licht_im_leeren_nebel/experiment_report/README.md

# Experiment: Sichtbarkeit von Licht ohne Streumittel

## Purpose

Untersuchung, ob Licht ohne Streumittel im Raum sichtbar wird.

**Problemstellung:** Licht wird nur sichtbar, wenn es an Partikeln oder Oberflächen gestreut oder reflektiert wird. Ziel war die empirische Überprüfung dieser Bedingung durch Feldmessungen ohne Nebel oder Staub.

**Ziele:**
- Vergleich physikalischer Messwerte mit subjektiver Wahrnehmung.
- Analyse der Sichtbarkeit von LED-Lichtkegeln in partikelfreier Luft.
- Vergleich von Reflexionseffekten auf unterschiedlichen Oberflächen.

## Kontext & Hintergrund

Sensorlogs mit Intensitäts- und Spektralwerten, ergänzt durch subjektive Wahrnehmungsnotizen.

**Gruppierung:**
- Luftmessungen
- Messungen mit Reflektorplane
- Reflexionen an Wasser

**Trace-Metadaten / zusätzliche Tags:**
- Zeitstempel
- GPS-Koordinaten
- Spektralverlauf
- LED-Intensität

**Domänenkontext:**
- Optik
- Lichtstreuung
- Wahrnehmungspsychologie
- Experimentaldokumentation

**Outlier-Definition:**
- Methode: Manuelle Sichtung der Logdaten
- Beschreibung: Identifikation unplausibler Intensitätssprünge (>±1%) oder Sensorfehler.
- Metrik: ΔIntensität / lm-Abweichung

**Motivation:**
- Überprüfung physikalischer Theorie über Lichtstreuung.
- Erforschung der Differenz zwischen objektiver Messung und subjektiver Wahrnehmung.
- Praxisbeispiel für Licht- und Wahrnehmungsexperimente unter Realbedingungen.

## Methode / Spezifikation

**Übersicht:**
- Drei LED-Strahler (6500 K, 10 000 lm) in gleichmäßiger Anordnung.
- Verkabelung zu zentralem Verteiler mit Raspberry Pi 5.
- Datenerfassung mittels Lichtspektrumanalysator und GPS-Modul.
- Logintervall: 5 s pro Messpunkt.
- Vergleichsmessung mit und ohne reflektierender Plane.

**Algorithmen / Verfahren:**
- Spektrum- und Intensitätslogging über serielle Schnittstelle.
- Korrelation der Intensitätsdaten mit GPS-Position.
- Manuelle Synchronisierung subjektiver Wahrnehmungsnotizen mit Zeitstempeln.

## Input / Output

### Input-Anforderungen

**Hardware:**
- 3× LED-Strahler (6500 K, > 10 000 lm)
- 1× Raspberry Pi 5
- 1× Spektrumanalysator
- 1× GPS-Modul
- 1× Kamera (Nachtmodus, 1/8 s Belichtung)
- 4× 12 V-Akkupacks

**Software:**
- SSH-Zugang zum Raspberry Pi
- eigener Logger (5 s‑Intervall, Textdateiformat)
- optional: Fotometer-App für Vergleichsmessungen

**Konfiguration:**
- Kamerabelichtung fix auf 1/8 s
- Reflexionsplane in 10 m Abstand bei Vergleichsmessung
- GPS-Logging alle 3 m entlang 60 m Strecke

### Erwartete Rohdaten

**Felder pro Run:**
- Zeit
- LED-ID
- Lichtstrom (lm)
- Peak-Wellenlänge (nm)
- GPS-Koordinaten
- ΔIntensität (%)

**Formatbeispiele:**
- [20:05:17] LED_A: 9985 lm | Peak: 465 nm | Lat: 48.56N | Lon: 13.43E

**Trace-Daten:**
- Format: Textlog mit Zeitstempel‑Blöcken
- Hinweis: Konsistente 5 s-Abstände, ergänzt durch Wahrnehmungsnotizen.

### Analyse-Ausgaben

**Pro Gruppe / pro Governor:**
- Mittelwert Intensität
- Varianz (±0,5 %)
- Peak-Verschiebung (nm)

**Vergleichsausgaben:**
- Luftmessung vs Reflektorplane
  - Δ: +12 % Intensitätszuwachs

- Trace-Muster: Konsistente Intensitätswerte; keine Korrelation zur subjektiven Intensitätswahrnehmung.

## Workflow / Nutzung

**Analyse-Workflow:**
- Systemaufbau und Funktionsprüfung aller LED-Strahler.
- Start des Loggers über SSH.
- Erfassung von Daten in Abständen von 5 s.
- Verifikation der GPS-Daten.
- Zusatzmessung mit reflektierender Plane.
- Datenüberlagerung und Vergleich der Spektral-Peaks und Intensitätswerte.

### Trace-Template-Anforderungen

**Ziel:** Reproduzierbare Messung von LED-Intensität und spektraler Stabilität ohne Umgebungspartikel.

**Erforderliche Tags & Metadaten:**
- Zeitstempel
- GPS-Koordinaten
- Peak-Wellenlänge
- Intensität

**trace-cmd-Setup:**
- Fixe Lograte (5 s)
- synchrone Zeiterfassung

**Run-Design für Contributors:**
- Aufnahme bei klarer Luft, keine sichtbaren Partikel.
- LED-Intensität ≥ 10 000 lm empfohlen.
- Dokumentation subjektiver Wahrnehmung mit Zeitvermerk.

## Interpretation & erwartete Ergebnisse

**Kernbefunde:**
- Lichtstrahlen in partikelfreier Luft sind unsichtbar.
- Sichtbarkeit entsteht nur durch Streuung oder Reflexion.
- Subjektive Wahrnehmung suggeriert Intensitätsschwankungen ohne reale Messabweichung.

**Implikationen für Experimente:**
- Wahrnehmungskurven dürfen nicht mit objektiven Messverläufen gleichgesetzt werden.
- Verstärkte Reflexionsprüfungen können tatsächliche Sichtbarkeitsgrenzen belegen.

**Planungsziel:**
- Ziel: Abgleich von Wahrnehmung und Messung im Bereich sichtbarer Lichtkegel.
- Vorgehen:
  - Erfassung realer Intensität
  - Parallelnotizen zu subjektiven Eindrücken
  - Vergleich beider Datentypen

## Limitationen & Fallstricke

**Datenbezogene Limitationen:**
- Kontaktfehler an LED B verursachte kurzzeitigen Signalverlust vor Teststart.
- Manuelle Notizen können zeitlich leicht versetzt zu Messdaten liegen.

**Kausalität & Generalisierbarkeit:**
- Subjektive Wahrnehmung nicht generalisierbar.
- Experiment zeigt qualitative, keine statistisch abgesicherten Ergebnisse.

**Praktische Fallstricke:**
- Feuchtigkeitsbedingte Kontaktprobleme.
- Beobachtungsumgebung (Uferbereich) erfordert Sicherheitsmaßnahmen.
- Reflexion an Wasser kann als falsches Streumuster interpretiert werden.

## Nächste Schritte & Erweiterungen

**Geplante Experimente:**
- Systematische Messung bei verschiedenen Feuchte- und Nebelgraden.
- Variation der Reflektorabstände (5–15 m).
- Kamerafokuskalibrierung zur Minimierung flirrender Artefakte.

**Analyseziele:**
- Quantitative Auswertung von Spektralverschiebungen bei reflektierten Anteilen.
- Vergleich unterschiedlicher LED-Farben (z. B. 3000 K, 6500 K).

**Regression & Modellierung:**
- Anwendung einfacher Regressionsmodelle für Intensitätsverlauf über Entfernung.
- Korrelationsanalyse zwischen realen Intensitätsdaten und subjektiven Wahrnehmungseinträgen.

**Community-Beiträge:**
- Bereitstellung reproduzierbarer Logformate.
- Anleitung zu sicheren Nachbauten mit handelsüblicher Ausrüstung.