Visuelle Kommunikation Flashcards
Was ist Licht?
- Elektromagnetische Wellen und Teilchen
- Duale Natur des Lichts als EM Welle und als Teilchen
- Ähnlich Schallwellen im Hinblick auf sphärische Abschwächung, Reflexion, Brechung, Beugung
- Verschieden von Schall: Licht ist keine mechanische Welle und breitet sich am besten in Vakuum aus
Wellenlänge und Energie elektromagnetischer Strahlung
- Energie pro Photon : E = h*f (h: Planck Konstante, f: Frequenz)
- Lange λ besitzen niedrige Energie
- Mikrowellen und Infrarot werden stark von Wasser absorbiert (Vibration: Hitze)
- Kurze λ besitzen viel Energie : zerstören chemische Bindungen
Spektrale Eigenschaften des Sonnenlichts
- Atmosphärische Filterung von Sonnenlicht ändert sich mit Wellenlänge
- Licht im Vakuum funktioniert super
- Lange Wellenlänge geradeaus weiter, keine Streuung
- kurze Wellenlänge stark gestreut, deshalb ist der Himmel blau
- Infra-Rot und UV-Licht gelangen nicht ins Wasser
- blaue, kurzwellige gelangt am tiefsten hinein, Absorption nimmt immer weiter zu
Beschreiben Sie die Interaktion von EM-Wellen mit Materie.
- Atome und Moleküle besitzen ihre eigenen spezifischen Resonanzfrequenzen
- Ob ein Molekül eine EM-Welle absorbiert, hängt von der Übereinstimmung seiner Resonanzfrequenz mit der Frequenz der EM-Welle ab
- Mikrowellen und IR werden stark von Wasser absorbiert: Hitze
- Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und kosmische Strahlung sind so energiereich, dass sie Moleküle zerstören / Zellen töten
- Wellenlängen/Frequenzen des sichtbaren Lichts schädigen Moleküle nicht, können aber bei bestimmten Molekülen Reaktionen auslösen
- UV kann bereits schädigend sein, wird aber von manchen Tieren und von Pflanzen genutzt
Ist Licht transparent oder durchsichtig?
- Wenn Resonanzfrequenzen von Molekülen ähnlich der Frequenz des Lichts sind, dann wird das Licht vom Medium absorbiert: undurchsichtig
- Wenn Resonanfrequenzen von Molekülen verschieden von der Frequenz des Lichts sind, dann wird das Licht nicht absorbiert, sondern kann das Medium durchdringen: transparent
Beschreiben Sie die Reflexion und Brechung.
- Richtung und Stärke der Brechung hängt von Unterschied in Ausbreitungsgeschwindkeit zwischen Medien ab.
- Brechung ernöglicht Entstehung von Bildern, Bildformung mit einer konvexen Linse
Warum ist die Sonne gelb und der Himmel blau?
Licht im Vakuum funktioniert super
- Lange Wellenlänge geradeaus weiter, keine Streuung
- kurze Wellenlänge stark gestreut, deshalb ist der Himmel blau
- Alle Wellenlängen zusammen ergeben weißes Licht
- Wird das Licht abgelenkt, werden die einzelnen Spektralfarben sichtbar
- Rayleigh-Phänomen: Sonnenstrahlen durchdringen Erdatmosphäre,
- Lichstrahlen treffen auf Teilchen (Sauerstoff, Stickstoff) und werden dadurch abgelenkt
- Es wird vor allem blaues Licht, als kurze Wellenlänge, gestreut
- Lange Wellenlänge werden weniger gestreut
- Sonne ist gelb, aufgrund der Verteilung der Wellenlänge, ungefiltert, blaues Licht wird gestreut und die Sonne erscheint gelb
- Himmel ist blau, das hat mit der Streuung zu tun, Streuung ist Wellenlängen abhängig
Beschreiben Sie die Einfluss von Wasser auf die Wellenlängen.
(Visuelle Kommunikation)
- Wasser absorbiert lange und kurze Wellenlängen sehr stark,
- Wasser erscheint für uns blau
- Kein Tageslicht tiefer als 1000 m
- Infra-Rot und UV-Licht gelangen nicht ins Wasser
- blaue, kurzwellige gelangt am tiefsten hinein, Absorption nimmt immer weiter zu
- Spektrum des Lichts ändert sich mit der Wassertiefe
Warum Licht für visuelle Kommunikation funktioniert?
- Sichtbares Spektrum stark im Sonnenlicht vertreten
- Schädigt Zellen nicht
- Wird von Objekten reflektiert
- Geradlinige Transmission in Luft und Wasser ermöglicht räumliche Abbildung von Umwelt/ Objekten
- Brechung an Grenzflächen zwischen Medien ermöglicht Fokussierung und Bildentstehung
Was sind Pigmente?
- Pigmente: Moleküle mit konjugierten Doppelbindungen z.B. Benzen, Karotin, Pterine(Schmetterlingsflügel), Poryphyrine (Hg)
- z.B. Karotin absorbiert alles bis auf Orange, Färbung, Wettbewerbsvorteil, Rückschluss auf Nahrrungssuche (bei Vögeln und Fischen wie Schwertträger und Blaustrichellori)
- z.B. Melanine: schwarze Striche bei Schwertträger und Falter
- z.B. Psittacofulvin: rote Federn bie Blaustrichellori
Was sind Chromatophoren?
- Chromatophoren können schnelle Farbänderungen durchführen
- Farbstoff kann umverteilt werden
- Fisch - schwarz konzentriert auf einer Stelle, erscheint hell; schwarz gleichmäßig verteilt, erscheint schwarz
- Neuronale Kontrolle: Tintenfisch besitzt Muskelfaster, große Fläche mit Farbstoff oder konzentriert, geht blitzschnell
- Hormonelle Kontrolle: Bei Fischen z.B. Wolfsbarsch und Eidechsen
Beschreiben Sie die Interferenz bei Strukturfarben.
Weisses Licht besteht aus Licht verschiedener Wellenlängen. Solange dieses weisse Licht nicht aufgespalten wird, können wir die einzelnen Farben nicht wahrnehmen. Sobald aber eine Farbe bzw. Licht einer Wellenlänge fehlt (z.B. Blau), sehen wir das ursprünglich weisse Licht farbig und zwar in der Komplementärfarbe des fehlenden Lichtanteils (hier z.B. Gelb).
Fällt weisses Licht auf eine vielschichtige, transparente Oberfläche, wird das gesamte Licht aller Wellenlängen reflektiert. Obwohl nach wie vor Licht aller Wellenlängen vorhanden ist, wirkt die Oberfläche auf uns farbig und nicht weiss. Wieso ist das so? Hier kommt das Phänomen der Interferenz ins Spiel. Dadurch, dass die Oberfläche mehrere transparente Schichten hat, wird das Licht verschiedener Wellenlängen auf unterschiedliche Art reflektiert. Je nach Wellenlänge durchdringt das Licht die transparenten Schichten und wird erst dann reflektiert oder es wird bereits an der Oberfläche der Schicht reflektiert. Die Lichtwellen verschiedener Wellenlängen werden also nicht alle zeitgleich an derselben Oberfläche reflektiert. Somit wird eine Überlagerung der Wellen möglich. Falls sich zwei Wellen überlagern, sich aber nicht in derselben Phase bewegen, können sie sich auslöschen. Dieser Vorgang wird destruktive (vernichtende) Interferenz genannt. Interferenz kann aber auch konstruktiv (aufbauend) wirken. Wenn zwei Wellen in Phase schwingen und sich exakt überlagern, werden diese addiert und es entsteht eine noch grössere reflektierte Welle. Durch die verstärkte Reflexion wird eine intensivere Farbwahrnehmung möglich, die mit normalen Pigmentfarben nicht erreicht werden kann.
- Gebrochenes und dann reflektiertes Licht ist phasenverschoben im Vergleich zu direkt reflektiertem Licht
- Irisierende Farben: Erscheinung ändert sich mit Winkel
- Licht trifft auf Oberfläche, wird gebrochen, entschwindet und wieder Brechung bei Austritt aus Oberfläche
- Licht wird ebenfalls direkt reflektiert und indirekt reflektiert
- Es gibt sowohl konstruktive Interferenz (Licht ist heller) und destruktive Interferenz (Phasen sind gegeneinander verschoben (dunkler)
- Beispiele Schmetterling, Kolibri
Beschreiben Sie die Streuung von Strukturfarben.
- Entweder Absorption oder Reflektion
- Reflektierte Farben werden wahrgenommen
- Weiß reflektiert alle Farben
- Schwarz absorbiert alle Farben
Beschreiben Sie die Biolumineszenz.
- Unter ATP Verbrauch, Umbau von Luciferin
- Glühwürmchen: artspezifische zeitliche Muster; bei einigen Arten sogar synchronisiertes Aufleuchten, Pulsieren
Beschreiben Sie (auch bildlich) den Unterschied des Aufbaus zwischen Einzellinsenauge und Komplexaugen.
Komplexauge
- einzelne Einheiten, einzelne Linsen und Photorezeptoren
- bildet kein Bild
- einzelne Lichtformen, Pixel
Beschreiben Sie die räumliche Auflösung von Kameraauge und Komplexauge.
- Unterschiedliches Auflösungsvermögen verschiedener Arten kann genutzt werden für private Kommunikation
- Limitierend bei Kameraauge: Fotorezeptordichte/Augengröße
- Limitierend bei Linsenauge: Ommatidiendichte/Augengröße
