In meinem Praxissemester ist mir aufgefallen, dass nur wenige Schüler wissen, wie eigentlich Film oder „bewegte Bilder“ funktionierten. Das hat mich insofern verwundert, da sich gerade die Jungs über möglichst hohe Frameraten oder fps (Frames per second) in Computerspielen unterhalten.
Für Erwachsene ist das natürlich klar: Da hat man so 25 einzelne Bilder, die schnell hintereinander laufen und man dadurch den Eindruck hat, als würde sich das Bild bewegen. Wenn sich der geneigte Fernsehkonsument aber mal schnelle Autoverfolgungsjagden genauer anschaut, entdeckt man etwas merkwürdiges: die Reifen des Autos drehen sich manchmal entgegengesetzt zur Fahrtrichtung. Das Auto müsste also eigentlich rückwärts fahren. Wenn man Erwachsene danach fragt, schaut man nicht selten in fragende Gesichter. So klar ist das Prinzip vom bewegten Bild dann also doch nicht.
Ein spannendes Thema also, das man gut im Physikunterricht behandeln kann. Thematisch passt es am ehesten in den Bereich der Optik, wenn beim Reifenproblem Winkelgeschwindigkeiten eine Rolle spielen ist auch noch Grundwissen aus der Mechanik wichtig. Hier also ein paar Ideen und Anregungen, wie man das Thema „Filmtechnik“ im Physikunterricht einbinden kann:
Das grundlegende Problem ist erstmal, den Schüler davon zu überzeugen, dass sich ein Film im Grunde aus schnell hintereinander ablaufenden Einzelbildern zusammensetzt und uns wegen der Trägheit unseres Auges als „flüssiger Film“ erscheint. Für Schüler ist das in erster Linie nicht ohne weiteres trivial, weshalb man hier zur Verdeutlichung hervorragend einfache Handversuche einbauen kann. Ein simples Daumenkino ist schnell und einfach herstellbar und fördert zudem noch die Kreativität. Für eine „Zaubertrommel“ braucht man schon etwas mehr Zeit. Sie eignet sich vielleicht eher als Kooperationsprojekt mit dem Fach Kunst.
Jetzt haben wir bereits das erste Problem: Beim Daumenkino haben wir vielleicht nicht unbedingt eine flüssige Bewegung erhalten und man kann mit den Schülern diskutieren, welche Faktoren dabei eine Rolle spielen (schlecht gezeichnet, zu langsam geblättert, …). An dieser Stelle kann der Lehrer thematisieren, dass die Wahrnehmung einer Bewegung des Bildes mit der Trägheit des Auges zusammenhängt. Wie schnell muss das Daumenkino oder die Trommel bedient werden (oder genauer: wieviele Bilder müssen pro Sekunde an meinem Auge vorbeilaufen, um den Eindruck einer flüssigen Bewegung zu erzeugen)?
Es ist sicher interessant, über gängige Fernsehnormen zu argumentieren, doch das kann ebenso schnell aufs Glatteis führen. Haben wir etwa in unserer PAL-Fernsehnorm noch 25 Bilder pro Sekunde, sind es beim NTSC-Format schon ca. 30 (29,97). Kinofilme werden hingegen mit 24 Bildern produziert.
Am Rande: Die daraus resultierenden Probleme sind derzeit massiv spürbar. Neue Filme im HD-Format liegen häufig mit originalen 24 Bildern pro Sekunde auf den BlueRay-Medien vor, womit aber unsere PAL-Geräte nicht wirklich klar kommen, da hier 25 Bilder vorausgesetzt werden. Der Unterschied kann zu sichtbaren Rucklern bei Kameraschwenks führen. Aus diesem Grund werden neuerdings Abspielgeräte und Fernseher mit dem so genannten „24p“ Logo beworben, die angeblich das Problem beheben können.
An der Stelle können auch die Funktionsweisen gängiger Flach- und Röhrenbildschirme behandelt werden. Der technische Aspekt ist vielleicht gerade für Mädchen nicht so interessant, es sollte aber doch ein Stück weit zur Allgemeinbildung gehören, wie die Flimmerkiste, auf der allabendlich „Verbotene Liebe“ angeschaut wird, grob funktioniert.
Zum Thema „bewegte Bilder“ gibt es noch weitere sehr interessante Beispiele, die man mit den Schülern besprechen kann: Alte Stummfilmklassiker wurden damals nur mit 18 Bildern pro Sekunde aufgenommen. Die Bewegungen erschienen unnatürlich und eckig. Da man die Filme aber mit der heutigen Technik abspielen können muss, wurde die Geschwindigkeit erhöht, die Bewegungen wirken daher sehr schnell (sieht man auch schön bei alten Dick & Doof-Filmen). Weiterhin laufen Explosionen im wirklichen Leben ja oft viel schneller ab, als sie uns in den tollen Zeitlupen der Filmemacher gezeigt werden. Nimmt man einen normalen Film und lässt ihn langsamer ablaufen, erscheinen die Bewegungen auch hier recht ruckartig und unnatürlich (wie bei einem PC-Spiel mit niedriger Framerate). Es fehlen dann also Bilder dazwischen. Die Filmemacher nehmen daher Kameras, die mit einer bedeutend größeren Bildrate aufnehmen. Soweit ich weiß sind das zum Teil bis zu 1.000 Einzelbilder in der Sekunde. Solche Aufnahmen kann man dann getrost langsamer abspielen.
Um das Thema mit den realen Einzelbildern weiter zu verdeutlichen, eignet sich auch das Making-Of des ersten Matrix-Films. Ja, richtig gelesen! Dort wird nämlich die Technik des Bullet-Time genannten Verfahrens erklärt. Dabei bleibt das Geschehen nahezu eingefroren während sich die Kamera rasend schnell um den Protagonisten dreht. Als Neo auf dem Dach des Hochhauses der Kugel ausweicht ist das etwa dieser Effekt. Wie kommt das? Im Making-Off sieht man dazu unzählige Fotoapparate im Kreis um den Akteur aufgestellt. Diese werden per Computersignal einzeln, schnell aufeinander folgend ausgelöst. Die daraus entstandenen einzelnen Bilder bilden nachher schnell hintereinander abgespielt eine flüssige Rotation um den Charakter.
Ein Problem haben wir damit aber noch nicht gelöst: der rotierende Reifen bei Verfolgungsjagden. Das Phänomen sollte man im Unterricht unbedingt zeigen. Entweder sollen die Schüler mal beim Fernsehen darauf achten (auch ohne die Serie zu kennen könnte ich mir vorstellen, dass bei Actionserien wie „Alarm für Cobra 11 – Die Autobahnpolizei“ solche Aufnahmen zuhauf zu finden sind), alternativ bringt der Lehrer einen solchen Ausschnitt in die Schule mit. Sobald ich das nötige Equipment habe, gedenke ich, auch selbst ein solches „Video“ mit einem montierten Fahrradreifen zu drehen.
Wie funktioniert das Ganze nun? Am besten verdeutlicht sich das mit Bildern.
Nehmen wir einen Reifen, markieren einen bestimmten Punkt und gehen wir wieder von einer „normalen“ PAL-Aufnahme mit 25 Bildern pro Sekunde aus. Bewegen wir den Reifen nun recht langsam, so dass sich pro Bild der Punkt um 10° gedreht hat, so hätte er sich also in einer Sekunde um 250° gedreht.
Im folgenden Beispiel dreht sich unser Rad pro Bild um 45° (Fahrtrichtung rechts). (Klicken, um zu vergrößern).
Wir sehen, dass sich der Punkt von Bild zu Bild nur geringfügig in der Fahrtrichtung weiter dreht. Im Film dreht er sich dann auch in die „richtige“ Richtung. Nehmen wir nun eine höhere Winkelgeschwindigkeit, etwa 315° pro Bild. Dann sähe es in der Kombination so aus:
Unsere gemachten Bilder sind immer Momentaufnahmen. Einen solchen Moment haben wir also alle 315°. Die einzelnen Bilder zeigen schon, dass es den Anschein hat, als wäre der Punkt immer ein Stück hinter den vorangegangenen versetzt. So erscheint es uns auch, wenn wir die Bilder als Film abspielen. Der Reifen dreht sich scheinbar gegen den Uhrzeigersinn und damit gegen unsere reale Fahrtrichtung.
Ein faszinierendes Phänomen. Filmtechnik bietet noch viele weitere interessante Aspekte, die im Unterricht thematisiert werden können. Die Funktionsweise von Röhren, LCD- und Plasmafernsehern etwa oder das Prinzip von Bluescreen-, bzw. Greenscreen-Aufnahmen sind ungeheuer spannend und spielen in der Lebenswelt der Schüler eine wichtige Rolle, sei es beim Konsum von Fernsehinhalten oder beim selbst Erstellen von Videos und dem Einstellen auf Videoplattformen wie Youtube.
Hinweis:
Die Bilder sind selbst erstellt und unterliegen der CC-Lizenz Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 2.0 Deutschland.
