merkwürdige Reflexion im Wasser

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

Hallo,

beim mittäglichen Spaziergang vom Büro um den Kanal fällt uns immer wieder eine merkwürdige Spiegelung auf. Der Berliner Bogen wird im Wasser nicht nur kopfüber reflektiert, wie es sich gehört, sondern auch aufrecht.

http://img49.imageshack.us/img49/1549/bogen10ye.jpg
Der weiße Bogen ist auf dem Wasser breiter zu sehen als im Original. Er ist nicht durchgezogen, das Mittelstück erscheint etwas nach unten versetzt.

Am besten ist die Erscheinung zu sehen, wenn die weiße Linie des Gebäudes von der Sonne angestrahlt wird. Bei Bewölkung oder Wellengang ist nichts zu sehen. Das Brückengeländer, das sich in der Bahn des reflektierten Lichts befindet, könnte am Effekt beteiligt sein.

Von weiter links betrachtet ist die Reflektion auch direkt vor dem Mittelpfeiler der Brücke zu sehen. Von hohen Autos oder Personen, die die Brücke nah am Geländer überqueren, wird sie jedoch verdeckt.

Im Winter war der Effekt sogar mal auf dem Eis zu beobachten. Der Kanal hat keine nennenswerte Strömung. Das Bild wurde nicht durch die Scheibe eines Autos aufgenommen.
Die einzige Bildbearbeitung war das Zuschneiden auf den interessanten Bereich. Trotz des voll ausgefahrenen Objektivs meiner Ricoh Caplio RR30 waren die interessanten Bildteile sonst ganz in der Mitte.

Über den Kanal (Hochwasserbassin) führen drei Brücken. Im Bild, das von der Bullerdeich-Brücke aus aufgenommen wurde, ist die Süderstrassen-Brücke zu sehen. Wenn man von der Süderstrasse aus in Richtung Berliner Bogen blickt, tritt der Effekt nicht auf, was nahelegt, dass entweder das Brückengeländer oder der Betrachtungswinkel für die Spiegelung notwendig ist.

Weitere, nicht allzu unterscheidliche Aufnahmen:
http://img337.imageshack.us/img337/2913/bogen36xx.jpg
http://img305.imageshack.us/my.php?image=bogen26nk.jpg
http://img441.imageshack.us/my.php?image=bogen33or.jpg

Hat jemand eine Erklärung für dieses Phänomen?

Schöne Grüsse,
Martin

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich vermute, das Bild des Bogens wird zweimal gespiegelt: Einmal am Brückengeländer und einmal an der Wasseroberfläche.

Dafür könnte sprechen, dass die aufrechte Spiegelung nur dann zu sehen ist, wenn der Bogen besonders hell angestrahlt wird. Denn dann ist das Licht intensiv genug, um auch dann noch erkannt zu werden, wenn bei der Spiegelung am Brückengeländer (wenn das z.B. aus Glas ist, dann reflektiert das nur wenige Prozent des einfallenden Lichtes) der größte Teil des Lichtes verloren geht, indem es unreflektiert hindurchgeht.

Und das Brückengeländer scheint mir einen Teil zu enthalten, der so gebogen ist, dass ein Lichtstrahl von dem Gebäude von ihm so nach unten zum Wasser hin reflektiert werden kann, dass er nach einer zweiten Reflexion an der Wasseroberfläche das Auge des Betrachters bzw. den Fotoapparat erreichen kann.

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

Eine Spiegelung am Brückengeländer ist unwahrscheinlich, da es weder aus Glas ist noch glänzt oder spiegelt, und weil das Licht ja geradlinig hindurchgeht.

Ich sollte vielleicht auch mal das Geländer fotografieren.

Dieses besitzt nämlich eine kunstvolle Anordnung von aufrechten und waagerechten Streben, so dass möglicherweise Spalteffekte auftreten. Schade, dass man die Brücke (oder wenigstens das Geländer) nicht versuchsweise mal entfernen kann.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hm, wenn an dem Geländer oben dran keine schräge Fläche aus Glas oder durchsichtigem Plastik ist, dann ist meine erste Vermutung so wohl noch nicht die richtige Erklärung.

Am Gebäude selbst oberhalb des Bogens sehe ich da noch so eine runde Verkleidung, die vielleicht auch reflektieren könnte.

Oder ist vielleicht die Frontfläche des Gebäudes selbst die spiegelnde Oberfläche, an der die erste der beiden Reflexionen erfolgt? Zu dieser Vermutung komme ich, wenn ich ein Bild vom Berliner Bogen wie in diesem Link sehe.

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Spannend. Da könnte es tatsächlich mal interessant sein, das Brückengeländer von nahem zu fotografieren.

Wie die Spalte in so einem Geländer fokussierend wirken könnten, ist mir noch nicht so ganz klar.

Denn um signifikante Lichtbeugung zu erreichen, bräuchte man sehr kleine Spaltabstände wie in einem optischen Gitter, dabei würde das weiße Licht in seine Spektralfarben aufgespalten. Und dabei würde das Bild wohl nicht auf den Kopf gestellt.

Eine weitere Vermutung wäre, dass kleine Löcher im Geländer wie eine Lochkamera wirken könnten. Das würde erklären, dass das Bild bei diesem Schritt auf den Kopf gestellt wird. (So eine Lochkamera-Abbildung hat man zum Beispiel, wenn durch Löcher im dichten Blätterwerk eines Baumes die Sonne auf den Boden unter dem Baum in Form von vielen kleinen runden Punkten abgebildet wird.) Ob solch eine Abbildung lichtstark genug wäre und ein Muster von mehreren weißen Bögen ergeben könnte?

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

Ja, sowas meinte ich. Ein Lochkameraeffekt, nur eben mit einem waagerechtem Spalt anstatt eines Lochs - oder mehrere Spalte.

Eigentlich sieht das Geländer aber gar nicht so aus.
Ich werde mich nicht an der entsprechenden Stelle ins Wasser begeben, um mir das Geländer von dort aus zu betrachten, aber ein Foto vom Geländer könnte ich heute machen, wenn ich's nicht vergesse.

Ein Lochkamerabild ist ja im Gegensatz zum Spiegelbild nicht virtuell. Man müsste sich die Wasseroberfläche also mit sich überlappenden Bildteilen übersät vorstellen, von denen aber nur die zum Betrachter gelangen, die durch die Wellenstruktur der Wasseroberfläche entsprechend reflektiert werden.

Ich finde das selbst nicht überzeugend, was ich hier schreibe, aber unter allen Erklärungsversuchen halte ich das momentan für am wahrscheinlichsten.

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

http://img387.imageshack.us/img387/6696/gelaenderqz9.th.jpg
Gefällt mir stilistisch gut, fast wie Hundertwasser, nur nicht so bunt.
Aber hat es was mit dem Effekt zu tun?
Im Hintergrund die Brücke, von der die Erscheinung zu sehen ist.

sax · Anmeldungsdatum: 10.05.2005 Beiträge: 377 Wohnort: Magdeburg

Ich halte den Lochblendeneffeckt, wobei das hier eher eine "Spaltblende" wäre, auch für die Wahrscheinlichste Erklärung, dass Wasser würde sozusagen als Schirm fungieren, ich hab mal ne Skizze angehängt, wie das qualitativ aussehen würde. Den Effekt würde es auf jeden Fall erklären. Wenn man den grünen Bereich der Skizze mit dem weißen Bogen identifiziert, erklärt das auch warum der weiße Bogen breiter wird.
Man müßte sich jetzt noch genauer überlegen, was in der anderen Dimension mit dem Strahlengang passiert, ein Spalt projeziert ja kein Bild auf einen Schirm. Dafür das trotzdem ein Bild des Bogens ensteht müte dann wieder das virtuelle Bild des Spiegels betrachten. Irgendwie so. k.A.

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

Die Dimension, die der Spalt gegenüber dem Loch zuviel hat, wird durch die Vorliebe des Wassers für die Vertikale rausgefiltert.
Vom Geländer sieht man im Spiegelbild beispielsweise nur die aufrechten Teile. Ich nehme an, dass die parallelen Wellenfronten dafür verantwortlich sind.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die kleinen Löcher in dem Geländer könnten tatsächlich als Lochblende wirken!

Die Form der Löcher ist egal, solange sie klein genug sind, um ein scharfes Bild zu ergeben. (siehe auch z.B.:

http://www.physikerboard.de/htopic,5552,sonnenfinsternis.html )

Um unsere Vermutung nun zu überprüfen, könnte folgendes interessant sein:

* Man könnte sich mal an das Brückengeländer stellen (seitlich neben die kleinsten Löcher) und hinter die kleinsten Löcher ein Stück Papier halten. Vermutung: Das Lochkamerabild des Bogens (also der Bogen auf dem Kopf stehend) könnte auf dem Papier zu sehen sein; pro Loch ein Bild. (Falls das nicht gleich klappt, könnte man versuchen, das Papier möglichst weit weg vom Brückengeländer zu halten (ob Armlänge da reicht?) oder den Lichtkontrast dadurch zu verbessern, dass man zum Beispiel einen deckellosen Schuhkarton statt des Papiers verwendet, um mehr störendes Umgebungsllicht abzuschirmen.)

* Man könnte sich besagte Reflexion im Wasser nochmal genau daraufhin ansehen, ob man Auswirkungen der Struktur des Brückengeländers darin wiedererkennt. (zum Beispiel ob es tatsächlich etwa 5 Bilder des Bogens übereinander sind, die man da sieht !?). Ob man dazu mal den entsprechenden Ausschnitt des Fotos, der die aufrecht stehende Reflexion im Wasser zeigt, in hoher Auflösung darstellen könnte?

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

Eine befriedigende Antwort steht noch aus.

Für eine Lochblende braucht man nicht nur ein Loch sondern auch viel Lichtundurchlässiges drumrum. Das fehlt hier - mal von der Brücke selbst abgesehen.

Wenn ich mich zum Gespött der Leute mache und mit viel Pappe eine camera obscura hinter das Geländer baue - und sie sogar funktioniert - wäre doch nichts bewiesen.
Eher würde ich mir zuhause ein Modell bauen.

An meiner Spaltblenden-Idee ist eine große Schwäche, dass der oberste Teil des Bogens nicht nah an der Brücke reflektiert wird, sondern erst jenseits der Spiegelung des Geländers.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Gehe ich recht in der Annahme, dass das Vordach bei dem weißen Balkenbogen bogenförmige Streben enthält, die metallisch und damit spiegelnd sind?

Eine Spiegelung an einer dieser Streben oder an mehreren dieser parallelen Streben im gleichen Abstand könnte die erste unserer beiden Spiegelungen sein.

Dass diese Spiegelung an einem gebogenen Spiegel stattfindet, kann erklären, dass die Krümmung des beobachteten Bildes kleiner ist als die des weißen Streifens selbst.

Wenn die spiegelnde Strebe bzw. die spiegelnden Streben einen runden Querschnitt haben, dann kann es sogar sein, dass die spiegelnde Fläche jeweils eine so schmale Linie ist, dass man entweder eine bzw. mehrere gute streifenförmige Reflexions-Lochkamera(s) oder viellecht sogar eine sichtbare Beugung am Einzelspalt bzw. am Beugungsgitter und damit ein Streifenmuster erhält.

Da dieses Spiegelbild kopfüber über die Brücke hinwegläuft, schneiden die Brücke und eventuelle Autos auf dieser Brücke davon ein Stück oben in der Mitte ab. Im Bild bogen36xx scheint die Beobachtungsstelle so gewählt zu sein, dass das Licht von den Stellen der Streben, an denen es reflektiert wird, auf seinem Weg zur Wasseroberfläche (der dann nach Reflexion am Wasser zum Auge des Betrachters führt) hoch genug läuft, um nicht von der Brücke abgeschnitten zu werden.

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

Das Vordach überragt kaum den hellen Bogen (siehe hier).
Deshalb schließe ich eine Spiegelung am Vordach aus.

Mich würde mal interessieren, woher die für meine Erklärung notwendige "Vorliebe" des Wassers für die Senkrechte kommt. Wie z.B. hier und hier zu sehen, werden Lichtquellen oft als senkrechte Striche reflektiert.

Der weiße Bogen ist ja so etwas wie eine Lichtquelle. Nach meiner Theorie bekommen wir von den senkrechten Verzerrungen nur die Teile zu sehen, die nicht von Brücke und Geländer verdeckt werden und sich auch nicht in der hellen Spiegelung des Himmels auf dem Wasser verlieren.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich meinte nicht eine Spiegelung an der Glasfläche/Plastikfläche des Vordaches, sondern an einer Strebe (oder am Rand) des Vordaches. Wenn eine solche Strebe wie ein rundes Metallrohr ist, dann spiegelt sie das Bild des Bogens auch dann, wenn das Glas des Vordaches nicht im richtigen Winkel steht. Denn an einem runden Rohr gibt es immer eine Stelle, die in die passende Richtung spiegelt, so dass der Lichtstrahl vom Bogen zum Rohr zum Wasser zum Beobachter gelangen könnte. (Dementsprechend wäre übrigens auch eine Spiegelung an der vorderen Kante des Vordaches denkbar, da auch eine gerundete Kante wie ein Rohr spiegeln kann.)

Die "Vorliebe des Wassers für die Senkrechte" liegt an den Eigenschaften der diffusen Reflexion an einer leicht gewellten Oberfläche. Eine solche Reflexion tritt zum Beispiel an leicht gewellten Wasseroberflächen oder an Eisoberflächen (denn diese sind ebenfalls leicht uneben) auf. Eine solche Oberfläche ist wie eine Ansammlung von vielen kleinen Spiegeln, die alle einen unterschiedlichen Neigungswinkel haben. Also sieht man einen Lichtpunkt des Objektes nicht nur als Punkt, sondern als Fleck, der sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung eine endliche Ausdehnung hat.

Betrachtet man die Sache genauer und überlegt, wie weit man ein Spiegelchen verschieben kann, so dass es bei einem vorgegebenen maximalen Neigungswinkel den Lichtpunkt noch zum Betrachter hin reflektieren kann, dann merkt man, dass man das Spiegelchen dabei in horizontaler Richtung weniger weit verschieben kann als in vertikaler Richtung. Je niedriger die Höhe

von Objekt und Beobachter über der Wasseroberfläche, und je größer die Entfernung

zwischen Beobachter und Objekt, desto länglicher erscheint dem Beobachter der Lichtfleck.

Das Verhältnis von beobachteter Breite zu beobachteter Länge des Lichtflecks ergibt sich aus einer solchen geometrischen Betrachtung dabei zu rund

Alle Lichtpunkte erscheinen also als vertikal langgezogene Flecke. Damit bleiben vertikale Strukturen im Spiegelbild sichtbar, aber horizontale Strukturen erscheinen verwaschen. (Dass unser Kanal eine solche leicht gewellte Oberfläche ist, sieht man gut daran, dass horizontale Strukturen der Fensterfassade (mit/ohne zugezogene Rollos) nur sehr verwaschen erscheinen.)

Ob die Kombination beider Effekte, also die Spiegelung an einem gebogenen Rohr im/am Vordach sowie die diffuse Spiegelung an der Wasseroberfläche, das beobachtete gebogene Streifenmuster erklären könnte? Mir erscheint das durchaus denkbar.

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

Vielen Dank für die ausführliche Erklärung zur diffusen Reflexion!

Den Einfluss einer Spiegelung an der Kante des Vordachs oder an einer runden Strebe halte ich weiterhin für unwahrscheinlich

MartinH · Anmeldungsdatum: 15.07.2006 Beiträge: 12 Wohnort: Hamburg

Ohne die Brücke würde jeder Punkt des Bogens auf der Wasseroberfläche als senkrechte Linie erscheinen, so wie sich nachts Lichter als Linien auf dem Wasser spiegeln. Die Brücke und ihr Geländer verdecken Teile dieser Linien.
Strahlen die weit unten vom Bogen ausgehen, treffen erst weit von der Brücke entfernt aufs Wasser.
Strahlen vom oberen Teil des Bogens können näher an der Brücke aufs Wasser treffen, aber weil die senkrechte Verlängerung, die eine Folge der diffusen Reflexion ist, irgendwo ihre Grenzen hat, sind sie dort auf dem Foto nicht zu sehen. Vom oberen Teil des Bogens erreichen stattdessen solche Strahlen den Betrachter, die über das Brückengeländer hinweg gegangen sind, also im Foto unten erscheinen.

Was auf dem Wasser ungefähr so aussieht wie der aufrechte Bogen, ist also das auf dem Kopf stehende und gebogene Abbild des Brückengeländers, welches die diffuse Reflexion des weißen Bogens wie ein Schatten überlagert.

http://img248.imageshack.us/img248/8093/rimg0041vz8.jpg

http://img248.imageshack.us/img248/5950/rimg0041aoj2.jpg

In diesem heute morgen aufgenommenen Bild ist zu erkennen, dass die dunklen Linien ein gebogenes Abbild des Geländers sind. Das Ziergitter im oberen Bereich des Geländers verbreitert sich an jeden zweiten Pfahl, und diese Stellen sind in den roten Kreisen zu erkennen.
Im grünen Rechteck sieht man die Spiegelung des Gebäudes rechts hinter dem Berliner Bogen.