstandes dem Auge vergrößert erscheinen, weil die von seinen äußersten Punkten kommenden Lichtstrahlen durch die Brechung ebenfalls genähert werden, also einen größeren Winkel mit einander bilden und darum auch dem gesehenen Bilde einen größeren Durchmesser geben. Diese Vergrößerung findet indeßnur statt, wenn der Gegenstand sich der Linse sehr nahe befindet, und zwar innerhalb der Brennweite derselben. Ist er weiter entfernt, so vereinigen sich seine Strahlen jenseits der Linse und erzeugen dort ein Bild.

Fig. 80.

376. Warumwird von einem entfernten Gegenstande durch eine erhabene Glaslinse ein verkleinertes und verkehrtes Bild erzeugt, wenn man auf der anderen Seite der Linse ein Blatt Papier entgegenhält?

Weildie von einem entfernten Punkte kommenden Lichtstrahlen bei ihrem Durchgange durch die Linse einander genähert werden und daher in geringerer Entfernung hinter der Linse zur Vereinigung kommen, dadurch aber ein Bild des Gegenstandes erzeugen, das um so kleiner sein muß, je weiter der Gegenstand entfernt ist, und je näher am Brennpunkte darum das Bild erzeugt wird. Da die von den oberen Theilen des Gegenstandes kommenden Strahlen durch die Linse nach unten, die von den unteren kommenden Strahlen nach oben abgelenkt werden, so muß dies Bild ein verkehrtes sein. Dies Bild ist aber ein wirkliches, auf einem Blatt Papier sichtbar zu machendes, nicht blos ein solches, das das Auge sich erzeugt, indem es die Lichtstrahlen rückwärts bis zu ihrer Vereinigung verfolgt.

Fig. 81.

377. Warumerscheinen, durch ein Hohlglas betrachtet, alle Gegenstände zwar aufrecht, aber verkleinert und genähert?

Weildurch ein Hohlglas, d. h. eine nach beiden Seiten hohlgekrümmte Linse, die von einem leuchtenden Punkte kommenden Lichtstrahlen so gebrochen werden, daß sie noch weiter auseinandergehen, als vor ihrer Brechung, so daß das Auge also ihre Vereinigung unddamit den Ort ihres Ursprungs näher suchen muß, als der wirklich leuchtende Punkt sich befindet, und der Gegenstand selbst ihm darum auch kleiner erscheinen muß, als er in Wirklichkeit ist.

Fig. 82.

378. Warumbedienen sich angehende Maler gern einerCamera obscura(Fig. 82), um Landschaften zu zeichnen?

Weildurch die erhabene Glaslinse dieses Apparates von entfernten Gegenständen, also von einer Landschaft, in der Nähe des Brennpunktes der Linse ein kleines Bild erzeugt wird, das auf einen unter 45° geneigten Spiegel fällt und von diesem vollkommen treu auf eine mattgeschliffene Glasplatte zurückgeworfen wird, auf welcher sich die Umrisse desselben leicht nachzeichnen lassen. Die inneren Wände des Kastens sind geschwärzt, und die Oeffnung über der Glasscheibe ist durch einen Deckel vor dem Eindringen fremden, störenden Lichtes geschützt. Man nennt deshalb den ApparatCamera obscuraoder Dunkelkammer. Er dient auch dem Photographen, um Bilder auf Platten zu erzeugen, die für die chemischen Wirkungen des Lichts empfindlich gemacht sind, und auf denen sie dann durch ein chemisches Verfahren dauernd gemacht werden. DieCamera obscuraist schon im Jahre 1558 von dem ItalienerPortaerfunden.

Fig. 83.

379. Warumerscheint uns ein Gegenstand um so kleiner, je entfernter er ist?

Weilwir die Größe eines Gegenstandes nach der Größe seines Gesichtswinkels, d. h. desjenigen Winkels beurtheilen, welchen die von den beiden äußersten Grenzpunkten eines Gegenstandes kommenden Strahlen im Auge bilden. Dieser Gesichtswinkel hängt aber nicht blos von der wirklichen Größe des Gegenstandes, sondern auch von seiner Entfernung ab; er ist um so kleiner, je entfernter der Gegenstand ist. Deshalb kann auch ein großer, aber ferner Gegenstand (cd) durch einen kleinen,aber nahen (ab) völlig verdeckt werden. Mit der Hand können wir einen entfernten Baum, sogar ganze Weltkörper, wie die Fixsterne, verdecken.

380. Warumscheinen uns im Winter in einer Schneelandschaft ferne Gegenstände näher zu sein als im Sommer?

Weildie hellere Beleuchtung in Folge der starken Zurückstrahlung des Lichtes durch den Schnee uns über die Entfernung täuscht. Unser Urtheil über Entfernungen wird nämlich besonders durch die Helligkeit und Deutlichkeit des gesehenen Gegenstandes bestimmt. Darum halten wir auch eine entfernte Feuersbrunst in der Nacht leicht für zu nahe; denn das Feuer leuchtet in der Nacht stärker als am Tage.

381. Warumerscheint uns das Himmelsgewölbe gleichsam wie herabgedrückt?

Weildie über uns befindlichen Luftschichten durchsichtiger und heller sind, als die am Horizonte, und weil zugleich zwischen Himmel und Erde nichts ist, wonach sich die Entfernung abmessen ließe. Unser Urtheil über Entfernungen wird nämlich auch durch die zwischen uns und dem Gegenstande befindlichen Dinge bestimmt. Auf einer baumlosen Ebene erscheinen uns alle Gegenstände näher, als auf einer unebenen, hier und da mit Bäumen und Häusern besetzten oder von Hügeln und Wäldern unterbrochenen Fläche. Auch Höhen pflegen wir deshalb zu niedrig zu schätzen.

382. Warumerscheinen uns Sonne und Mond bei ihrem Auf- und Untergange größer als sonst?

Weilsie in Folge der Schwächung ihres Lichtes durch die dichteren Luftschichten der unteren Atmosphäre weniger hell als in größerer Höhe erscheinen, und weil wir zugleich bei ihrem Auf- und Untergange die zwischen ihnen und uns befindlichen vielen Gegenstände auf dem Erdboden wahrnehmen, und wir dadurch verleitet werden, sie für entfernter und darum für größer zu halten als sonst.

383. Warumsehen wir mit beiden Augen die Gegenstände nicht doppelt?

Weiljedes Auge einen leuchtenden Punkt an dem Orte sucht, auf welchen die Richtung der von dem leuchtenden Punkte kommenden Strahlen hinweist, beide Augen aber das Bild des gesehenen Gegenstandes auf ähnlich gelegenen Stellen der empfindlichen Nervenhaut des Auges oder der Netzhaut empfangen, beide Eindrücke darum auch als ähnliche oder gleiche empfunden werden müssen. Fällt das Bild eines Gegenstandes nicht in beiden Augen auf ähnliche Stellen der Netzhaut, in dem einen etwa auf die linke, in dem andern auf die rechte Seite derselben, so sind auch die Eindrücke desselben Körpers auf beide Augen verschieden, und wir sehen denselben doppelt. Davon kann man sich leicht überzeugen, wenn man zwei Finger aufrecht in einiger Entfernung hinter einander vor das Gesicht hält. Richtet man dann beide Augen aufmerksam auf den nächsten Finger, so fällt sein Bild in beiden Augen auf die Mitte der Netzhaut, und man sieht ihn einfach; das Bild des entfernten Fingers aber liegt in dem rechten Auge links, in dem linken rechts von der Mitte der Netzhaut, und man sieht ihn daher doppelt. Fixirt man umgekehrt den entfernten Finger, so erscheint dieser einfach und der nähere doppelt.

384. Warumerblickt man einen leuchtenden Kreis, wenn man eine glühende Kohle im Dunkeln schnell im Kreise herumschwingt?

Weilein auf die Netzhaut gemachter Lichteindruck nicht plötzlich aufhört, sondern noch einige Zeit fortdauert, ehe er ganz erlischt, mehrere Lichteindrücke daher, die so schnell auf einander folgen, daß der vorangehende noch fortdauert, wenn der nachfolgende hinzukommt, in eine einzige Wahrnehmung zusammenfließen und von dem Auge gleichzeitig empfunden werden müssen.

Fig. 84.a) Harte Haut;b) durchsichtige Hornhaut;c) Aderhaut;d) Netzhaut;e) wässerige Feuchtigkeit;f) Linse;g) Glasfeuchtigkeit.

385. Warumsieht ein gesundes Auge nahe und ferne Gegenstände gleich deutlich?

Weildas Auge die Eigenschaft besitzt, seine Gestalt zu ändern und der Entfernung der Gegenstände anzupassen, d. h. sich so einzurichten, daß sowohl die von nahen als die von fernen Gegenständen kommenden Lichtstrahlen sich genau auf der empfindlichen Netzhaut vereinigen und also ein deutliches Bild erzeugen. Das Auge besteht nämlich aus mehreren durchsichtigen Häuten und Flüssigkeiten. Der ganze kugelförmige Augapfel ist äußerlich von einer harten Hornhaut umgeben, die nur in ihrem vorderen Theile durchsichtig ist. Ein durchsichtiger, linsenförmiger, d. h. nach beiden Seiten erhaben gekrümmter Körper, die sogenannte Krystalllinse,theilt das Innere des Augapfels in zwei Kammern. Die Innenwand der hinteren Kammer ist von der Aderhaut und darüber von der Netzhaut bekleidet, in welcher sich der Sehnerv ausbreitet. Den inneren Raum dieser Kammer erfüllt die durchsichtige Glasfeuchtigkeit, den der vorderen die ebenso durchsichtige wässerige Feuchtigkeit. Durch diese Häute und Flüssigkeiten – die vordere stark gekrümmte Hornhaut, die wässerige Feuchtigkeit, die Krystalllinse und die Glasfeuchtigkeit – müssen alle Lichtstrahlen hindurchgehen, ehe sie von den Nerven der Netzhaut empfunden werden. Bei diesem Durchgange erleiden sie natürlich eine Brechung und werden zu einem kleinen Bilde vereinigt. Dieses Bild kann aber nur deutlich sein, wenn es auf der Netzhaut entsteht. Nun wissen wir, daß die durch ein erhabenes Linsenglas – wie das Auge und namentlich die Krystalllinse desselben im Wesentlichen ist – entworfenen Bilder keinesweges alle die gleiche Entfernung von der Linse haben. Das Bild eines entfernten Gegenstandes entsteht vielmehr der Linse sehr nahe, während das Bild eines nahen Gegenstandes weiter von ihr entfernt erscheint. Durch die Krystalllinse würden daher nur ineiner bestimmten Entfernung vom Auge befindliche Körper genau auf der Netzhaut abgebildet werden, die Bilder entfernterer Gegenstände aber vor die Netzhaut, die Bilder näherer Gegenstände hinter die Netzhaut fallen und daher auch kein deutliches Sehen möglich machen. Die Eigenschaft des Auges, sich der Entfernung der Gegenstände anzupassen, beruht also auf einer Formveränderung seiner brechenden Bestandtheile. Bei Betrachtung naher Gegenstände wölbt es sich mehr und entfernt dadurch zugleich die Krystalllinse mehr von der Netzhaut, so daß die Bilder nicht mehr hinter, sondern auf die Netzhaut fallen. Bei Betrachtung ferner Gegenstände verflacht sich das Auge und nähert die Linse der Netzhaut, so daß die Bilder nicht vor, sondern auf die Netzhaut fallen. So ist in beiden Fällen ein deutliches Sehen möglich.

Fig. 85.

386. Warumsehen weitsichtige Personen ohne Brille nahe Gegenstände sehr undeutlich?

Weilihre Augen in Folge des Alters oder der Gewöhnung die Fähigkeit verloren haben, sich für ein Sehen in der Nähe passend zu ändern, die von nahen Gegenständen kommenden Lichtstrahlen darum durch ihre Krystalllinse nicht stark genug gebrochen werden und deshalb schon vor ihrer Vereinigung auf die Netzhaut treffen, hier also von jedem Punkte des Gegenstandes ein Bild erzeugen, das nicht wieder ein Punkt, sondern ein kleiner Kreis ist, der mit eben solchen benachbarten Kreisen verschwimmt und so eine Undeutlichkeit des Gesammtbildes des Gegenstandes veranlaßt. Weitsichtige können sich daher beim Sehen naher Gegenstände nur durch eine Brille helfen, und zwar durch eine solche mit erhabenen Gläsern, die eine stärkere Brechung der Lichtstrahlen und eine frühere Annäherung derselben bewirken, so daß ihreVereinigung auf der Netzhaut geschieht und hier deutliche Bilder erzeugt werden.

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