Die Schattenstadt

In der Lebenswelt der Kinder gibt es Situationen, in denen sie Schatten als ein Abbild eines Gegenstandes oder eines Lebewesens wahrnehmen können:

•  Wenn sie selbst im Dunkeln unter einer Straßenlaterne vorbeilaufen, sehen sie ihr eigenes Abbild als Schatten auf dem Boden. Im Vorbeilaufen verändert sich das Schattenbild ständig.
• Sicher haben viele Kinder schon einmal versucht, mit Hilfe ihre Hände Schattenfiguren zu erzeugen.
• Vielleicht haben die Kinder auch schon Schatten gesehen, die ganz anders ausgesehen haben als das Objekt selbst. Viel größer, langgezogen oder viel breiter. Manchmal sehen diese Schatten richtig gruselig aus.
• Im Sommer erleben Kinder häufig, dass Schatten sich über den Tag hinweg immer wieder verändern. Im Schwimmbad rutscht man mit der Decke immer dem Schatten hinterher, um sich keinen Sonnenbrand zu holen. Und im Garten bzw. auf dem Spielplatz sind manche Tageszeiten günstiger zum Spielen als andere, wenn man nicht in der prallen Sonne spielen möchte.

In der Kita können Kinder bereits entdecken, dass es einen Zusammenhang zwischen einer Lichtquelle und einem auftauchenden Schatten gibt. Dabei beziehen sie Schatten meist erst einmal auf die Sonne. Durch die Formgleichheit fällt es Kindern im Kita-Alter schon leicht, den Schatten einem Objekt oder einer Person zuzuordnen. Sie sind auch in der Lage zu erkennen, dass Schatten manchmal länger und manchmal kürzer sind. Häufig haben Kinder in diesem Alter aber noch die Vorstellung, dass Schatten unabhängig von einer Lichtquelle existieren und manchmal sichtbar, dann aber wieder unsichtbar sind. Verknüpft damit ist häufig die Vorstellung, dass der Schatten eine Substanz ist, die aus dem Gegenstand herauskommt.

•  „Ich suche meinen Schatten, der war gestern da hinten!“
• „Ich fange meinen Schatten!“
• „Der Schatten kommt aus dem Gegenstand heraus.“
• „Wo ist der Schatten jetzt hin?“
• „Schatten ist das Dunkle hinter einer Sache.“

Beim Entstehen von Schatten haben Grundschulkinder zumeist bereits ein Verständnis dafür, dass es eine Lichtquelle braucht, um Schatten zu erzeugen und auch, dass die Position der Lichtquelle eine Rolle bei der Größe und Form des Schattens spielt. Im zweiten Schuljahr ist der kausale Zusammenhang zwischen Schatten und Lichtquelle für viele Schülerinnen und Schüler eine spannende Entdeckung. Häufig lässt sich hier eine kreative Phase beobachten, in der alle möglichen Theorien über diese Zusammenhänge aufgestellt und diskutiert werden. Im vierten Schuljahr ist der Zusammenhang zwischen Schatten, Objekt und Lichtquelle für die meisten Schüler selbstverständlich (vgl. Murmann, Lydia (2004): Phänomene erschließen kann Physiklernen bedeuten. In: Widerstreit Sachunterricht Nr. 3). Anhand ihrer Erfahrungen lernen Kinder immer mehr über die Regelhaftigkeit des Zusammenhangs zwischen Lichtquelle, Schatten und Gegenstand. So sind sie mehr und mehr in der Lage, die drei Faktoren räumlich in die richtige Beziehung zu setzen. Damit ist dann häufig auch eine angemessene Erklärung für die Schattenentstehung verknüpft.

• Auch jüngere Kinder (vor dem Grundschulalter), die die Gesetzmäßigkeiten des Zusammenhangs zwischen Lichtquelle, Objekt und Schatten noch nicht gänzlich erfasst haben, sind in der Lage, das Verhalten der Schatten richtig vorauszusagen, wenn sie die Position der Moosgummi-Aufsteller verändern. Durch zunehmende Erfahrung können sie hier zu einem intuitiven Handlungswissen kommen, das es ihnen erlaubt, diese Aufgabe zu lösen.
• Die Kinder haben die Aufgabe, alle Formen aus Moosgummi genauso zu platzieren, dass alle Flächen auf der Schattenstadt mit Schatten ausgefüllt sind. Dabei können sie jeden Schritt zuerst planen und Vermutungen anstellen, welches Teil für welchen Umriss am besten passen könnte. Nach der Durchführung des Schritts überprüfen sie jeweils, ob ihre Vermutung gestimmt hat und nehmen ggf. noch einmal Veränderungen vor. Um die einzelnen Schritte jeweils zu planen und eigene Hypothesen zu formulieren, bietet es sich auf jeden Fall an, diese Lernumgebung in Partner- oder Gruppenarbeit zu machen.
• Der nächste Schritt zu einem tieferen Verständnis zur Entstehung von Schatten besteht darin, nicht nur das Schattenbild als Abbild des Schattens wahrzunehmen, sondern den ganzen Raum hinter dem Schatten werfenden Objekt. Denn dieser ganze Raum, in den das Licht nicht gelangen kann, ist der Schatten (s. Lernumgebung“ Das Vampirspiel“). Um diese Stufe zu erreichen, ist es wichtig, dass Kinder sich die Wege des strömenden Lichts anschauen: Wo ist der Gegenstand beleuchtet? Wo ist er unbeleuchtet? Wo ist die Grenze zwischen Licht und Schatten? Warum ist die Umgebung des Schattens beleuchtet?

• Baut euch ein Schattentheater! Aus Moosgummi könnt ihr auch Menschen, Tiere, Bäume oder andere Formen herstellen, die ihr für eine Geschichte benutzen könnt. Anstatt einer Holzplatte als Hintergrund könnt ihr als Leinwand zum Beispiel ein weißes Bettlaken benutzen, das ihr auf einer Wäscheleine aufhängt.
• Partnerarbeit: Erstelle aus verschiedenen Gegenständen ein Schattenbild an der Wand. Wichtig: Dein Partner oder deine Partnerin darf die Gegenstände und das Schattenbild nicht sehen. Nun bekommt er oder sie die gleichen Gegenstände. Jetzt darfst du nicht sehen, was er oder sie macht. Versuche, ihm oder ihr deinen Aufbau so genau zu beschreiben, dass er oder sie ihn genau nachbauen kann.
• Kennst du Comics von Lucky Luke, dem Cowboy, der seine Pistole schneller zieht als sein Schatten? Geht das überhaupt?

Wie entsteht ein Schatten?
Schatten entstehen, wenn das Licht einer Lichtquelle auf einen lichtundurchlässigen Körper trifft. Das Licht wird reflektiert oder absorbiert und kann nicht in den Raum hinter dem Körper (von der Lichtquelle aus gesehen) gelangen. Dieser dunkle Bereich hinter dem Körper grenzt sich deutlich von der hell beleuchteten Umgebung ab und wir sehen einen Schatten. Diesen Raum nennt man Schattenraum. Ist der Schattenraum durch eine Fläche begrenzt, sieht man auf der Fläche das Schattenbild des Körpers. Der Begriff Schatten kann sowohl den Schattenraum als auch das Schattenbild bezeichnen. Schattenraum und Schattenbild verändern sich proportional zu den Entfernungen zwischen Lichtquelle und Körper bzw. zwischen Körper und Fläche sowie zu der Größe des Körpers. Nur die Lichtstrahlen, die nicht durch den Gegenstand blockiert werden, kommen weiter bis zur Projektionsfläche, z. B. einer weißen Wand. Die Schattengrenze kann man dadurch bestimmen, dass man von der Lichtquelle aus eine Linie bis zum Rand des Gegenstands zieht und diese weiter bis zur Projektionsfläche fortführt. Auf dieser Geraden befindet sich die Schattengrenze.

Größe von Schatten
Die Größe eines Schattens verändert sich dann, wenn man einen oder mehrere der drei Parameter: Lichtquellenposition, Gegenstandsposition, Projektionsflächenposition verändert. Je näher der Gegenstand an die Lichtquelle gerückt wird, desto größer wird sein Schatten. Umgekehrt wird der Schatten umso kleiner, je weiter weg der Gegenstand von der Lichtquelle verschoben wird. Dieser physikalische Effekt kann mit der geradlinigen Lichtausbreitung gut und einfach erklärt werden. So wird schnell klar, warum die Größe eines Schattens unter bestimmten Umständen variiert.