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Homepage > Aktivitäten > Astronomie > Himmel, Erde, Universum > Eratosthenes > Projektphase 1 > Schattenbildung > Veränderung der Schatten

Beobachtung der Veränderung der Schatten im Tagesverlauf

1 Die geradlinige Ausbreitung des Lichts 2 Schatten und Lichtquelle 3 Divergente und parallele Strahlen 4 Beobachtung der Veränderung der Schatten im Tagesverlauf
Publikation: 25.10.2007
Lernstufe: 3
Dauer: Im Verlauf eines Tages wiederholte kurze Beobachtungszeiten plus Zeichnen von Schattenumrissen auf einer asphaltierten Fläche, die den ganzen Tag von der Sonne beschienen wird; 30-45 Minuten in einem Raum, der sich verdunkeln lässt.
Material: Für jede Gruppe von 3-5 Schüler/inne/n:
  • ein 10-15 cm langer Gegenstand, der aufrecht stehen bleibt oder sich mit Knete am Boden (oder an einer Unterlage) befestigen lässt
  • Kreidestücke
  • ein großes Blatt Pauspapier
  • ein Marker oder Filzstift
  • eine Taschenlampe
  • ein großes Blatt weißes Papier
Herkunft: La main à la pâte, Paris. Originalversion: www.fondation-lamap.org/eratos

Sammeln der anfänglichen Vorstellungen der Schüler/innen

Nach der Veränderung der Schatten im Laufe eines Tages befragt, sagen die Schüler/inne/n einstimmig, dass sie gegen Abend länger werden, "weil die Sonne untergeht". Sie schließen daraus, "dass die Schatten morgens auch sehr lang sein müssen, weil die Sonne gerade aufgegangen ist". Was die Zeit dazwischen angeht, glauben sie, dass sie zuerst kürzer werden bis zu der Zeit, "da man zum Essen in die Kantine geht, denn dann steht die Sonne ganz hoch am Himmel". Und dann werden sie wieder länger. Fordert man sie auf, sich zu diesen verschiedenen Zeiten zu zeichnen, beschränken sie sich im Allgemeinen darauf, die Veränderung der Länge ihres Schattens mit einer hinter ihnen und verschieden hoch stehenden Sonne wiederzugeben. Aber den Lauf der Sonne und die unterschiedlichen Richtungen der Schatten stellen sie nicht dar.

Beobachtungen

Um mehr darüber zu erfahren, beobachten die Schüler/innen den Schatten von Gegenständen, die draußen in der Sonne stehen, und zwar einmal morgens, einmal in der Mittagspause und zweimal nachmittags. Wenn die Längenschwankungen auch im großen und ganzen ihren Erwartungen entsprechen, so überrascht sie doch zunächst die Tatsache, dass die Schatten auch ihre Richtung ändern. Doch sie begreifen die Ursache schnell: "Weil die Sonne sich am Himmel fortbewegt!".

Schattenumrisse zeichnen

Wie lässt sich die Veränderung der Schatten im Laufe eines Tages genau festhalten? Indem man den Schatten ein und desselben Gegenstands zu verschiedenen Zeitpunkten misst. Die Schüler/innen wählen in kleinen Gruppen irgendeinen Gegenstand (der aber nicht höher als 20 cm sein sollte) und stellen ihn auf den Boden, an eine Stelle, die den ganzen Tag über in der Sonne liegt. Kann der Gegenstand nicht ständig an diesem Ort bleiben, malen sie mit Kreide den Umriss seiner Basis auf den Boden, damit sie ihn später wieder genau, mit derselben Ausrichtung, dorthin stellen können.

Ungefähr jede Stunde zeichnen die Mitglieder jeder Gruppe abwechselnd den neuen Schattenumriss. Am Ende des Tages versammeln sich alle Schüler/innen an den jeweiligen Gegenständen und stellen fest, dass sich die Schatten unter Veränderung ihrer Länge um die Basis der Gegenstände "gedreht" haben. Einige Schüler/innen werden beauftragt, ihre Schattenserie für spätere Zwecke auf große Pauspapierblätter zu übertragen.

Achtung: Nachdem die Schüler/innen gegangen sind, nimmt sich der/die Lehrer/in einen Kompass und zeichnet in eine der gemalten Schattenserien unauffällig die Nord-Süd-Richtung ein, ebenso auf das entsprechende Pauspapier. Warum, werden wir in den anschließenden Unterrichtseinheiten sehen.

Zeichnungen mit Erläuterungen

Die Kinder versuchen, das beobachtete Phänomen so gut wie möglich zeichnerisch zu "erklären". Manche zeichnen ebenso viele Sonnen wie Schattenumrisse, wobei die Strahlen über die Spitze des Gegenstands bis zum Ende des Schattens gehen, was zeigt, dass sie den hinter dem "Muster" stehenden Mechanismus verstanden haben.

Simulation

Bei dieser Simulation werden beide Aspekte des Phänomens nachgestellt, sowohl die Veränderung der Schattenlänge als auch die gleichzeitige Drehung der Schatten selbst. In einem verdunkelten Raum werden die vorher in der Sonne verwendeten Gegenstände auf ein großes weißes Blatt gestellt. Jede Gruppe versucht dann mit der Taschenlampe die scheinbare Bewegung der Sonne so nachzuahmen, dass sich der Schatten um den Gegenstand dreht und sich dabei gleichzeitig seine Länge verändert. Manche Schüler/innen, die sich daran erinnern, was mit dem Schatten geschieht, wenn sie ihre Taschenlampe hinter einem Gegenstand von einer Seite zur anderen führen, werden dann herausfinden, wie sie die Taschenlampe in einem Bogen bewegen müssen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen (Abb. 7).

Skizze der Richtungen und Längen der Schatten eines Stabes bei bogenförmiger Bewegung der Taschenlampe

Abb. 7: Verlauf des Schattenwurfs wenn die Taschenlampe in einem Bogen (entsprechend dem Lauf der Sonne) um den Stab herumgeführt wird.

Danach stellt jede Gruppe ihren Gegenstand auf das Pauspapier mit den Schattenumrissen und die Schüler/innen versuchen abwechselnd, den Schatten des Gegenstands wieder in die jeweiligen Umrisse zu projizieren. Nachdem sie die richtige Stellung der Taschenlampe für jeden einzelnen Schattenumriss gefunden haben, versuchen sie die Bewegung kontinuierlich auszuführen. Diejenigen, denen dies gelingt, können sich damit brüsten, "die echte Sonne" nachgeahmt zu haben.

In der folgenden Projektphase soll die scheinbare Bewegung der Sonne genauer untersucht werden.

Letzte Aktualisierung: 28.6.2013

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