Internationaler Tag des Lichts (16. Mai) - Angebote für Lehrer und Schüler
Ein besonderer Beitrag der Schweiz zum Internationalen Tag des Lichts: Das Stellarium Gornergrat – Ein ferngesteuertes astronomisches Observatorium für Schüler, Lehrer und Amateurastronomen; ganz rechts eine Aufnahme der Galaxien M81/82 mit dem 60 cm "deep sky"-Teleskop des Stellariums.
0. Hintergrund
Der Internationale Tag des Lichts (IDL) ist ein weltweiter, von der UNESCO unterstützter Gedenk- und Aktionstag, der die Bedeutung von Licht für Wissenschaft, Kultur und Kunst, Bildung und nachhaltige Entwicklung ins Bewusstsein rufen soll (UNESCO / IDL, https://www.lightday.org/about). Die Veranstaltung findet jedes Jahr am 16. Mai statt, anlässlich des Jahrestages des ersten erfolgreichen Inbetriebnahme eines Lasers durch den Physiker und Ingenieur Theodore Maiman im Jahr 1960. Der Laser ist ein sehr gutes Beispiel dafür, wie eine wissenschaftliche Entdeckung der Gesellschaft in den Bereichen Kommunikation, Energie, Gesundheitswesen und vielen anderen revolutionäre Vorteile bringen kann.
Auf dieser SPG-Webseite finden Sie eine Reihe ausgewählter Angebote (z.B. Freihand-Experimente, außerschulische Bildungsangebote, historische Aspekte). Es gibt Material in Englisch, Deutsch und Französisch (mit kurzen Einführungen meist in der Sprache des Angebots).
1. Optische Demo- und Freihandexperimente, Beobachtungen und Anwendungen
1.1 Physik von Alltagsphänomenen und andere faszinierende Anwendungen
Mehrere Beiträge in den SPG Mitteilungen behandeln physikalisch hochinteressante und gesellschaftlich z.T. sehr wichtige Anwendungen von Licht und Optik, von mehr technischen (Glasfasern, Flüssigkristallanzeigen, LEDs, u.a.m.) bis zu biomedizischen Aspekten (Nicht-visuelle Lichtwirkungen beim Menschen), siehe Abschnitt 3.1.
Sehr interessante Beispiele für hochaktuelle Forschung in diesem Bereich mit einer Querverbindung zur Biophysik bzw. Geophysik sind folgende Projekte:
- Chameleon colour change - an effect of nanophysics
- Laser Lightning Rod (LLR): Dieses Projekt wird von einem Konsortium aus mehreren Forschungseinrichtungen betrieben und von der EU im Rahmen des HORIZON 2020 Programms gefördert. Nachfolgend einige Quellen:
Zuletzt einige Beispiele für spielerische und Haus-Experimente als "Appetitmacher" für das Thema Optik:
- Sneezing, Pixel Spacing, and Geometric Optics
- The dream of transmutation of common material to Silver
- Hearing light
Im folgenden sind weitere Beispiele und Aktivitäten dieser Art, z.B. mit Laserpointern oder Smartphones als Experimentiermittel, zu finden.
1.2 Experimente mit Lasern und Laserpointern
Die folgende Sammlung (die Mehrheit davon frei verfügbar) bietet eine breite Auswahl von Demo-, Freihand- und Experimenten für zuhause mit Lasern zum Lehren und Lernen.
- Gareth T. Williams: Laser experiments for the secondary school classroom
- Gabriel Ramos Ortiz, Jose-Luis Maldonado, Mayo Villagran-Muniz, Z. Ramirez-Maldonado: Forty simple experiments with an He-Ne laser for high school students
- Samuel M. Goldwasser: 101+ Experiments More Than 101 Ways to Use a Laser
- James O’Connell: Optics experiments using a laser pointer. [The Physics Teacher, 37(7), 445-446. (1999)]
Polarisationsoptik mit einem Smartphone: Tageslichtspiegelung auf dem Bildschirm.
Lichtintensität eines LED Monitors als Funktion des Beobachtungswinkels: mit (rot) und ohne (blau) Blickschutzschirm (verallgemeinertes Lambert Gesetz); Messung mit einem Smartphone, siehe Klein et al. (2015).
1/r2 Gesetz für die Lichtintensität einer Punktquelle, gemessen mit einem Smartphone, siehe Klein et al. (2014).
1.3 Optische Experimente mit Smartphones
- D. Bengtsson, L. Jonas, M. Los, M. Montangero and M. Szabo: How Deep is Your Blue? Coloured Chemistry with Smartphones. [in: iStage2: Smartphones in Science teaching. Science on Stage Germany, Berlin (2014)]
- J. J. Birriel: Diffraction by "sheer coincidence". [The Physics Teacher, 56(9), 648-649. (2018)]
- C.-M. Chiang and H.-Y. Cheng: Use smartphones to measure Brewster’s angle. [The Physics Teacher 57, 118–119 (2019).]
- J. Freeland, V. R. Krishnamurthi, and Y. Wang: Learning the lens equation using water and smartphones/tablets. [The Physics Teacher 58, 360–361 (2020).]
- H. Ghalila, A. Ammar, Y. Majdi, S. Lahmar, Z. Dhaouadi, M. Zghal, ... and V. Lakshminarayanan: Hands-on experimental and computer laboratory in optics: the Young double slit experiment. [In: Optics Education and Outreach V (Vol. 10741, International Society for Optics and Photonics, 2018).
- A. Girot, N. A. Goy, A. Vilquin, U. Delabre: Studying ray optics with a smartphone. [The Physics Teacher, 58(2), 133-135 (2020).]
- T. Hergemöller, D. Laumann: Smartphone magnification attachment: Microscope or magnifying glass. [The Physics Teacher, 55(6), 361-364 (2017)].
- P. Klein, M. Hirth, S. Gröber, J. Kuhn, A. Müller: Classical experiments revisited: smartphones and tablet PCs as experimental tools in acoustics and optics. [Physics Education, 49(4), 412–418 (2014).] (second link)
- P. Klein, J. Kuhn, A. Müller: Blickschutzfolie. [Naturwissenschaften im Unterricht Physik 26(145), 36–38 (2015).]
- K. Malisorn et al.: Demonstration of light absorption and light scattering using smartphones. [Phys. Educ., 55(1), 1–8 (2020).]
- R. Mathevet, E. Jammes, Ch. Fabre, N. Lamrani, S. Martin, et al.: Une approche quantitative de la loi de Beer-Lambert avec un smartphone. Premiere partie Seconde partie. [Bulletin de l'Union des Physiciens, no. 1017, p1079-1089 ; no. 1019, 1357-1366 (2019).]
- S. Odenwald: Smartphone Sensors for Citizen Science Applications: Light and Sound. [Citizen Science: Theory and Practice, 5(1): 13, pp. 1–16. (2020).]
- T. Rosi, P. Onorato: Video analysis-based experiments regarding Malus’ law. [Physics Education, 55(4), 045011 (2020).]
- M. Rossi, L. M. Gratton, S. Oss: Bringing the digital camera to the physics lab. [The Physics Teacher, 51(3), 141-143 (2013).]
- J. A. Sans, J. Gea-Pinal, M. H. Gimenez, A. R. Esteve, J. Solbes, J. A. Monsoriu: Determining the efficiency of optical sources using a smartphone’s ambient light sensor. [European Journal of Physics, 38(2), 025301 (2016).]
- I. Salinas, M. H. Gimenez, J. A. Monsoriu, J. C. Castro-Palacio: Characterization of linear light sources with the smartphone’s ambient light sensor. [The Physics Teacher, 56, 562–563 (2018).]
- L. J. Thoms, G. Colicchia, R. Girwidz: Color reproduction with a smartphone. [The Physics Teacher, 51(7), 440–441 (2013).]
Blick hinter den Vorhang: Infrarotbilder und selektive Absorption vom Menschen bis zur Milchstrasse.
Oben: Hinter einem Plastikvorhang: Die Person ist unsichtbar im sichtbaren Bereich (links) und sichtbar im Infrarotbereich (rechts).
Unten: Hinter dem "Staubvorhang" (interstellarer Staub): das galaktische Zentrum ist unsichtbar im sichtbaren Bereich (links) und sichtbar im Infrarotbereich (rechts).
Siehe "Understanding heat and temperature - Thermography learning activities".
1.4 Materialen von MUSE - More Understanding by Simple Experiments. Eine Initiative der Europäischen Physikalischen Gesellschaft
MUSE ist eine Initiative der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, die durch eine einzigartige Sammlung von experimentellen Lernaktivitäten mit einfachen Mitteln, die an Schulen und manchmal sogar zu Hause möglich sind, vertiefte Einblicke in wichtige physikalische Phänomene bietet.
Im Folgenden werden MUSE-Aktivitäten und Artikel zum Thema Optik aufgeführt.
1.4.1 MUSE – Internationales Jahr des Lichts 2015
- More understanding by Simple Experiments (MUSE): Light MUSE Flyer
Eine Sammlung der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, Mulhouse, aus dem Internationalen Jahr des Lichts 2015; Herausgeber: Zdenka Koupilova, Andreas Müller, Gorazd Planinšič und Laurence Viennot. - Squash Ball Heating
- Experiments with a solar cell
- Understanding heat and temperature - Thermography learning activities
- Every objects in the visible and IR guide
- Every objects in the visible and IR handout
- Smartphone and Tablet PC in acoustics and optics
1.4.2 MUSE – Papers
- Colour phenomena & partial absorption
- Colour phenomena & selective absorption
- Shadows: stories of light
1.4.3 MUSE – Workshops
- ICPE-EPEC: ESERA 2013 – Selective absorption
- WCPE-GIREP 2012 – Colour phenomena activities
- GIREP-EPEC 2011: Light & shadows – short paper sheet 1 sheet 2
1.5 Stellarium Gornergrat – Ein ferngesteuertes astronomisches Observatorium für Schüler, Lehrer und Amateurastronomen
- Stéphane Gschwind: Stellarium @ International Day of Light 2021 (eine kurze Beschreibung auf Französisch)
- Sylvia Ekström, Jonas Frey, Stéphane Gschwind, Sascha Hohmann, Andreas Müller, Timm-Emanuel Riesen, Simon Ruffieux, Peter Schlatter: Stellarium Gornergrat – A Swiss Robotic Observatory for Education and Citizen Science (ein ausführlicherer Artikel auf Englisch)
Ein Versuch des Mobillab zu Farben und Spektren.
2. Außerschulische Lernangebote mit Experimenten zur Optik in der Schweiz
2.1 MobiLLab, St. Gallen
Das MobiLLab ist ein mobiles Hightech-Labor mit zwölf Arbeitsplätzen, welches für einen Tag für den vor-Ort-Einsatz an eine Schule kommt. Es möchte bei den Jugendlichen das Interesse an Naturwissenschaften und Technik fördern. Mit Hilfe moderner Instrumente und Methoden können sie alltagsnahe und praxisrelevante Fragestellungen untersuchen.
In vielen der Hightech-Messgeräte kommen optische Messverfahren zum Einsatz. Nachfolgend eine Auswahl von Videos:
- Feinstaubmessung mit optischem Aerosolspektrometer
- Absorptions- und Emissionsspektrometer für sichtbares Licht
- IR-Spektroskopie
- Raman-Spektroskopie
- NIR-Spektroskopie
- Refraktometer zur Lebensmittelanalyse
- Bestimmung des Sonnenschutzfaktors von Sonnenschutzmitteln
- Wärmebildkamera
Links zu allen mobiLLab-Videos
2.2 Andere Angebote
- Die Webseite des "International Day of Light" hat eine Rubrik "Science Centres and Museums".
- Außerschulische Lernorte zu Physik / Naturwissenschaften in der Schweiz, unter anderem mit Angeboten zu Licht und Optik.
- Stellarium Gornergrat ⇒ siehe 1.5
Aufbau eines Doppelspalt-Beugungsmusters aus einzelnen Photonen-Ereignissen. Aus "Wave-particle duality of light for the classroom".
3. Artikel mit Bezug zur Optik in den SPG Mitteilungen
Licht und Optik - die SPG Mitteilungen bieten reichhaltige Beiträge über hochinteressante Anwendungen (einschließlich spezielle Mikroskope, Teleskope, Beleuchtung usw.), grundlegende Fragestellungen (einschließlich des wissenschaftlichen Weltbildes, z.B. in der Astronomie), oder historische Aspekte.
(Bitte beachten Sie, daß die Gruppierung unter die folgenden Untertitel nicht immer eindeutig ist).
3.1 Anwendungen
- Bernhard Braunecker: Photonics in Switzerland
- Christian Cajochen: Nicht-visuelle Lichtwirkungen beim Menschen (chronobiologische und medizinische Effekte)
- Thomas Feurer: Der Nobelpreis 2009 geht an einen Pionier der Glasfaseroptik
- Nicolas Grandjean: The Nobel Prize in Physics 2014 - A journey in the world of solid state lighting
- Kasas Sandor: Cantilever based Biophysics
- Martin Schadt: Liquid Crystals– LCDs and Optical Alignment of Molecules
- Philipp Treutlein, Barbara Treutlein: Peeking and poking at particles with light
- Andreas Wojtysiak, Alfred Wacker and Dieter Lang: Lighting Application for Non-Visual Effects of Light
3.2 Grundlegende Fragen, "Weltbild" (einschließlich Astronomie)
- Arnold Benz: Goodbye Herschel
- Willy Benz: Michel Mayor and Didier Queloz - 2019 Physics Nobel Prize Laureates
- Francesco Pepe: Discovery of the first exoplanet in the habitable zone
- Nicolas Sangouard: Seeing quantum superpositions
- Aurora Sicilia-Aguilar, Bernhard Braunecker: The Herschel Space Observatory
- Antoine Weis, Todorka L. Dimitrova: Wave-particle duality of light for the classroom
3.3 Geschichte der Physik
- Willy Benz: Die Schweiz und die Weltraumforschung: Eine erfolgreiche Geschichte von über 40 Jahren
- Jan Lacki: Walter Ritz (1878-1909) - The revolutionary classical physicist
- Jan Lacki: Celebrating hundred-fifty years of Maxwell’s equation - A historical perspective
- Norbert Straumann: Einstein in 1916 - On the Quantum Theory of Radiation