Schatten mit Taschenlampe und Papierformen: Ein Versuch zu zweit

Licht, Karte und Wand vorbereiten

Sie benötigen eine batteriebetriebene Taschenlampe, eine größere undurchsichtige Papier- oder Pappkarte in Dreiecksform und eine helle Wand. Ein aufrecht stehendes weißes Blatt kann als Projektionsfläche dienen, wenn die Wand ungeeignet ist. Eine ebene Fläche erleichtert den Vergleich, weil ein Schatten über einer Ecke oder einem Möbelstück verzerrt erscheinen kann. Wählen Sie Material und Halterungen so, dass sie für die beteiligten Kinder geeignet sind.

Eine erwachsene Person übernimmt die Vorbereitung und achtet auf einen sicheren Aufbau. Die Lampe wird zur Wand gerichtet, nicht in die Augen. Der Raum muss nicht vollständig dunkel sein; genügend Licht zum sicheren Bewegen ist wichtiger als ein möglichst dunkler Schatten. Kabel, heiße Lampen oder eine instabile Stütze sind für diese einfache Runde nicht nötig. Kinder, denen Dunkelheit unangenehm ist, können bei normaler Raumbeleuchtung teilnehmen.

Die Karte sollte groß genug sein, um sie bequem am Rand zu halten. Wer sie nicht selbst greifen möchte oder kann, darf zeigen, wo sie platziert werden soll, während eine andere Person sie hält. Die Taschenlampe kann bei einer erwachsenen Person bleiben. Dennoch kann das Kind entscheiden, wann die Lampe eingeschaltet oder wie die Karte bewegt wird; eine Rolle ist nicht auf die Hand beschränkt, die das Material hält.

Stellen Sie die Lampe so auf, dass ihr Lichtfleck deutlich auf die freie Wand trifft. Halten Sie das Dreieck zwischen Lampe und Wand, ungefähr quer zur Richtung des Lichts. Prüfen Sie, ob auf der Wand eine dunklere dreieckige Form sichtbar ist. Falls nicht, suchen Sie zunächst die Karte im Lichtweg und verändern Sie die Ausrichtung. Eine vermeintlich falsche Vorhersage lässt sich nicht beurteilen, solange der Aufbau nicht funktioniert.

Zwei Rollen mit echten Entscheidungen

Zu Beginn kann eine Person die Lampe ruhig halten, während die andere die Karte bewegt. Beide vereinbaren vor der Bewegung, was verglichen werden soll. Zum Beispiel: „Die Lampe bleibt an ihrer Stelle und zeigt weiter auf denselben Bereich der Wand. Wir bewegen nur die Karte näher an die Lampe.“ Die beobachtende Person sagt, wann der Schatten sichtbar ist und welche Veränderung sie bemerkt.

Vor einer weiteren Runde können die Rollen wechseln, sofern beide das möchten und der sichere Umgang gewährleistet ist. Wer die Lampe nicht selbst halten kann oder soll, kann trotzdem die Richtung vorgeben, einen Startpunkt auswählen oder das Beobachtete beschreiben. Die Person, die einen Gegenstand bewegt, muss nicht allein über den Versuch entscheiden. Fragen wie „Sollen wir diese Stelle noch einmal prüfen?“ stehen beiden offen.

Eine hilfreiche Anweisung benennt den Gegenstand und die Richtung: „Bewege die Karte ein Stück zur Lampe“ ist eindeutiger als „Mach ihn größer“. Der Schatten ist das Beobachtungsergebnis; unmittelbar verändert wird die Position der Karte. Wenn die Anweisung unklar ist, darf der Partner nachfragen, bevor er handelt. So können beide prüfen, ob sie dieselbe Bewegung meinen.

Wenn eine Person vor allem zuschauen möchte, kann sie auf die Wand zeigen oder entscheiden, ob zwei Schatten ähnlich aussehen. Ein Rollenwechsel ist eine Möglichkeit, keine Prüfung. Wichtig ist, dass die Beteiligten ihre Fragen und Entscheidungen einbringen können und dass niemand die Karte bewegen muss, wenn sich das unangenehm anfühlt.

Wo entsteht der Schatten?

Richten Sie die Lampe zunächst ohne Karte auf die Wand. Die beleuchtete Fläche dient als Vergleich. Dann halten Sie das Dreieck in den Lichtweg. Ein Teil des Lichts wird von der undurchsichtigen Karte blockiert; auf dem entsprechenden Bereich der Wand kommt weniger direktes Licht der Taschenlampe an. Dort erscheint ein Schatten. Er ist also kein dunkler Stoff, der von der Karte auf die Wand wandert.

Die Reihenfolge im Aufbau ist Lampe — Karte — Wand. Steht die Karte hinter der Wand oder neben dem Lichtweg, entsteht an der erwarteten Stelle kein entsprechender Schatten. Lassen Sie einen Partner zeigen, wo die Lampe ist, und den anderen den Weg zur Wand beschreiben. Mit dieser Orientierung lässt sich gemeinsam nach einer Ursache suchen, wenn zunächst nur ein heller Fleck zu sehen ist.

In einem beleuchteten Raum kann der Schatten trotzdem grau oder nur schwach erscheinen. Licht von einem Fenster oder einer weiteren Lampe erreicht die Wand möglicherweise weiterhin. Auch die Eigenschaften der Taschenlampe beeinflussen das Ergebnis. „Dunkler als die Umgebung“ ist daher oft eine passendere Beschreibung als die Behauptung, im Schatten komme überhaupt kein Licht an.

Die NASA beschreibt bei ihrem Versuch [„Bear’s Shadow“](https://science.nasa.gov/resource/exploring-earth-bears-shadow/), wie eine Taschenlampe um einen Gegenstand bewegt wird, um Schatten zu erkunden. Für unseren ersten Vergleich bleiben Lampe und Wand zunächst fest; dadurch lässt sich gezielt beobachten, was die Bewegung der Karte verändert.

Zuerst nur die Karte bewegen

Markieren Sie eine Ausgangsposition zwischen Lampe und Wand, zum Beispiel mit einem kleinen Stück Papier auf dem Tisch unter der Karte. Der Schatten soll vollständig auf der Wand zu sehen sein. Eine Person hält die Lampe still; die andere bewegt die Karte ein Stück zur Lampe hin, ohne sie stark zu drehen. Danach hält sie an, damit beide die neue Schattenform betrachten können.

Bei einem geeigneten Aufbau wird der Schatten auf derselben Wand häufig größer, wenn die Karte näher an die Lichtquelle rückt. Er kann dabei zugleich unschärfer werden. Ob der ganze Schatten noch sichtbar ist und wie deutlich er ausfällt, hängt unter anderem von der Größe und Bauart der Lichtquelle, den Abständen und der Beleuchtung im Raum ab. Beobachten Sie deshalb das tatsächliche Ergebnis, statt eine bestimmte Größe zu versprechen.

Bewegen Sie die Karte zurück zum Ausgangspunkt und dann näher an die Wand. Vergleichen Sie erneut. Häufig wird der Schatten kleiner und seine Begrenzung deutlicher, wenn die Karte näher an der Wand steht. Halten Sie die Karte ungefähr parallel zur Wand und innerhalb des Lichtkegels. Wenn der Schatten den Rand der beleuchteten Fläche verlässt, kann er unvollständig erscheinen; das ist ein anderes Problem als eine bloße Größenänderung.

Die Partner können vor dem Verschieben vermuten, was geschehen wird: „Ich glaube, der Schatten wird größer.“ Nach der Bewegung beschreiben sie, was sie tatsächlich sehen. Eine Vermutung muss nicht stimmen, um für den Versuch nützlich zu sein. Fragen Sie bei einem unerwarteten Ergebnis, ob Lampe, Wand und Ausrichtung wirklich gleich geblieben sind und ob beide Positionen vergleichbar waren.

Einen fairen Vergleich herstellen

Ein fairer Vergleich verändert gezielt eine Bedingung und hält die anderen möglichst konstant. Wenn Karte und Lampe gleichzeitig bewegt werden, lässt sich schwer erkennen, welche Änderung das Ergebnis beeinflusst hat. Wiederholen Sie dann die Runde mit einer fest abgestützten oder ruhig gehaltenen Lampe. Das ist keine Schuldfrage, sondern eine Verbesserung des Aufbaus.

Nutzen Sie zwei markierte Kartenpositionen, etwa A und B. Legen Sie fest, ob die Marke die Vorderkante der Karte oder ihren Haltepunkt bezeichnet. Eine Person hält die Karte erst über A, dann über B; die andere achtet darauf, dass die Lampe nicht verrutscht. Wenn die Karte an B gedreht wird, beschreiben Sie diese zusätzliche Veränderung oder richten Sie sie wieder wie an A aus.

Für einen einfachen Größenvergleich können Sie die äußersten Punkte des Schattens auf einem an der Wand befestigten Blatt markieren. Beschriften Sie die erste Markierung mit A und die zweite mit B. Nutzen Sie nur eine Oberfläche, die dafür vorgesehen ist, und befestigen Sie das Blatt sicher. Falls die Schattenränder unscharf sind, vereinbaren Sie gemeinsam, welchen Teil des Übergangs Sie markieren; die Messung bleibt dann ungefähr.

Das Exploratorium schlägt in seinem Material zum [Vergleichen von Schatten](https://www.exploratorium.edu/sites/default/files/pdfs/ifi/Subtle_Shifts.pdf) vor, Abstände und Schattengröße systematisch festzuhalten. Für jüngere Kinder reicht zunächst die Beobachtung „bei A kleiner, bei B größer“. Zahlen sind eine zusätzliche Möglichkeit, kein notwendiger Beweis für jede gemeinsame Erkundung.

Form und Ausrichtung der Karte untersuchen

Halten Sie das Dreieck zunächst möglichst parallel zur Wand. Sein Schatten kann einen ähnlich dreieckigen Umriss zeigen. Drehen Sie die Karte dann ein wenig um eine Achse und vergleichen Sie den Schatten erneut. Je nach Winkel kann er schmaler oder verzerrt wirken. Die Karte selbst bleibt dieselbe; verändert wurde ihre Ausrichtung im Lichtweg.

Für diesen Vergleich sollten Lampe, Wand und der ungefähre Standort der Karte gleich bleiben. Markieren Sie die Stelle, an der die Karte gehalten wird, und vereinbaren Sie, wie sie gedreht werden soll. Ein Partner kann die Bewegung ausführen, der andere beobachtet, ob alle drei Ecken noch gut erkennbar sind. Anschließend beschreibt jeder, was er gesehen hat.

Drehen Sie die Karte sehr weit, wird sie aus Richtung der Lampe zunehmend schmaler sichtbar. Der Schatten kann entsprechend schmal werden oder im Lichtfleck schwer zu erkennen sein. Das bedeutet nicht, dass die Karte verschwunden ist. Ein Blick auf die Karte selbst und ein Blick auf die Wand zeigen zwei unterschiedliche Aspekte desselben Aufbaus.

Vergleichen Sie nun ein Dreieck mit einem Kreis aus derselben Pappe. Wechseln Sie nur die Form; halten Sie die Karten möglichst an derselben Stelle und in ähnlicher Ausrichtung. Auf einer ebenen Wand kann ein kreisförmiger Schatten entstehen. Wenn die zweite Karte viel größer ist als die erste, ändern sich jedoch Form und Größe zugleich. Für die Frage nach der Form ist ein vergleichbar großer Zuschnitt hilfreicher.

Scharfe und weiche Ränder

Ein Schatten hat nicht immer eine messerscharfe Kante. Bei einer Taschenlampe kann der Übergang von hell zu dunkel breit oder schmal erscheinen. Bewegen Sie die Karte bei unveränderter Lampe einmal nahe an die Wand und einmal weiter davon entfernt. Beobachten Sie nicht nur die Größe, sondern auch, ob der Rand an beiden Stellen gleich deutlich ist.

Die leuchtende Fläche einer Taschenlampe ist nicht unbedingt ein mathematischer Punkt. Unterschiedliche Bereiche der Lichtquelle können durch die Karte verschieden stark verdeckt werden. Dadurch entstehen Übergangsbereiche, die nicht so dunkel sind wie der Schattenkern. Andere Lichtquellen und zusätzliches Raumlicht beeinflussen, was sichtbar wird. Bei einem jungen Kind reicht die Beschreibung „Hier ist der Rand weicher“; Fachwörter sind nicht erforderlich.

Wenn beide Partner die Schattengröße vergleichen, sollten sie denselben Teil des weichen Randes betrachten. Eine Person kann etwa den deutlich dunkleren Bereich markieren und die andere anschließend dasselbe Kriterium verwenden. Trotzdem bleibt eine solche Messung ungefähr. Schreiben Sie diese Unsicherheit ruhig dazu, statt eine scheinbar exakte Zahl vorzugeben. Stimmen beide nicht überein, können sie die Grenze erneut gemeinsam ansehen und ihre Wahl beschreiben.

Lässt sich die Kante kaum erkennen, kann ein größerer Kontrast helfen: eine helle Wand, eine geeignete Position der Karte oder eine etwas dunklere Umgebung, in der sich alle noch sicher bewegen können. Ein anderer Gegenstand vor der Lampe oder eine zweite Lichtquelle kann ebenfalls Einfluss haben. Verändern Sie eine Sache nach der anderen, wenn Sie herausfinden möchten, was den Unterschied verursacht.

Die Lampe bewegen statt der Karte

In einer neuen Runde bleibt die Karte an einem markierten Platz, während eine erwachsene Person die Taschenlampe seitlich verschiebt und weiter auf den Aufbau richtet. Beobachten Sie, wie sich die Lage des Schattens auf der Wand verändert. Fragen Sie zunächst nach der Richtung der Lampenbewegung und dann nach der Bewegung des Schattens. Die genaue Wirkung hängt davon ab, wie Lampe, Karte und Wand zueinander ausgerichtet sind.

Zeichnen oder markieren Sie vor dem Verschieben den Mittelpunkt des Lichtflecks und die Position des Schattens. Nach der Bewegung können beide Partner zeigen, was sich auf der Wand verändert hat. Ist zugleich die Karte verrutscht, kehren Sie zum Ausgangsaufbau zurück. Ein erneuter Versuch ist besonders hilfreich, wenn die erste Beobachtung überraschend oder schwer zu erkennen war.

Wenn die Lampe zur Seite bewegt wird, kann sie die Karte aus einer anderen Richtung beleuchten; der Schatten verschiebt sich auf der Wand. Bei einer einfachen, geraden Anordnung erscheint diese Verschiebung oft entgegengesetzt zur seitlichen Bewegung der Lichtquelle. Prüfen Sie die Aussage am konkreten Aufbau, statt sie unabhängig von Winkel und Position als starres Rezept auswendig zu lernen.

Eine weitere Frage lautet: Was passiert, wenn die Lampe ausgeschaltet wird? Der durch diese Lampe erzeugte beleuchtete Fleck und der dazugehörige sichtbare Schatten verschwinden möglicherweise. Andere Lichtquellen im Raum können weiterhin Schatten erzeugen. Wenn nach dem Ausschalten noch ein dunkler Bereich zu sehen ist, schauen Sie gemeinsam, welche Beleuchtung noch vorhanden ist.

Wenn der Schatten anders aussieht als erwartet

Ein dreieckiger Schatten muss nicht immer exakt wie die Pappkarte aussehen. Die Karte kann schräg gehalten werden, die Wand kann uneben sein oder nur ein Teil der Karte liegt im Lichtkegel. Gehen Sie diese Möglichkeiten nacheinander durch: Ist die ganze Karte beleuchtet? Zeigt die Lampe auf eine ebene Fläche? Wird die Karte gedreht? Erst danach ändern Sie den Aufbau.

Ist gar kein Schatten erkennbar, prüfen Sie, ob die Lampe eingeschaltet ist und ihr Licht tatsächlich auf die Wand fällt. Halten Sie anschließend die Karte zwischen Lichtquelle und Wand. Vielleicht befindet sich die Karte neben dem Lichtkegel oder zu weit außen. Eine gut sichtbare Ausgangssituation ist keine Nebensache, sondern Voraussetzung dafür, dass beide dieselbe Beobachtung besprechen.

Erscheinen zwei Schatten oder mehrere helle und dunkle Bereiche, suchen Sie nach mehreren Lichtquellen. Manche Taschenlampen besitzen mehrere Leuchtelemente; auch ein Fenster oder eine Raumlampe kann beteiligt sein. Sie müssen nicht jede Quelle ausschalten, aber die Beobachtung sollte zum tatsächlichen Aufbau passen. Eine andere Taschenlampe oder eine Positionsänderung kann den Vergleich vereinfachen.

Wenn die Partner verschiedene Ergebnisse beschreiben, bitten Sie beide zu zeigen, welchen Teil sie meinen. Eine Person könnte den dunklen Kern betrachten, die andere den weicheren Rand. Möglicherweise schauen sie auch aus unterschiedlichen Winkeln auf eine Wandkante. Ein gemeinsamer Bezugspunkt an der Projektionsfläche hilft, die Aussagen miteinander zu vergleichen.

Verschiedene Materialien vergleichen

Neben der undurchsichtigen Pappe können die Partner ein anderes geeignetes Material zwischen Lampe und Wand halten, etwa ein Stück dünnes Papier. Beobachten Sie, ob der Lichtfleck vollständig, teilweise oder kaum abgeschwächt wird. Verwenden Sie jeweils etwa gleich große Stücke an derselben Position. Wie viel Licht durchkommt, hängt vom konkreten Material und seiner Dicke ab; „Papier“ allein legt das Ergebnis nicht fest.

Bei einem teilweise lichtdurchlässigen Material kann der Bereich an der Wand heller sein als beim Schatten der Pappe. Ein durchsichtiges Material kann Licht ebenfalls beeinflussen oder reflektieren, sodass die Beobachtung nicht immer einfach in „Schatten“ und „kein Schatten“ passt. Beschreiben Sie zunächst, was tatsächlich sichtbar ist. Für den ersten Formvergleich bleibt undurchsichtige Pappe die eindeutigere Wahl.

Eine Karte mit einem ausgeschnittenen Loch bietet eine weitere Frage: Was passiert im Schatten an der Stelle des Lochs? Licht kann durch die Öffnung auf die Wand gelangen, während die übrige Pappe mehr Licht blockiert. Das helle Lochbild kann je nach Lampe und Abstand unscharf sein. Halten Sie die Karte so, dass die Öffnung im beleuchteten Bereich liegt, bevor Sie einen Schluss ziehen.

Verwenden Sie für Vergleiche nur sichere, geeignete Materialien. Spiegel, stark glänzende Gegenstände oder sehr helle Lichtquellen sind für diesen Aufbau nicht nötig. Richten Sie die Lampe weiterhin nicht auf Gesichter. Wenn jemand die Lichtverhältnisse als unangenehm empfindet, verändern Sie die Aktivität oder beenden Sie sie gemeinsam.

Einen Schatten festhalten und erklären

Die Partner können zwei Situationen zeichnen: Lampe, Karte und Wand in Position A und dieselben Gegenstände in Position B. Pfeile zeigen, welche Bewegung zwischen den Bildern stattgefunden hat. Schreiben Sie dazu, welche Dinge gleich blieben. Eine Zeichnung muss nicht maßstabgetreu sein, sollte aber erkennbar machen, dass die Karte zwischen Lichtquelle und Wand steht.

Eine Person, die beim Versuch nicht dabei war, kann die Skizze betrachten und beschreiben, was sie versteht. Fehlt die Lampe oder ist die Bewegungsrichtung nicht erkennbar, ergänzen die Autoren einen Pfeil oder eine kurze Beschriftung. Das Bild dokumentiert den Aufbau; es ersetzt nicht die frühere Beobachtung an der Wand. Eine besonders große Zeichnung des Schattens beweist allein nicht, dass der echte Schatten genau so groß war.

Eine knappe Notiz könnte lauten: „Lampe und Wand blieben am Platz. Die Karte wurde näher zur Lampe bewegt. Der Schatten an der Wand erschien größer und am Rand weicher.“ Falls die Beteiligten etwas anderes beobachtet haben, notieren sie ihr eigenes Ergebnis samt Bedingungen. Ergänzen Sie, wenn eine Person die Karte hielt und die andere eine Position zeigte oder die Schattenmarkierung anbrachte.

Die Partner können auch eine Frage für später aufbewahren: „Was verändert sich, wenn wir statt des Dreiecks einen Kreis an dieselbe Stelle halten?“ Ein späterer Versuch sollte wieder benennen, was gleich bleibt. Weitere Anregungen zum Festhalten einer Handlung finden sich in der konkreten Beobachtung.

Gleiche Karte, unterschiedlich große Schatten

Vergleichen Sie die Schatten bei A und B noch einmal, ohne die Karte selbst zu verändern. Ist der Schatten bei einer Position größer, lässt sich daraus nicht schließen, dass die Papierform gewachsen ist. Halten Sie die Karte zur Kontrolle auf dieselbe Unterlage oder legen Sie sie auf ihren ursprünglichen Umriss. Ihre Ausdehnung bleibt gleich; verändert hat sich die Projektion auf der Wand.

In einem vereinfachten Modell mit einer punktförmigen Lichtquelle und einer zur Wand parallel gehaltenen Karte hängt die Vergrößerung vom Verhältnis der Abstände ab. Eine echte Taschenlampe hat jedoch eine ausgedehnte Lichtquelle und kann einen weichen Rand erzeugen. Für den Versuch müssen Kinder keine Formel anwenden. Sie können festhalten, dass das Ergebnis für die gewählten Positionen gilt und bei einem anderen Aufbau erneut geprüft werden sollte.

Wenn der größere Schatten über das befestigte Blatt hinausragt, wählen Sie eine größere Projektionsfläche oder verändern Sie die Positionen. Ein abgeschnittener Schatten lässt sich nicht zuverlässig mit einem vollständig sichtbaren vergleichen. Die Partner können vorher gemeinsam prüfen, ob alle drei Ecken und ein kleiner Abstand zum Blattrand erkennbar sind. Das erleichtert auch das spätere Markieren der Schattenbegrenzung. Notieren Sie die Änderung am Aufbau und beginnen Sie die Vergleichsrunde erneut, damit beide Partner wissen, worauf sich ihre Beobachtung bezieht.

Gemeinsam entscheiden, wann der Versuch endet

Für eine erste Begegnung genügt es, den Schatten sichtbar zu machen und zwei Kartenpositionen zu vergleichen. Formwechsel, weiche Ränder und andere Materialien sind eigenständige Erweiterungen. Wenn ein Kind nur zuschauen oder früher aufhören möchte, kann der Aufbau beendet oder einem anderen Interesse angepasst werden. Neugier muss nicht durch eine bestimmte Zahl von Messungen belegt werden.

Zum Abschluss kann jede Person zeigen, was sie verändert oder beobachtet hat. Eine könnte die Karte zu Position A zurückbewegen, die andere auf den Schatten zeigen. Wenn die Rollen gewechselt wurden, lässt sich besprechen, welche Hinweise beim Halten der Lampe oder der Karte hilfreich waren. Wer nicht sprechen möchte, kann die Bewegung noch einmal zeigen oder zwischen zwei Skizzen wählen.

Räumen Sie die Lampe und die Karten gemeinsam weg, sobald alle fertig sind. Der Kern des Versuchs bleibt eine überprüfbare Beziehung: Eine Lichtquelle, ein Gegenstand im Lichtweg und eine Fläche ergeben unter passenden Bedingungen einen sichtbaren Schatten. Wie groß und deutlich dieser erscheint, lässt sich nur für den jeweiligen Aufbau beobachten und vergleichen.