Johannes Grebe-Ellis

• Univ.-Prof. Dr. rer. nat.
• Professor (Full) at University of Wuppertal

Die Frage, wo das gehobene Bild eines unter Wasser liegenden Objekts gesehen wird, beantworten Schulbücher und Lehrwerke der Optik mit unterschiedlichen und oft widersprüchlichen Darstellungen zum Phänomen der optischen Hebung. Geht man von einer punktförmigen Pupille aus, ergeben sich zwei Bildpunkte desselben Objektpunkts: Das Bild ist astigmatis...

Der Anlass zu der vorliegenden Miniatur geht auf eine Situation zurück, in der ich durch eine beiläufig sich ergebende Beobachtung in Bezug darauf, was ich als Physiker über geometrische Optik zu wissen glaubte, für einen Augenblick den Boden unter den Füßen verlor. – Wie sich im Folgenden zeigte, war die Aussicht, diesen Boden wieder zu gewinnen,...

Quick et al. haben gezeigt, wie die Entstehung und Transformation von Schattenbildern als charakteristische Funktion der Sichtgeometrie von Schattengeber und Leuchte mathematisch modelliert werden kann [1]. Um diesen Bildzusammenhang auch qualitativ zu verstehen und zugleich geometrisch zu verallgemeinern, wird eine Überlegung zur formalen Genese v...

In 16th-century European astronomy, determining the sizes of the Sun and Moon using a pinhole camera was common. However, calculating the Moon´s diameter from the concave segment of the partially obscured Sun yielded puzzling results due to a lack of a comprehensive theory of the influence of the aperture on the image. This inconsistency led Tycho...

Lens phenomena, such as caustics, image distortions, and the formation of multiple images, are commonly observed in various refracting geometries, including raindrops, drinking glasses, and transparent vases. In this study, we investigate the ball lens as a representative example to showcase the capabilities of Berry’s eye caustic as an optical too...

Die Gedanken dieses Manuskripts bildeten den Abschluss des ersten Teils der Tagung "Physikdidaktik - Quo vadis?" (7.-8.10.2021, online). Intendiert war der Beitrag als Abschluss nur im chronologischen Sinne - inhaltlich jedoch im Sinne einer sich öffnenden und damit keineswegs sich schließenden oder gar zusammenfassenden Klammer. Der Beitrag möchte...

In traditional optics education, shadows are often regarded as a mere triviality, namely as silhouettes of obstacles to the propagation of light. However, by examining a series of shadow phenomena from an embedded perspective, we challenge this view and demonstrate how in general both the shape of object and light source have significant impact on...

DESCRIPTION Given the difficulty to draw a line between science and non-science (the demarcation problem), or even to define a unifying “scientific method” which is common across science and only science, the turn to the study of methods and practices of science (or physics) is an obvious and promising place to start. Research in physics education...

Published in: In Dialogue (ISSN: 20444370/2515-6004) Whoever takes up the topic of Goethe’s Farbenlehre realizes that it is nearly impossible to speak on the strictly physical part of the Farbenlehre without at the same time taking a position on the “Goethe contra Newton” controversy. The question “Who is right?” is valid. It has a long tradition...

Kohärenz im Unterricht der Elementarteilchenphysik Das vorliegende Buch fasst die Ergebnisse des Symposiums „Kohärenz im Unterricht der Elementarteilchenphysik“ zusammen, das von der Arbeitsgruppe Physik und ihre Didaktik der Bergischen Universität Wuppertal veranstaltet wurde. Ziel des Treffens war ein Austausch zwischen Fachwissenschaft, der zuge...

--> OPEN ACCESS: https://gdsu.de/content/dialog-mit-phänomenen-explorieren-im-sachunterrichtsstudium <-- ||| Welchen Beitrag der Sachunterricht zur naturwissenschaftlichen Grundbildung von Kindern leisten kann, hängt u.a. davon ab, wie vertraut Lehrenden der naturwissenschaftliche Blick auf Themen der natürlich-technischen Alltagsumgebung ist und o...

Wo wird das Bild einer unter Wasser liegenden Münze gesehen? Phänomene der optischen Hebung begegnen uns z. B. beim Abwaschen, beim Spaghetti-Kochen oder beim Baden. Dass sich für die Hebung ebenso Bedingungen angeben lassen wie für die Brechung und wie diese mit jener zusammenhängt, ist Gegenstand des hier skizzierten Unterrichts. Vorgestellt wird...

In recent years, inverse spectra were investigated with imaging optics and a quantitative description with radiometric units was suggested (Rang 2015). It could be shown that inverse spectra complement each other additively to a constant intensity level. Since optical intensity in radiometric units is a power area density, it can be expected that e...

Elementary particle physics is gradually implemented into science curricula at high school level. However, common presentations on educational, semi-technical or popular level contain or support severe misconceptions. We discuss in particular the notion of `particle', the interaction between them and the use of Feynman diagrams. In many cases the t...

Elementary particle physics is gradually implemented into science curricula at the high school level. However, common presentations on educational, semi-technical or popular level contain or support severe misconceptions. We discuss in particular the notion of ‘particle’, the interaction between them and the use of Feynman diagrams. In many cases t...

In recent years, inverse spectra were investigated with imaging optics and a quantitative description with radiometric units was suggested (Rang 2015). It could be shown that inverse spectra complement each other additively to a constant intensity level. Since optical intensity in radiometric units is a power area density, it can be expected that e...

Planck's law for black-body radiation marks the origin of quantum theory and is discussed in all introductory (or advanced) courses on this subject. However, the question whether Planck really implied quantisation is debated among historians of physics. We present a simplified account of this debate which also sheds light on the issue of indistingu...

Planck's law for black-body radiation marks the origin of quantum theory and is discussed in all introductory (or advanced) courses on this subject. However, the question whether Planck really implied quantisation is debated among historians of physics. We present a simplified account of this debate which also sheds light on the issue of indistingu...

Goethes Blick durch das Prisma bildete den Auftakt für eine Beschreibung optischer Spektren als Kom- plementärphänomene. Doch was bedeutet Komplementarität für optische Spektren eigentlich? Nach physikalischen Präzisierungen und experimentellen Untersuchungen dieser Frage sucht man in der Literatur vergebens. Unter welchen Bedingungen eine verallge...

Die schulbuchübliche Herleitung des (begrenzten) Auflösungsvermögens optischer Instrumente basiert auf einer fachlich ungenauen Anwendung des Rayleigh Kriteriums. Ungefähr zeitgleich (nämlich 1873) hat Ernst Abbe jedoch seine Beugungsgrenze vorgeschlagen. Die Idee ihrer Herleitung ist beides: einfacher (und damit schultauglicher) sowie fachlich str...

In recent years, several far-field microscopy techniques have been developed which manage to overcome the diffraction limit of resolution. A unifying classification scheme for them is clearly desirable. We argue that existing schemes based on the information capacity of the optical system cannot easily be extended to cover, e.g., stimulated emissio...

In recent years several far-field microscopy techniques have been developed which manage to overcome the diffraction limit of resolution. A unifying classification scheme for them is clearly desirable. We argue that existing schemes based on the information capacity of the optical system can not easily be extended to cover e.g., STED microscopy or...

Die übliche Einführung des Photon-Begriffs bezieht sich auf Einsteins Arbeit von 1905 und zeichnet damit den historischen Entstehungszusammenhang nach. Nach heutigem Verständnis ist dieser Effekt aber gar kein Grund, das Strahlungsfeld zu quantisieren. Aktuelle Experimente mit einzelnen Photonen werden diskutiert. Diese geben keinen An-lass, sich P...

Zusammenfassung Dieser Aufsatz behandelt neuere fachwissenschaftliche Entwicklungen im Zusammenhang mit der Heisenberg'schen Unschärferelation, die neues Licht auf schulrelevante Anwendungen wie den Einfach-und Doppelspalt sowie die Unbestimmtheit zwischen Zeit und Energie werfen. Dies führt auch zu einer Neubewertung der semi-klassischen (und dahe...

Obwohl komplementäre Dispersionsspektren geometrisch isomorph sind, wird in der Regel nur das Spaltspektrum behandelt. Ein wesentlicher Grund dafür besteht in der Schwierigkeit, eine Stegblende mit beliebig variabler (schmaler) Stegbreite zu realisieren. Vor dem Hintergrund eines phänomenologischen Beschreibungsansatzes wurde eine einfache experime...

Es wird ein Experiment vorgestellt, das die "Brechung von Licht an Grenzflächen" von einer überraschenden Seite zeigt, indem es die dabei auftretenden Effekte im Phänomen verschränkt: "Strahlbrechung" und "Bildhebung" ergeben sich als konzeptionell verschiedene Perspektiven auf dem gleichen physikalischen Sachverhalt. Die Darstellung des komplement...

Die Phänomene der farbigen Schatten und die Farberscheinungen bei den Projektionsexperimenten von Edwin H. Land weisen Gemeinsamkeiten auf, die weitüber¨Ahnlichkeiten im Versuchsaufbau und das Rätsel der sichtbar werdenden Farben hinausgehen. Im Beitrag wird der experimentelle Zusammenhang beider demonstriert. Dazu wird das Schattenexperiment in we...

Kurzfassung Schatten sind Bilder. Dies bemerkt jeder, der darauf achtet, wie unterschiedlich Schatten des-selben Gegenstandes in der Beleuchtung durch verschieden geformte Leuchten aussehen. Die Bedingungen, unter denen sich beide – Schattengeber und Leuchte – im Schattenbild zur Gel-tung bringen, können formuliert werden, indem die für den Ort des...

1 Humboldt-Universität zu Berlin, 2 Pädagogische Forschungsstelle Kassel, 3 Forschungsinstitut am Goetheanum, Dornach Kurzfassung Zu den inzwischen am besten erprobten Beschreibungsinstrumenten der phänomenologischen Optik gehört das Konzept des Spiegelraums. Dieser wird als hinter der Spiegelebene liegender, optisch realer Raum betrachtet, in den...

Ausgehend von der Feststellung, dass die in einem Hohlspiegel sichtbaren reellen Spiegelbilder nicht ortsfest sind, sondern auf die Bewegungen des Beobachters reagieren, wird nach einem verallgemeinerbaren Ansatz für eine ‚Phänomenologie der Bildentstehung an sphärischen Spiegeln' gefragt. Als entscheidend erweist sich dabei die Untersuchung der Be...

Im ersten Teil wurde die methodische Blickrichtung einer Optik der Bilder charakterisiert. Als Nachtrag dazu werden im vorliegenden zweiten Teil zunächst drei zentrale Ideen der Optik der Bilder dargestellt. Anschließend wird die beschriebene Methodik im Phänomenbereich der optischen Polarisation exemplarisch gezeigt. Den Ausgangspunkt dafür bildet...

Die für die Entwicklung der neuzeitlichen Naturwissenschaft vielleicht folgenreichste Antwort auf die alte Frage «Was ist und wie vollzieht sich Naturerkenntnis?» stammt von GALILEI und ist verbunden mit der Metapher vom «Lesen im Buch der Natur». Wer in diesem Buch lesen will, so GALILEI, der muss die Sprache der Mathematik erlernen, denn Mathemat...

Ausgehend von der Betrachtung einer typischen Lehrbucherklärung des Regenbogens stellt sich die Frage, ob und wie es möglich ist, dieses Phänomen aus derjenigen Perspektive zu erklären, aus der es auch beobachtet wird. Anhand der in einem beleuchteten Tropfenmodell sichtbaren Leuchtenbilder und ihrer Veränderungen während eines Rundgangs um die Was...

Die Beschreibung optischer Gesetzmäßigkeiten wurde historisch mit mechanischen Analogien begründet (Descartes, Newton, Huygens). Auf diesem Weg ist eine physikalische Optik entstanden, die zum herausragenden Beispiel für den vereinheitlichenden Charakter physikalischer Beschreibung überhaupt geworden ist. Die Festschreibung dieser Optik im "metaphy...

Im Kontext der phänomenologischen Optik ist gelegentlich von Modellfreiheit die Rede. Dabei handelt es sich um einen Arbeitsbegriff, der eingeführt wurde, um darauf aufmerksam zu machen, dass die Beschreibung optischer Gesetzmäßigkeiten keiner quasimechanischer Lichtmodelle bedarf, auch wenn sie historisch mit mechanischen Analogien begründet wurde...

Im Kontext einer Phänomenologie der Polarisation, die Polarisationszustände als Bildzustände beschreibt, kommt dem sogenannten "Haidinger-Büschel" eine zentrale Bedeutung zu, gestattet es doch, mit bloßem Auge etwas über den Polarisationszustand verschiedener Ansichten zu erfahren. In dem Beitrag werden das Phänomen selbst und die Umstände beschrie...

Wir kennen die Entstehung von Polarisation durch Reflexion; die atmosphärische Polarisation des Himmels ist ebenfalls bekannt. Im Zusammenwirken dieser Effekte zeigt sich ein überraschendes Phänomen: der Polarisationsschatten.