Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Lernwerkstatt für die Klassen 7 bis 9: Linsen und optische Geräte

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2 SCHOOL-SCOUT Lernwerkstatt Linsen und optische Geräte Seite 7 von 15 Bildentstehung im Auge Über die Funktionsweise von Sammel- und Zerstreuungslinsen wisst ihr ganz genau Bescheid. Aber wir wollten doch eigentlich untersuchen, wie eure Augen Bilder von Gegenständen erzeugen! Mit eurem Vorwissen ist das nun ganz einfach! Jeder Punkt am Gegenstand reflektiert Licht. Die Lichtstrahlen, die auf die Hornhaut des Auges treffen, werden durch die Pupille zur Augenlinse geleitet. Wie ihr wisst, brechen hier die Lichtstrahlen. Dann treffen sie auf die Netzhaut, wo das Bild des Gegenstandes verkehrt herum ankommt. Die Netzhaut gibt die Informationen über das Bild durch den Sehnerv an das Gehirn weiter. Hier wird das Bild wieder richtig herum gedreht - und wir sehen den Gegenstand! Auf der Abbildung könnt ihr erkennen, dass die Lichtstrahlen an verschiedenen Punkten auf der Netzhaut zusammentreffen. An diesen Punkten entsteht das Bild des Gegenstandes, und darum Bildpunkte Damit ihr Gegenstände richtig scharf sehen könnt, müssen die Bildpunkte genau auf der Netzhaut liegen! Aber Moment mal die Brennpunkte einer Sammellinse befinden sich doch immer an derselben Stelle auf der optischen Achse! Wenn der Gegenstand nun näher oder weiter entfernt von der Linse liegen würde, dann wären die Bildpunkte ja vor oder hinter der Netzhaut! Dann könntet ihr das meiste von eurer Umgebung nur verschwommen und unscharf sehen!

3 SCHOOL-SCOUT Lernwerkstatt Linsen und optische Geräte Seite 8 von 15 Akkommodation beim Auge Die Augenlinse ist an elastischen Muskelbändern befestigt. Durch sie kann die Linse sich zusammen ziehen oder ausbreiten sodass die Bildpunkte immer auf der Netzhaut liegen: Durch die elastischen Bänder kann die Augenlinse ihre Breite und Länge verändern! Diesen Vorgang nennt man Akkommodation Auf diesem Bild ist der Gegenstand weit entfernt. Die Augenlinse ist schmal, und die Bildpunkte liegen genau auf der Netzhaut ihr seht scharf. Nun ist der Gegen-stand nah am Auge, aber die Linse ist noch schmal! So sind die Bildpunkte plötzlich hinter der Netzhaut - ihr seht verschwommen! Nachdem die Augenlinse sich ausgedehnt hat, sind die Brennpunkte näher an der Linse. Dadurch liegen die Bildpunkte wieder auf der Netzhaut und ihr seht wieder scharf! Wenn sich der Gegenstand allerdings zu nah am Auge befindet, kann man ihn nicht mehr scharf erkennen. Wenn ihr euch einen beschriebenen Zettel mit Buchstaben vor die Nase haltet und ihn dann immer näher an eure Augen zieht, könnt ihr die Wörter irgendwann einfach nicht mehr lesen. Manchmal ist etwas auch zu klein, um es mit bloßem Auge deutlich sehen zu können.

4 SCHOOL-SCOUT Lernwerkstatt Linsen und optische Geräte Seite 9 von 15 Die Lupe Wie die Augenlinse ist auch die Lupe eine Sammellinse. Blickt man durch sie hindurch, dann wird der Gegenstand scheinbar näher an die Augen gebracht und trotzdem noch scharf gesehen. Mit einer Lupe kann man also größere Bilder von Gegenständen erzeugen Aber wie kommt es denn dazu? Ihr könnt es euch so vorstellen, als würde die Lupe wie ein Trichter die Lichtstrahlen einsammeln und auf das Auge lenken. Ohne Lupe wird der Gegenstand sehr klein auf der Netzhaut abgebildet. Die Lupe kann viel mehr von dem Licht einfangen, das vom Gegen-stand reflektiert wird. Man sagt dann auch, die Lupe Sehwinkel Die Lichtstrahlen brechen in der Lupe und werden auf die Augenlinse gelenkt. Dadurch wird das Bild des Gegenstandes größer auf der Netzhaut abgebildet, als er tatsächlich ist ihr seht vergrößert! Die Brille Eine Brille auf der Nase sieht gut aus und macht einen schlauen Eindruck. Davon abgesehen kann sie aber auch wahre Wunder bewirken, wenn die Augen nicht ausreichend zur Akkommodation fähig sind! Wenn die Linse sich nicht richtig ausdehnen kann, spricht man von Weitsichtigkeit. Weil die Augenlinse sich nicht ausdehnt, wird das Licht nicht genug gebrochen. Dann entsteht das Bild erst hinter der Netzhaut. Um das Licht stärker brechen zu können wird einfach eine Sammellinse vor das Auge geschoben. Nun wird das Bild wieder genau auf der Netzhaut abgebildet und ihr seht scharf! Es kann aber auch sein, dass die Bildpunkte schon vor der Netzhaut liegen. Das passiert, wenn die Augenlinse sich nicht stark genug zusammenziehen kann. Dann ist die Person kurzsichtig.

5 SCHOOL-SCOUT Lernwerkstatt Linsen und optische Geräte Seite 10 von 15 Um Kurzsichtigkeit zu korrigieren, benötigt man eine Zerstreuungs-linse. Durch sie werden die Strahlen, bevor sie auf die Augenlinse treffen noch etwas gestreut, damit sie nicht zu früh zusammen treffen. Wenn es also mit der Akkommodation nicht richtig klappt, kann eine Brille helfen. Aber was ist, wenn man selbst so richtig weit entfernte Dinge sehen möchte? Da bräuchte man schon Adleraugen, oder? Das Linsenfernrohr Wie man weit entfernte Gegenstände und sogar die Sterne am Himmel besser sehen kann, darüber haben sich in der Vergangenheit schon viele Menschen Gedanken gemacht. Darum gibt es auch verschiedene Fernrohre, zum Beispiel das Kepler-Fernrohr (erfunden von Johannes Kepler) oder das Galilei-Fernrohr (das von Galileo Galilei entwickelt wurde). Diese beiden funktionieren, indem sie den Sehwinkel vergrößern, aber zwischen ihnen gibt es auch ein paar Das Kepler-Fernrohr Das Objektiv ist die große Linse, die auf die Seite des betrachteten Gegenstandes zeigt. Sie kann e durch die ihr hindurchseht. Beim Kepler-Fernrohr werden sowohl für das Objektiv als auch für das Okular Sammellinsen verwendet. Weil zwei Linsen vorhanden sind, existieren auch zwei Brennweiten: die des Objektivs und die des Okulars. Nachdem das Licht von einem entfernten Gegenstand auf das Objektiv getroffen ist, erzeugt es ein umgekehrtes Bild des Gegenstandes. Dieses Bild könnt ihr euch wie einen kleinen Körper Zwischenbild nweite des Objektivs ist sehr lang, denn so kann ein großes Zwischenbild erzeugt werden. Genau dieses Zwischenbild kann man nun wie durch eine Lupe mit dem Okular betrachten. Allerdings steht das Bild auf dem Kopf, was bei der Betrachtung von Sternen noch nicht allzu sehr stört. Wenn man das Kepler-Fernrohr aber für Dinge auf der Erde benutzen möchte, dann wird meistens noch eine dritte Linse eingefügt. Diese dreht das Bild wieder um, und schon sieht man wieder richtig herum!

6 SCHOOL-SCOUT Lernwerkstatt Linsen und optische Geräte Seite 11 von 15 Das Galilei-Fernrohr Für das Galilei-Fernrohr wird als Objektiv eine Sammellinse und als Okular eine Zerstreuungslinse genutzt. Ihr könnt sehen, dass es eine Brennweite des Okulars gibt, und eine gemeinsame Brennweite für das Objektiv und das Okular! Durch die große Sammellinse erhöht sich wie auch beim Kepler-Fernrohr der Sehwinkel ihr könnt also viel mehr Licht von einem weit entfernten Gegenstand einfangen, als es mit euren Augen möglich wäre. Die Lichtstrahlen treffen auf das Objektiv und werden dann gebündelt auf das Okular gerichtet. Nun werden die Strahlen etwas gestreut und fallen parallel auf eure Augen. Das Bild wird hier nicht umgedreht, und darum seht ihr es auch ganz normal richtig herum! Mit einem Fernrohr kann man, wie der Name ja schon sagt, weit entfernte Dinge besser sehen. Aber was, wenn man nun etwas winzig Kleines direkt vor der Nase hat, das man genauer Das Lichtmikroskop Unsere Augen können einen Gegenstand nur dann erkennen, wenn das Bild von ihm auf unserer Netzhaut groß genug ist. Manche Dinge sind einfach so winzig, dass wir sie nicht richtig oder gar nicht erkennen können. Da kommt das Mikroskop ins Spiel! Es funktioniert eigentlich fast genau wie ein Kepler-Fernrohr. Es besteht aus einem Objektiv und einem Okular, die ebenfalls Sammellinsen sind. Mindestens zwei Linsen sind in einem Mikroskop vorhanden. Genau wie beim Kepler-Fernrohr wird auch beim Mikroskop ein Zwischenbild erzeugt, das dann durch das Okular betrachtet wird. Der Unterschied zwischen den beiden ist, dass man mit dem Fernrohr weit entfernte Dinge scheinbar vergrößern kann, und mit dem Mikroskop nah liegende! Dazu ist im Gegensatz zum Fernrohr keine so lange Brennweite beim Objektiv nötig, denn der Gegenstand liegt ja sehr nah an der Linse.

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