Physik für Mediziner im 1. Fachsemester
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- Reiner Hartmann
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1 Physik für Mediziner im 1. Fachsemester #22 01/12/2010 Vladimir Dyakonov
2 Sammellinse Hauptstrahlen durch einen Sammellinse: Achsenparallele Strahlen verlaufen nach der Brechung durch eine Sammellinse durch den Brennpunkt. Mittelpunktstrahlen verlaufen durch dünne Linsen ohne Richtungsänderung. Jeder Brennpunktstrahl wird nach der Brechung an der Sammellinse zu einem achsenparallelen Strahl.
3 Zerstreuungslinse Verlauf der Hauptstrahlen durch eine Zerstreuungslinse: Achsenparallele Strahlen verlassen die Konkavlinse als divergente Strahlen, die vom virtuellen Brennpunkt zu kommen scheinen. Mittelpunktstrahlen ändern beim Linsendurchgang ihre Richtung nicht. Auf den jenseitigen Brennpunkt gerichtete Strahlen verlaufen nach der Brechung achsenparallel.
4 Sammellinse Strahlenbündel fällt parallel auf die Linse, aber unter einem bestimmten Winkel zur optischen Achse, α Bildkonstruktion für g > f Anwendung zweier ausgezeichneter Strahlen Ein paralleles Strahlenbündel wird von der Sammellinse immer in der Brennebene in einem Punkt vereinigt.
5 Linsenkombination Resultierende Brechkraft bei zwei dünnen Linsen mit kleinem Abstand d D = D + D 1 2
6 Bildrekonstruktion Ausgezeichnete Strahlen: 1: Parallelstrahl 2: Mittelpunktstrahl 3: Brennstrahl
7 Abbildungsgleichung = + f g b f = Brennweite g = Gegenstandsweite b = Bildweite
8 Abbildung Abbildungsgleichung Parallelstrahl G Mittelpunktstrahl F Brennpunktstrahl F B 1 f = 1 b + 1 g g b Abbildungsmaßstab f f Achsparalleler Strahl Brennpunktstrahl Mittelpunkstrahl wird nicht abgelenkt Brennpunktstrahl achsparalleler Strahl B G = b g
9 Das Auge Glaskörper Ziliarmuskel Hornhaut Pupille Linse Hornhaut (n =1.38, r = 6 mm) Kammerwasser (n=1.34) Gesamtbrechkraft Linse (n=1.44) Hornhaut Glaskörper (n=1.34) Linse Lederhaut Blutgefäße Aderhaut Netzhaut Sehgrube fovea blinder Fleck Sehnerv 58 dpt 40 dpt 15 dpt
10 Sehhilfen Kurzsichtigkeit Das System langes Auge" hat einen zu starken Brechwert Weitsichtigkeit Das System kurzes Auge" hat einen zu schwachen Brechwert D g = D 1 + D 2
11 Optische Instrumente Allgemeine Wirkungsweise der optischen Instrumente Erfahrung 1. Von weiter entfernten Gegenständen lassen sich keine Einzelheiten erkennen 2. Kleine Gegenstände, auch wenn sie beliebig nahe an das Auge herangebracht werden, lassen sich nur undeutlich erkennen (begrenzte Akkomodationsfähigkeit) Aufgabe der opt. Instrumente (Lupe, Mikroskop, Fernrohr) von entfernten oder zu kleinen Gegenständen deutliche Bilder in der deutlichen Sehweite und unter hinreichend großem Sehwinkel zu erzeugen
12 Deutliche Sehweite/Sehwinkel Deutliche Sehweite beim Durchschnittsmenschen, d.h. die Weite bei der noch akkomodiert werden kann: s 0 =25 cm: G ε 0 s 0 ε 0 Ohne optisches Gerät ist der Sehwinkel gegeben durch: " 0 = G s 0
13 Deutliche Sehweite/Sehwinkel Der Nahpunkt verschiebt sich mit dem Alter in immer größere Entfernungen Als deutliche Sehweite wird der Abstand von 25 cm festgelegt Mit Hilfe der deutlichen Sehweite werden Vergrößerungen optischer Instrumente angegeben
14 Deutliche Sehweite/Sehwinkel Da von der Größe des Sehwinkels die Größe des auf der Netzhaut entworfenen Bildes abhängt, haben in verschiedener Entfernung vom Auge befindliche Gegenstände die gleiche scheinbare Größe, wenn sie unter dem gleichen Sehwinkel erscheinen.
15 Sammellinse/Lupe Bei der Abbildung durch Linsen ist jedem Gegenstandspunkt ein Bildpunkt zugeordnet. Liegt der Gegenstandspunkt außerhalb der Brennweite, so erzeugt die Sammellinse einen reellen Bildpunkt; Liegt er innerhalb der Brennweite, so entsteht ein virtueller Bildpunkt
16 Abbildung mit Sammellinse Gegenstand Lage g > 2 f g = 2 f f < g < 2 f g < f Lage f < b < 2 f b = 2 f b > 2 f Auf der Gegenstandsseite Bild Art, Stellung, Größe reell, umgekehrt, seitenvertauscht, verkleinert reell, umgekehrt, seitenvertauscht, gleichgroß reell, umgekehrt, seitenvertauscht, vergrößert virtuell, aufrecht, seitenrichtig, vergrößert
17 Lupe Befindet sich der Gegenstand innerhalb der Brennweite f, so erhält man ein virtuelles, aufrechtes und vergrößertes Bild.
18 Lupe /Sehwinkel Vergrößerung des Sehwinkels durch eine Lupe Ohne Lupe: ε G F g s 0 " 0 = G s 0 Mit Lupe: ε 0 " = G g
19 Strahlengang beim Mikroskop Objektiv Okular Das Objektiv entwirft ein reelles, umgekehrtes und vergrößertes Zwischenbild von G innerhalb der Tubuslänge t. Das Okular wird als Lupe benutzt und erzeugt damit ein virtuelles, aufrechtes und vergrößertes Bild dieses Zwischenbildes. Scharfstellen: Abstand Objektiv-Gegenstand wird so eingestellt, dass das Zwischenbild genau in der Brennebene des Okulars entsteht und damit mit entspanntem Auge scharf zu sehen ist.
20 Vergrößerung des Mikroskops Umgekehrtes, vergrößertes, virtuelles Bild Umgekehrtes, vergrößertes, reelles Bild Auge Objektiv Okular Optische Tubuslänge: f 1 + f 2 + t Vergrößerung: " = " Objektiv # " Okular = t f 1 # s 0 f 2
21 Aufbau des Mikroskops
22 Astronomisches Fernrohr (Kepler) Objektiv Zwischenbild Okular!! B! 2! 2 f 1 f 2 Vergrößerung: Objektiv: lange Brennweite, erzeugt reelles, umgekehrtes Bild " = # f 1 $ f 2 Zweck des Objektivs ist es nur den Gegenstand so abzubilden, dass das nun nahe liegende Bild mit dem Okular beobachtet werden kann Okular (Lupe): kurze Brennweite
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