Sehen:

Man sieht einen Körper, wenn dieser selbst Licht aussendet oder beleuchtet wird und das Licht danach ins Auge fällt.

Lichtquellen:

Sonne, Glühlampe, Kerze, Leuchtkäfer

Lebewesen oder Gegenstände, die eigenständig Licht aussenden (Gegenbeispiel: Mond leuchtet nur durch die Sonne).

Licht und Schatten:

Schattenbilder konstruiert man, indem man die Randstrahlen an einem Körper bis zur beleuchteten Fläche verlängert.

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Strahlenmodell:

Wegen der Gradlinigkeit der Randstrahlen kommt man zum so genannten Strahlenmodell für Licht (im Gegensatz zum Wellen- und Teilchenmodell). In dieser Altersstufe können alle Phänomene (wie Reflexion und Brechung) dadurch erklärt werden, dass man sich Licht als gradlinigen Strahl vorstellt. Einzelne Lichtstrahlen existieren real nicht, sondern nur in der Modellvorstellung. Mehrere Lichtstrahlen bilden ein Lichtbündel.

Reflexion:

Lichtbündel werden auf einer glatten Oberfläche geordnet, auf einer rauen Oberfläche ungeordnet zurückgestrahlt.

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Brechung:

Beim Übergang zwischen zwei Medien (Luft/Glas, Luft/Wasser) wird Licht gebrochen, d. h. seine Ausbreitungsrichtung wird verändert (nur phänomenologisch!).

Absorption:

Dieses Phänomen kann durch das Strahlenmodell nicht erklärt werden, sondern nur durch Energieübertragung. Dunkle Körper nehmen mehr Energie auf, als sie abstrahlen, bei hellen Körpern ist es umgekehrt; d. h. bei zwei gleichen Körpern, die sich nur durch die Farbe unterscheiden, wird der dunkle Körper wärmer.

Bildentstehung:

- Lochkamera:

Das Loch der Lochkamera ist das einfachste abbildende System, welches Bilder erzeugt. Die Lochkamera liefert ein umgekehrtes und seitenverkehrtes Bild eines Gegenstandes. Die Bildentstehung lässt sich erklären, wenn man den Gegenstand gedanklich in einzelne Licht aussendende Punkte zerlegt und die geradlinige Ausbreitung des Lichtes berücksichtigt. Je größer das Loch ist, desto unschärfer aber heller wird das Bild.

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- Linse:

Das Lichtstrahlenmodell ist für die Erklärung der Linsenfunktion zu schwierig (s. Klasse 8 Physik). Das Abbildungsgesetz der Linse wird hier nicht behandelt. Die Funktion der Linse wird nur phänomenologisch über experimentelle Beobachtungen bearbeitet, hierzu gehört insbesondere, dass Sammellinsen divergierende Lichtbündel in einem Punkt zusammenführen. Dieser Punkt heißt Brennpunkt und der Abstand zur Linse Brennweite. Letztere hängt von der Krümmung der Linse und der Art des Glases ab. Die Linse hat gegenüber dem Loch in der Lochkamera den Vorteil, dass sie Bilder hoher Lichtausbeute liefert. Allerdings muss der Abstand zwischen Linse und Projektionsfläche (Schirm) dem Abbildungsgesetz genügen. Dies muss hier nicht thematisiert werden.

Sehwinkel:

Er ist gleichbedeutend mit dem Sehbereich oder dem Gesichtsfeld, das vom Auge erfasst werden kann. Er ist von Bedeutung bei optischen Täuschungen und beim Vergleich der Wahrnehmung von Mensch und Tieren.

Bau des Auges:

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Sehfehler:

Weit entfernte Gegenstände erzeugen bei Kurzsichtigkeit ein scharfes Bild vor der Netzhaut. Dies kann durch eine zusätzliche Zerstreuungslinse vor der Augenlinse (z. B. durch Kontaktlinse oder Brille) korrigiert werden. Man erkennt Kurzsichtige daran, dass ihre Augen hinter der Brille kleiner als normal erscheinen. Nahe Gegenstände erzeugen bei Weitsichtigkeit ein scharfes Bild hinter der Netzhaut. Dies kann durch eine zusätzliche Sammellinse vor der Augenlinse (z. B. durch Kontaktlinse oder Brille) korrigiert werden. Man erkennt Weitsichtige daran, dass ihre Augen hinter der Brille größer als normal erscheinen.

Helligkeitsregulierung:

Die Pupille regelt die Lichtmenge, die auf die Netzhaut fällt (rein phänomenologische Beobachtung). Sie wird durch das Gehirn gesteuert. Die Pupille ist die Öffnung der Regenbogenhaut (Iris). Die Iris bestimmt die Augenfarbe.

Akkomodation:

Das Auge besitzt eine flexible Linse, d. h. mit Hilfe der Muskeln wird die Dicke der Linse und damit die Brennweite verändert. Bei fehlsichtigen Menschen oder im hohen Alter reicht der Bereich der Akkomodation nicht aus: Sie brauchen eine Brille oder Kontaktlinsen.

Vergleich Auge - Kamera:

Helligkeitsregulierung über Iris = Blende,

Form der Glaslinse kann nicht geändert werden, daher Änderung der Entfernung zwischen Linse und Film

Vergleich der Augen verschiedener Tiere:

In der Natur findet man sowohl das Lochkameraauge, z. B. bei Nautilus oder einfacheren Lebewesen, sowie Linsenaugen besonders bei den Wirbeltieren. Unterschiede findet man in der Sehschärfe (Anzahl der Sehzellen und Verarbeitung im Gehirn) und der Augenstellung. Greifvögel haben eine sehr hohe Auflösung. Beutetiere haben ein großes auch nach hinten gerichtetes Gesichtsfeld, um Räuber frühzeitig zu erkennen. Räuber und Lebewesen, die sich räumlich orientieren (z. B. Affen in Baumkronen), haben ein nach vorn gerichtetes überlappendes Gesichtsfeld und können damit Entfernungen einschätzen. Nachtaktive Tiere (z. B. Katze) haben eine weit geöffnete Pupille und Substanzen, welche das Licht reflektieren und doppelt nutzen.

Auge und Gehirn:

Die über das Auge aufgenommenen Reize werden über den Sehnerv zum Gehirn geleitet und hier ausgewertet. Der eigentliche Sehvorgang findet erst im Gehirn statt. Bereits im Gehirn vorhandene optische Erfahrungen werden in das wahrgenommene Bild eingearbeitet. Im Gehirn werden die beiden auf dem Kopf stehenden Bilder umgedreht und zu einem vereinigt. Optische Täuschungen sind ungewollte Täuschungen des Gehirns, also keine physikalischen Vorgänge.

Schall

Schall entsteht dann, wenn ein Körper schnelle Schwingungen ausführt.

Die Auslenkung der Schwingung wird als Amplitude bezeichnet und gibt die Lautstärke des Tons an. Je größer die Amplitude ist, desto lauter ist der Ton.

Die Frequenz gibt an, wie viele Schwingungen pro Sekunde ausgeführt werden. Sie wird in Hertz (Hz) angegeben. Je größer die Frequenz eines Schallerregers ist, desto höher ist der erzeugte Ton.

Wie laut ein Ton empfunden wird, hängt sowohl von der Amplitude (bzw. Schallpegel) als auch von der Frequenz ab. Der Schallpegel wird in dB (Dezibel) angegeben, dieser kann in der 5./6. Klasse aber nicht thematisiert werden, da nicht vorhandene mathematische Kenntnisse (Logarithmus) notwendig wären.

Hörbereich

Junge Menschen können Schwingungen zwischen 16 Hz und 20000 Hz wahrnehmen. Die Grenzen nehmen im Laufe des Alters deutlich ab. Schall mit niedrigerer Frequenz als 16 Hz wird als Infraschall, Schall mit höherer Frequenz als 20000 Hz als Ultraschall bezeichnet. Die menschliche Stimme kann Töne zwischen 85 Hz und 1100 Hz erzeugen.

Verschiedene Tiere haben deutlich andere Hörumfänge:

Hunde: 15 - 40000 Hz

Vögel: 250 - 21000 Hz

Delphine: 150 - 200000 Hz

Fledermäuse: 2000 - 150000 Hz

Schallausbreitung

Ein schwingender Körper erzeugt Verdichtungen und Verdünnungen in dem ihn umgebenden Medium. Diese breiten sich im Raum aus. Im Vakuum können solche Verdichtungen nicht entstehen, somit ist ein Ausbreitungsmedium für Schall notwendig (anders als bei Licht). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit beträgt in Luft bei Zimmertemperatur ungefähr 330 m/s.

Schallwellen, die auf eine glatte Ebene treffen, werden zum Teil reflektiert. Dieses Phänomen ist als Echo bekannt.

Aufbau des Ohrs

Das Ohr besteht aus Außen-, Mittel - und Innenohr. Die Schallwellen gelangen durch den Gehörgang zum Trommelfell und regen dies zu Schwingungen an. Im Mittelohr werden diese Schwingungen durch Hammer, Amboss und Steigbügel verstärkt und zum Innenohr weitergeleitet. Dort regen verschiedene Töne an unterschiedlichen Stellen in der Gehörschnecke die Haarzellen an, die diese Information durch die Gehörnerven an das Gehirn weiterleiten. Durch Überlastung werden die Haarzellen zerstört.

Das Ohr bzw. die Ohrmuschel und der Gehörgang sind so gebaut, dass Töne der Frequenz 3000 Hz maximal verstärkt werden. Diese Frequenz ist in Babygeschrei stark vertreten.

Der unbeliebte Ohrenschmalz wird von Talgdrüsen produziert und verklebt den in das Ohr eindringenden Staub.

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Zunge:
Das Hauptorgan des Geschmackssinns ist die Zunge.
Mit dem Geschmackssinn kontrollieren wir flüssige und feste Stoffe, die in den Mund gelangen. Er ist ein chemischer Sinn.

Geschmacksorgane
Die Geschmacksorgane befinden sich hauptsächlich auf der Zunge, deren raue Oberfläche mit verschiedenartigen Erhebungen bedeckt ist. An den Wänden dieser Papillen liegen beerenförmige Geschmacksknospen. Insgesamt besitzt der Mensch ca. 9000 Geschmacksknospen. Hier befinden sich die Geschmackssinneszellen, deren Härchen auf chemische Stoffe reagieren ­ man sagt auch "sie werden gereizt" -, die in der Spülflüssigkeit der Papillen oder im Speichel gelöst sind. Denn die Geschmacksknospen können nur dann etwas wahrnehmen, wenn die Zunge feucht ist, wofür die Speicheldrüsen sorgen.
Die Geschmacksknospen leiten über den Geschmacksnerv ihre Informationen an das Gehirn weiter.

Geschmackszonen
Die Zunge ist nicht an allen Stellen für jeden Geschmack empfänglich, sondern in sog. Geschmackszonen eingeteilt. Es werden vier Grundgeschmacksrichtungen ­ süß, salzig, sauer und bitter ­ unterschieden. Die Geschmackszonen sind auf eine dieser Richtungen spezialisiert. Jede Geschmacksrichtung wird durch eine andere Sorte von Geschmackssinneszellen erzeugt.
Zungenspitze: süß
Vordere Zungenränder: salzig
Hintere Zungenränder: sauer
Zungengrund: bitter
Die Geschmacksknospen für Bitteres reagieren am empfindlichsten. Sie sind in der Lage, einen Brechreiz zu verursachen, wenn etwas sehr bitter schmeckt. Die ist eine Vorsichtsmaßnahme des Körpers gegen Gifte, die häufig sehr bitter schmecken und dann sofort wieder aus dem Körper entfernt werden können.

Verbindung zum Riechen

Da von Speisen auch Duftstoffe ausgehen, wird auch der Geruchssinn angesprochen.
Geruchs- und Geschmackssinn ergeben den Gesamtsinneseindruck beim Essen und Trinken.
Beide Sinne ergänzen sich, so dass eine Vielzahl von Geschmacksempfindungen zustande kommt.

Geruch:
Der Geruchssinn ist ein chemisches Sinnesorgan.
Gerüche sind gasförmige Substanzen.
Beim Einatmen gelangen die Teilchen dieser Gase mit der Atemluft durch die Nasenöffnung in die Nasenhöhle.
Diese Nasenhöhle ist mit der Nasenschleimhaut vollständig bedeckt. Sie dient der Erwärmung, Befeuchtung und Reinigung der Atemluft. Dies kann aber nur funktionieren, wenn die Nasenschleimhaut gut durchblutet und feucht ist.
Im oberen Teil der Nasenhöhle kommen die Geruchsstoffe mit dem Riechfeld (etwa briefmarkengroß) in Berührung.
Dadurch werden die Sinneszellen des Riechfeldes gereizt.
Der Riechnerv leitet die Geruchsinformationen an das Gehirn weiter.
Das Gehirn bewertet, ob ein Geruch als angenehm oder unangenehm empfunden wird.
Grundgerüche
Die Geruchssinneszellen sind nur auf wenige Gerüche spezialisiert:
brenzlig, faul, blumig, würzig, scharf.
Durch die Kombination dieser Grundgerüche kann der Mensch 350 (bis 1000) verschiedene Gerüche unterscheiden.
Will man etwas genau riechen, dann schnüffelt man; auf diese Weise gelangt mit der Luft besonders viel Duftstoff an die Sinneszellen.
Der Geruchssinn ist ermüdbar, d. h., wenn über längere Zeit dieselben Geruchsstoffe eintreffen, wird keine Information mehr an das Gehirn gesendet.
Beispiel: Einen schlecht gelüfteten Raum nimmt man nach kurzer Zeit nicht mehr wahr. Eine Person, die diesen Raum betritt, bemerkt dies aber sofort.
Eine Warnung durch den Geruchssinn tritt bei übel riechenden Düften z. B. durch hervorgerufene Ekelgefühle ein.

Verbindung zu Schmecken:
Der Geruchssinn arbeitet eng mit dem Geschmackssinn zusammen:
Man glaubt zu schmecken, aber man riecht mit Hilfe des Riechfeldes.
Bei Schnupfen ist die Nasenschleimhaut entzündet (hervorgerufen durch Krankheitserreger, chemische Dämpfe, Rauch oder Hitze oder durch allergische Reaktion). Es kommt zur Rötung und Schwellung der Nasenschleimhaut und schließlich zur Absonderung eines dünnflüssigen Schnupfensekrets. Das Riechfeld wird mit diesem dicken, zähen Schleim bedeckt, so dass die Geruchsstoffe nicht mehr an das Riechfeld gelangen; man "schmeckt" nicht mehr viel.

Supernasen:
Der Hund besitzt viel mehr Riechzellen als der Mensch, denn sein Riechfeld ist etwa 30-mal so groß wie das des Menschen. Deshalb kann er viel feinere Duftspuren verfolgen.
Größe der Riechschleimhaut:
Mensch: 5 cm²
Hund: 85 cm²
Reh: 90 cm²
Deshalb werden Hunde als "Spürhunde" bei der Suche nach Drogen und nach kriminellen Personen eingesetzt.

Als Beispiel für Sinne der Pflanzen soll an dieser Stelle die Mimose, auch Sinnpflanze genannt, herangezogen werden.

 

Die Mimose reagiert auf die verschiedensten Reize ihrer Umwelt, aber bereits schon, wenn man sie berührt. Sofort beginnen ihre Fiederblättchen sich zusammenzulegen. Später senkt sich dann auch der Blattstiel nach unten. Diese Reaktion tritt ein, wenn man die Pflanze berührt, ist aber auch gleichzeitig die Schlafstellung. Bei schwachem Reiz reagieren nur Teile der Pflanze, bei starkem Reiz aber werden andere Blätter "angesteckt". Solche Reizbewegungen heißen auch Nastien. Sie werden bei der Mimose durch Schwankungen der Zellspannung ausgelöst. Diese Schwankungen treten an "Gelenken" auf, die sich an den Ansatzstellen der Fiederblättchen und der Blattstiele befinden. Die Lebensbedeutung der Blattbewegung für die Mimose lässt sich nur schwer benennen. Sicher erfüllt diese Reizbeantwortung im Lebenskampf der Mimose eine Aufgabe. Man hat die verschiedensten Vermutungen darüber angestellt. So schützt diese Verhaltensweise die Mimose vor Verletzungen bei schweren tropischen Regengüssen, sowie auch vor hungrigen Tieren: Vor den suchenden und schnuppernden Schnauzen verschwindet die Pflanze plötzlich und präsentiert sich in einem unangenehmen Dornenkleid.
Man kann dieses Thema mit den Schülerinnen und Schülern ansprechen, hüte sich aber vor zu starken Vermenschlichungen und endgültigen Erklärungen.

Mit solcher Geschwindigkeit wie bei der Mimose kann man Bewegungen bei Pflanzen allerdings nur selten beobachten. Ähnliche Bewegungen ­ allerdings langsamer ­ führen die Blätter von Sauerklee, Feuerbohne und Robinie aus.

Die Mimose lässt sich mühelos aus Samen ziehen, die in jeder entsprechenden Pflanzenhandlung zu beziehen sind.