Optik - die Lehre vom Licht

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1 Optik - die Lehre vom Licht Ursprünglich bedeutete Optik die Lehre vom Sehen, umfasste also eigentlich alles, was wir mit dem Auge wahrnehmen. Sie stellte schon seit langer Zeit eines der schönsten und erstaunlichsten Teilgebiete der Physik dar. Die Lehre vom Licht begann als geometrische Optik. Mit ihr wird Licht durch Strahlen beschrieben, die sich geradlinig ausbreiten, aber auch reflektiert oder gebrochen werden. Viele optische Phänomene (im Alltag) lassen sich mit der geometrischen Optik verstehen. 1. Die Lichtausbreitung In einem völlig abgedunkelten Raum können wir nicht sehen. Erst wenn wir eine Lampe einschalten, nehmen wir unsere Umgebung war. Wir sehen jetzt nicht nur die Lampe, von der das Licht ausgeht, sondern auch Personen und Gegenstände im Zimmer, die nicht selbst leuchten. Wir sehen Dinge, wenn das von ihnen kommende Licht in unser Auge gelangt. Es gibt Körper (= Lichtquellen) und Körper. Wie breitet sich das Licht aus? Exp.: Taschenlampe / Laserpointer von der Seite betrachtet Exp.: Schatten hinter einem Gegenstand Fazit: Physik - Optik 1

2 1.1. Schatten und Finsternisse Ein undurchsichtiger Körper erzeugt bei Beleuchtung ein Schattenbild. Die Schattenfigur lässt die Form des Gegenstandes erkennen. Exp.: Beleuchtung eines Gegenstandes mit einer ausgedehnten Lichtquelle 1.2. Mondphasen, Sonnen- und Mondfinsternis Mondphasen: Wie die Erde, so wird auch der Mond von der Sonne nur auf einer Seite beleuchtet. In Stellung A zeigt der Mond der Erde seine unbeleuchtete Seite ( ). Nach einer Woche findet man den Mond bei Sonnenuntergang in Stellung C im Süden ( ). Nach einer weiteren Woche erscheint er dann um Mitternacht in Stellung E im Süden ( ). Die Mondbahn ist gegen die Erbahn um etwa 5 geneigt. Der Mond läuft daher meistens oberhalb oder unterhalb des Schattenkegels der Erde vorbei. Weil die Erde und mit ihr der Mond im Laufe des Jahres die Sonne umkreist, fallen die Sonnenstrahlen aber nicht immer aus der gleichen Richtung auf Mond und Erde. Deshalb kann es vorkommen, dass sich Sonne, Erde und Mond einmal auf einer geraden Linie befinden. Mond- und Sonnenfinsternis: Geschieht dies bei Vollmond, so taucht der Mond in den Schattenraum der Erde, es tritt eine ein: Physik - Optik 2

3 Befindet sich der Mond aber gerade zwischen Sonne und Erde (Neumond), so fällt sein Schatten auf die Erde. Dort beobachtet man eine : Licht breitet sich mit der Lichtgeschwindigkeit c = 300'000 km/s aus (in einer Sekunde 7½ um die Erde). Wand von vorne Aufgaben: Für das Lösen der nachfolgenden Aufgaben nehmen Sie nebenstehende Darstellung zum Vorbild. räumliche Ansicht Ansicht von oben mit Konstruktionsstrahlen 1) Wie sieht das Schattenbild einer Säule bei zwei Punkt-Lichtquellen aus? Erläutern Sie anhand Ihres Bildes die Bezeichnungen Halbschatten und Kernschatten. 2) Zwei Säulen und ihre Schatten. Wo ist (sind) ungefähr die Lichtquelle(n)? Wenn man das Licht schnell genug anschaltet, kann man sehen, wie die Dunkelheit aussieht. Physik - Optik 3

4 2. Die Reflexion Fällt ein Lichtstrahl auf einen Gegenstand, so wird er im Normalfall reflektiert. Je nach Oberflächenbeschaffenheit und Material des Gegenstandes treten verschiedene Fälle auf: - matt-schwarze Oberfläche: - rauhe Oberfläche: - polierte Oberfläche: Es gilt das Reflexionsgesetz: Aufgaben: 1) Betrachten Sie folgende Situationen: A B B A Spiegel Spiegel Von Punkt A soll ein Lichtstrahl ausgehen und nach Reflexion auf dem Spiegel durch Punkt B hindurchlaufen. Wie muss der Strahl von A aus losgeschickt werden, wo muss er auf den Spiegel treffen? 2) Wie werden die einfallenden Lichtstrahlen reflektiert? Spiegel Spiegel Spiegel Spiegel Wozu könnte man diese Anordnung verwenden? Physik - Optik 4

5 3) Gedankenexperiment: Mit drei Spiegeln soll ein Lichtstrahl stets im Kreis geführt werden. Zeichne eine mögliche Anordnung mit den entsprechenden Winkeln ein auf der Blattrückseite. 4) Vom Punkt A soll ein Lichtstrahl ausgesendet werden und über drei Spiegel in den Punkt B gelenkt werden. Wie muss der Strahl von A losgeschickt werden? S 2 S 1 A B S 3 5) Sie möchten sich einen Garderobenspiegel kaufen. a) Konstruieren Sie seine minimale Grösse und seine Position an der Wand, damit Sie sich ganz betrachten können. Wie gross muss er sein? b) Sie treten einen Schritt näher an den Spiegel. Verschwindet ein Teil des Spiegelbildes? Welcher? Wand mit Spiegel Spiegelbild 2.1. Abbildung mit ebenem Spiegel Der ebene Spiegel S erzeugt stets ein aufrechtes, virtuelles Bild in natürlicher Grösse: S G und fotografieren können wir dieses Bild. Bildweite b und Gegenstandsweite g sind gleich gross. Unser Auge (Hirn) projiziert den Gegenstand G zum Bildpunkt B. Wir haben das Gefühl, dass das Licht von B aus zu uns gelangt. Ein virtuelles Bild ist nur scheinbar vorhanden, man kann es nicht auf einem Blatt Papier auffangen (wie Sonnenstrahlen). Aber sehen Physik - Optik 5

6 2.2. Abbildung und Reflexion am gewölbten Spiegel - oder Physik am Esslöffel Der Wölbspiegel (konvexer Spiegel) M ist der Krümmungsradiusmittelpunkt der Spiegeloberfläche. Wie werden die parallel einfallenden Lichtstrahlen reflektiert? Resultat: S M Wieso steht das Bild aufrecht und wieso ist es verkleinert? S G M Der Hohlspiegel (konkaver Spiegel) M ist der Krümmungsradiusmittelpunkt der Spiegeloberfläche. Wie werden die parallel einfallenden Lichtstrahlen reflektiert? M S Resultat: Wieso steht das Bild entweder... 1)... auf dem Kopf verkleinert dargestellt 2)...oder aufrecht und vergrössert dargestellt? Physik - Optik 6

7 Fall 1) S G M Fall 2) S M G 2.3. Optische Abbildung - Camera obscura (Lochkamera) Gegenstände, die beleuchtet werden, streuen das auf sie fallende Sonnenlicht; das heisst aber, sie strahlen selbst nach allen möglichen Richtungen wieder Licht aus. Einen solchen Gegenstand können wir uns aus vielen leuchtenden Punkten zusammengesetzt denken: Schirm Physik - Optik 7

8 Mit Lochblende: einzelne Bündel werden ausgesondert grosse Blendenöffnung kleine Blendenöffnung Schirm Schirm Die von anderen Gegenstandspunkten ausgehenden Lichtbündel überkreuzen sich in der Blendenöffnung ungestört. Von benachbarten Gegenstandspunkten hervorgerufene Lichtflecke auf dem Schirm sind wieder benachbart. Auf diese Weise fügen sich die Bildflecke wiederum zu einem naturgetreuen, aber auf dem Kopf stehenden optischen Bild des Gegenstandes zusammen. Einen solchen Vorgang nennt man optische Abbildung Abbildungsmassstab A Lochblende Bild Der Abbildungsmassstab A wird folgendermassen Gegenstand definiert: Bildhöhe B A = = Gegenstandshöhe G Experiment: Lochkamera Aufgaben: 1) Welche Bedingung müssen Gegenstandsweite g und Bildweite b erfüllen, damit das optische Bild bei der Abbildung durch eine Lochblende genau so gross wird wie der Gegenstand? 2) Mit einer Lochkamera wird aus 20 m Entfernung ein 8 m hoher Baum aufgenommen. Wie hoch wird das optische Bild, wenn die Fotoplatte 15 cm hinter der Lochblende angebracht ist? Wie gross ist der Abbildungsmassstab? [Lsg: B = 6 cm, A = ] 3) Das Bild, das man mit einer Lochkamera aufnimmt, wird immer schärfer, je kleiner die Blendenöffnung gewählt wird. Was ist jedoch der Nachteil? Physik - Optik 8

9 3. Die Brechung des Lichtes Die Intuition ist der mächtigste und zugleich unzuverlässigste Antrieb der Naturwissenschaft. Exp.: dicke Glasplatte auf Buchseite Wir betrachten ein Lichtbündel, welches auf eine Glas- oder glatte Wasseroberfläche auftrifft. Wir wollen untersuchen, wie sich der Lichtstrahl in diesen Medien ausbreitet. Breitet sich Licht in diesen Medien wie im Vakuum (und Luft) auch geradlinig aus? Exp.: Lichtbündel fällt auf Glasoberfläche α Lot Glas Ein Teil des einfallenden Lichtes wird an der Grenzfläche nach Reflexionsgesetz reflektiert. Der andere Teil dringt ins zweite Medium und wird dabei gebrochen. Qualitativ: Je flacher der einfallende Lichtstrahl auf die Grenzfläche trifft, umso wird er gebrochen. Der Stoff, in dem der Lichtstrahl mit dem Lot den kleineren Winkel bildet, heisst das optisch dichtere Medium. Je dichter das Medium, desto kleiner ist die Lichtgeschwindigkeit: Lot Der Lichtstrahl erfährt beim Eindringen ins optisch Medium einen Knick, weil die Lichtgeschwindigkeit in diesem Material ist. Er wird zum Lot gebrochen. Wenn ein Lichtstrahl aus einem optisch dichteren Medium in ein dünneres Medium eindringt, so wird er vom Lot weggebrochen. Physik - Optik 9

10 Die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium lässt sich mit dem Brechungsindex berechnen. Wir definieren den Brechungsindex (Brechzahl) n eines Mediums: c0 cmedium = n mit c 0 : Vakuumlichtgeschwindigkeit c Medium : Lichtgeschwindigkeit im Material Je grösser der Brechungsindex n eines Materiales, desto kleiner ist die Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium. Ein Medium mit grossem Brechungsindex nennt man optisch dicht. Der Brechungsindex des Vakuums ( Luft) beträgt n = 1. Zwischen Einfallswinkel α 1 und Brechungswinkel α 2 besteht folgender mathematischer Zusammenhang (Brechungsgesetz): sinα1 n1 = sinα2 n2 Sinus (sin): Math. Funktion Wir betrachten diesen Zusammenhang zwischen Einfallswinkel- und Brechungswinkel an Hand einer Grafik: Brechung am Übergang Luft-Glas 50 Brechungswinkel gelb Einfallswinkel Brechung am Übergang Luft-Wasser 50 Brechungswinkel gelb Einfallswinkel Physik - Optik 10

11 Das violette (rote) Licht hat eine kleinere (grössere) Geschwindigkeit in einem Material als das gelbe Licht. Das violette (rote) Licht wird etwas stärker (schwächer) gebrochen. Aufgaben: 1) Ein Lichtstrahl eines Helium-Neon Lasers (rot) trifft unter einem Winkel von 40 zum Lot auf eine glatte Wasseroberfläche. Wie gross ist der Winkel α 2 zum Lot im Wasser? 2) Ein Lichtstrahl eines Unterwasserscheinwerfers mit blau-violettem Licht trifft unter einem Winkel von 40 von unten auf die Wasseroberfläc he. Unter welchem Winkel tritt er aus dem Wasser aus? 3) Ein gelber Lichtstrahl trifft unter einem Winkel von a) 70 resp. b) 20 zum Lot auf einen Glasblock. Welchen Winkel zum Lot hat der Lichtstrahl im Glasblock? 4) Erklären Sie das Experiment mit der Glasplatte. Wieso sehen wir die Schrift verschoben (Skizze)? Zeichnen Sie einen schrägen Lichtstrahl durch eine planparallele Plexiglasplatte. 5) Der Schützenfisch schiesst seine Opfer (Insekten) mit einem Wasserstrahl ab. Wie muss der Fisch bezüglich seiner Blickrichtung den Wasserstrahl ausrichten, damit er sein Opfer trifft? 6) Zeichnen Sie (ungefähr) den Strahlengang eines weissen Lichtstrahles durch ein Quarzglas-Prisma: Exp.: Münze in Tasse Exp.: ins Wasser eingetauchter Stock Kennst du den Weg zum Ursprungsort des Lichtes? Von welcher Stelle kommt die Dunkelheit? Hiob Physik - Optik 11

12 Lösungen von S.11: 1) α 2 = ) α 1 = ) a) α 2 = 40 b) α 2 = Totalreflexion Nun kehren wir die Lichtrichtung um: Wir betrachten einen Lichtstrahl, der von einem optisch dichteren Medium in ein optisch dünneres Medium übergeht: Bei kleinem Winkel α 2 wird ein Teil des Strahles reflektiert, der andere Teil tritt ins optisch dünnere Medium und wird vom Lot weg gebrochen. Es existiert ein Grenzwinkel α G im optisch dichteren Medium. Für Winkel α 2 > α G tritt folgender sonderbarer Effekt auf: Exp.: Plexiglasstab als Lichtleiter Aufgaben: 1) Für den Übergang Wasser-Luft beträgt der Grenzwinkel α G, beim Übergang Glas-Luft ist α G (aus Diagramm). 2) Der Grenzwinkel der Totalreflexion für den Übergang Luft-Plexiglas beträgt 42. Skizziere den Verlauf der Lichtstrahlen in einem geraden Plexiglasstab. Wie verlaufen die Strahlen deren Winkel zum Lot grösser resp. kleiner als dieser Grenzwinkel sind? Exp.: Reagenzglas (Trichter) unter Wasser Exp.: Erklärung von Fata Morgana oder Luftspiegelung Von der Sonne erhitze Strassen wirken manchmal wie ein Spiegel; sie sehen dann aus, als seien sie nass: Über dem Boden hat sich eine heisse Luftschicht gebildet; darüber liegt kältere Luft. Diese ist optisch dichter als die warme Luft. Fällt aus ihr das Tageslicht sehr flach auf die optisch dünnere Warmluftschicht, so findet Totalreflexion statt. Physik - Optik 12

13 4. Optische Linsen 4.1. Sammellinsen Schliesslich will ich Dir noch sagen, dass ich als Maler hellsichtiger werde vor der Natur. Paul Cézanne Wir betrachten einen Schnitt durch einen durchsichtigen Glas- oder Kunststoffkörper. Bei einer Sammellinse sind die Begrenzungsflächen meist sphärisch (Oberflächen sind zwei Kugelschalen). Allen Sammellinsen ist gemeinsam, dass sie in der Mitte dicker sind als am Rand. Wie verlaufen die zur optischen Achse (o.a.) parallelen Strahlen durch diesen Körper? Aus dem Brechungsgesetz folgt: o.a. Vereinfachung bei der Strahlengangbetrachtung: o.a. Anstatt die Brechung an der Vorderund Rückseite der Linse zu konstruieren, zeichnen wir die Strahlen bis zur Mittelebene und knicken sie dort nur einmal zum Brennpunkt F hin ab. Exp.: Sammellinse mit achsenparallelen Lichtstrahlen Feststellungen: - Der Mittelpunktsstrahl durchdringt eine Sammellinse ohne Richtungsänderung. - Ein achsenparalleler Strahl verläuft nach der Brechung an einer Sammellinse durch den Brennpunkt (wird zu einem Brennstrahl). Oder umgekehrt: Ein Brennstrahl wird nach der Brechung an einer Sammellinse zu einem achsenparallelen Strahl. - Nur die achsennahen parallelen Strahlen treffen sich im Brennpunkt. Die achsenfernen Strahlen werden etwas zu stark gebrochen (diese blenden wir in Zukunft aus). Physik - Optik 13

14 Abbildung durch Sammellinsen Wir dürfen uns einen Gegenstand wieder aus lauter leuchtenden Punkten zusammengesetzt denken. Das von jedem Gegenstandspunkt ausgehende Licht wird durch die Sammellinse jeweils wieder in einem Bildpunkt vereinigt: Es gilt: G F Linsengleichung: Vorgehen zur Bildkonstruktion: - Gegenstandspunkt wählen, von dem das Bild konstruiert werden soll - Mittelpunktsstrahl ziehen von diesem Punkt aus - Parallelstrahl von diesem Punkt aus ziehen geht über in Brennpunktstrahl oder Brennpunktstrahl ziehen von diesem Punkt aus geht über in Parallelstrahl Falls die von einem Gegenstandspunkt auslaufenden Lichtstrahlen sich durch eine Abbildung wieder in einem Punkt vereinigen, nennt man den entstehenden Bildpunkt reell. Dieser Bildpunkt lässt sich auf einem Schirm auffangen. Aufgaben: 1) Ein 3 cm hoher Gegenstand befindet sich 9 cm vor einer Sammellinse der Brennweite f = 5 cm. Bestimmen Sie durch Zeichnung und Rechnung die Bildweite und die Bildhöhe. 2) Stellt man einen Gegenstand 20 cm vor eine Sammellinse, so entsteht das Bild 60 cm hinter ihr. Wie gross ist die Brennweite der Linse? 3) Ein Fotoamateur kauft einen Diaprojektor nach Mass: Seine Dias sind 3 cm hoch; die Bilder sollen eine Höhe von 1.50 m erhalten. Die Projektionswand möchte er so aufstellen, dass sie vom Projektor 5.10 m entfernt ist. Welche Brennweite muss die Abbildungslinse des Diaprojektors haben? Physik - Optik 14

15 4) Eine Sammellinse habe die Brennweite f. Ein Objekt (Gegenstandshöhe G) habe eine Distanz 2f zu dieser Linse. Wie gross ist die Bildweite b und die Bildhöhe B? 5) Wie ändert sich das Bild (Bildweite), wenn der Gegenstand immer näher zur Linse hin rückt? Konstruieren Sie die Bilder. Was passiert insbesondere, wenn der Gegenstand im gegenstandsseitigen Brennpunkt F 1 steht? G 1 G 2 G 3 G 4 F 1 F 2 6) Was passiert, wenn die Gegenstandsweite g kleiner als die Brennweite f der Linse gewählt wird? Bsp: f = 10 cm, g = 4 cm, G = 2.5 cm; Berechnen Sie die Bildweite b und zeichnen Sie die Situation massstäblich auf. 7) Linsengesetz grafisch dargestellt: Brennweite f = 15 cm b [cm] Bildweite b Gegenstandsweite g g [cm] Lösungen von S.14&15: 1) b = cm, B = 3.75 cm 2) f = 15 cm 3) A = 50, g = 10.2 cm, f = 10 cm 4) Abbildung im Massstab 1:1 6) b = cm, B = cm (Bild aufrecht, virtuell) Physik - Optik 15

16 Zusammenfassung Gegenstand G Bild B Ort von G Ort von B Bildart Orientierung Vergrösserung A = B/G g > 2f f < b < 2f reell umgekehrt < 1 g = 2f f < g < 2f g = f g < f Hinter den rastlosen Bemühungen des Forschers lauert ein stärkerer, geheimnisvollerer Drang: man hofft, die Existenz und Realität zu begreifen. A. Einstein Zerstreuungslinsen Wie bei der Sammellinse gibt es auch hier verschiedene Formen. Meist wird auch die Zerstreuungslinse von zwei Kugelflächen begrenzt. Grundsätzlich ist eine Zerstreuungslinse in der Mitte dünner als am Rand. Wie wird ein zur optischen Achse paralleles Lichtbündel durch die Linse beeinflusst? Wir können auch hier die vereinfachte Konstruktion anwenden: - Parallelstrahl Brennstrahl - Mittelstrahl passiert ungestört Achtung: Brennweite negativ! o.a Abbildung durch Zerstreuungslinsen Für die Abbildung durch Zerstreuungslinsen gelten dieselben Konstruktionsverfahren wie für Sammellinsen. Die Brennweite ist allerdings negativ. Es gilt dann ebenfalls die Linsengleichung. Physik - Optik 16

17 Mit einer Zerstreuungslinse allein kann man keine Abbildung eines G F o.a. Gegenstandes erzeugen (mit reellem Bild). Aber: 4.3. Linsenkombinationen Bei den meisten optischen Apparaten (Fotoapparat, Diaprojektor,...) benutzt man nicht nur eine Linse, sondern ein sogenanntes Linsensystem. Dadurch können Linsenfehler ausgeglichen werden. Ein solches Linsensystem (z. Bsp. zwei hintereinander gestellte Sammellinsen) können zu einer Linse zusammengefasst werden: Aus zwei mach eins! Bsp. 1: 2 Sammellinsen F 1 o.a. Auch ein Linsensytem besitzt einen Brennpunkt. Die Brennweite der Kombination ist. Bsp. 2: 1 Sammellinse und 1 Zerstreuungslinse Die Brennweite der Kombination ist. F 1 o.a. Man kann zeigen, dass sich die Brennweite f eines Linsensystems nach folgender Formel berechnen lässt (Linsen stehen mit Abstand d hintereinander): 1 f1 + f2 d = f f f wobei f 1 und f 2 die Brennweiten der einzelnen Linsen bedeuten 1 2 Bei kleinem Abstand der Linsen (d 0) lässt sich die Formel vereinfachen: = + f f f 1 2 Physik - Optik 17

18 Aufgaben: 1) Eine Linse hat die Brennweite f 1 = 10 cm. Was muss man zusätzlich für eine Linse direkt hinter die erste stellen (d 0), damit die Brennweite der Kombination nur noch die Hälfte dieses Wertes beträgt? 2) Eine Linse mit Brennweite f 1 = 20 cm und eine mit f 2 = 30 cm werden miteinander kombiniert. Es ergibt sich eine resultierende Brennweite f von 15 cm. a) Welchen Abstand haben die Linsen? b) Welchen Abstand müssten diese beiden Linsen haben, damit ihre Kombination gerade keine sammelnde Wirkung mehr hätte? 3) Eine Linsenkombination besteht aus einer Sammellinse mit Brennweite f 1 = 8 cm und einer Zerstreuungslinse mit f 2 = -8 cm (Linsenabstand d 0). Was hat die Linsenkombination für eine Brennweite? Zeichnen Sie den Strahlengang durch dieses Linsensystem. 5. Optische Instrumente Der Wahrheit ist es egal, wer sie erkennt. Ihnen auch? Berner Zeitung 5.1. Das menschliche Auge Das menschliche Auge hat annähernd Kugelgestalt: Die durchsichtige Hornhaut, die Augenlinse und die dazwischen befindliche wässrige Flüssigkeit sowie der Glaskörper bilden zusammen ein Linsensystem. Es entspricht dem Objektiv einer Kamera und erzeugt auf der sogenannten Netzhaut ein reelles optisches Bild der Aussenwelt. Die Netzhaut enthält eine unglaublich grosse Zahl feinster lichtempfindlicher Elemente. Sie werden wegen ihrer Form Zäpfchen und Stäbchen genannt. 7 Millionen Zäpfchen reagieren auf die Farben des Lichts; sie ermöglichen bei Helligkeit das Farbensehen und das Erkennen scharfer Konturen. 125 Millionen Stäbchen sind helligkeitsempfindlich; sie geben nur Grauwerte wieder. Alle Zäpfchen und Stäbchen sind mit dem Sehnerv verbunden, dieser leitet die aufgefangenen Lichtreize dem Gehirn zu. Die Stelle, an welcher der Sehnerv in das Auge eintritt, ist für Lichteindrücke unempfindlich; sie wird deshalb blinder Fleck genannt. Physik - Optik 18

19 Wie der Fotoapparat besitzt auch das Auge eine Blende. Sie wird Regenbogenhaut oder Iris genannt. Die Iris im Auge wird - durch die Lichthelligkeit gesteuert - automatisch grösser und kleiner und sorgt so stets dafür, dass das Netzhautbild die richtige Helligkeit hat. Exp.: Irisblende zur Dunkel-Hell-Adaptation: Bestrahle Dein Auge mit einer Taschenlampe und beobachten Sie dabei die Iris im Spiegel... Lösungen von S. 18: 1) f 2 = 10 cm 2) a) d = 10 cm, b) f =, d = 50 cm 3) f =, keine sammelnde/zerstreuende Wirkung Ein Fotoapparat liefert nur scharfe Bilder, wenn das Objektiv (Linsensystem) auf die richtige Entfernung eingestellt ist. Je kleiner die Gegenstandsweite, desto weiter muss das Objektiv aus dem Apparat herausgeschoben werden. Beim Auge läuft das etwas anders ab: Die Augenlinse ist elastisch. Sie hängt in der Öffnung eines Ringmuskels (Zilliarmuskel), der sie flachzieht, wenn er entspannt ist. Wird der Muskel erregt, so lässt sein Zug an der Linse nach, und diese krümmt sich stärker; dadurch wird die Brennweite kleiner. Im Ruhezustand, d.h bei entspanntem Ringmuskel, ist die Augenlinse so flach, dass der Brennpunkt des Systems auf der Netzhaut liegt. Im Ruhezustand ist das Auge also auf eingestellt. Je nähere Gegenstände wir betrachten, desto stärker muss sich die Linse krümmen. Dieser Anpassungsvorgang wird Akkomodation genannt. Die kleinste Distanz, der sogenannte Nahpunkt, beträgt ca. 10 cm. Die kürzeste Entfernung, in der ein Gegenstand ohne Überanstrengung betrachtet werden kann, beträgt ca. 25 cm, die deutliche Sehweite. Exp.: Blinder Fleck Halte das Blatt ca. eine Armlänge vom Auge entfernt und schliesse das linke Auge. Mit dem rechten Auge den Punkt fixieren und das Blatt nähern. Das Kreuz verschwindet plötzlich - das Licht trifft auf den "blinden Fleck". Physik - Optik 19

20 Sehfehler - Kurz- und Weitsichtigkeit Kurzsichtigkeit: Beim kurzsichtigen Auge ist der Augapfel zu lang. Das Bild liegt bei entspanntem Ringmuskel nicht in der Netzhaut, sondern etwas. Um weit entfernte Gegenstände scharf zu sehen, müsste man die Krümmung der Linse noch schwächer machen, als sie im entspannten Zustand schon ist. Abhilfe: Weitsichtigkeit: Der Augapfel ist hier zu kurz. Der Brennpunkt liegt bei entspanntem Ringmuskel der Netzhaut. Zum Blick in die Ferne muss der Ringmuskel also schon etwas angespannt werden. Ferne Gegenstände können durchaus scharf gesehen werden, die nahen jedoch nicht mehr, die Brennweite des Auges ist zu gross. Abhilfe: Bei Augenkorrekturen mit Kontaktlinsen oder Brillen gibt man nicht deren Brennweiten an, sondern deren Brechkraft D. Die Brechkraft ist definiert als: D = 1 f [ ] D = m -1 = 1 Dioptrie = 1 dpt Aufgaben: 1) Je grösser die Korrektur in Dioptrien, desto die Brennweite der verwendeten Kontaktlinse oder Brille. 2) Welche Brennweite hat eine Linse mit +5 dpt? Welchem Augenfehler kann sie helfen? 3) Unser Auge kann seine Brennweite durch Akkomodation zwischen 2.3 cm und 1.9 cm variieren. Berechnen Sie das Dioptrienvariationsintervall. Im entspannten Zustand (Akkomodation auf ) hat das normalsichtige Auge eine Brennweite von 2.3 cm (= Augenapfellänge). Wir betrachten ein fehlsichtiges Auge, der Augapfel ist 1 mm zu lang: Welche Fehlsichtigkeit liegt vor? Wie gross muss die Brechkraft der Kontaktlinse gewählt werden? 4) Wie erkennt man an der Brille, ob der Träger kurz- oder weitsichtig ist? Wie erkennt man an einer Person, wenn sie die Brille trägt, ob sie stark kurz- oder weitsichtig ist? Physik - Optik 20

21 Lösungen von S.20: 2) f = 20 cm 3) 43.5 bis 52.6 dpt; Kurzsichtigkeit, D = -1.8 dpt (Zerstreuungslinse) 5.2. Instrumente zur Nahbeobachtung Lupe Sonne und Mond erscheinen uns gleich gross, obwohl die Sonne viel grösser ist als der Mond. Sie ist allerdings auch viel weiter weg. Die Skizze erklärt diese Beobachtung: Gegenstände, die wir unter gleichem Sehwinkel erblicken erzeugen gleich grosse Netzhautbilder, sie erscheinen uns gleich gross. Als Sehwinkel bezeichnen wir dabei den Winkel, unter dem wir die äussersten Punkte des Gegenstandes sehen. Will man einen Gegenstand grösser und genauer sehen, so muss man den Sehwinkel vergrössern. Ohne weitere Hilfsmittel ist dies nur möglich, wenn man den Gegenstand näher an das Auge bringt. Hier setzt der Nahpunkt eine vorläufige Grenze, weil sich die Brennweite der Augenlinse nicht beliebig verkleinern lässt. Die Wirkung der Lupe besteht in einer Vergrösserung des Sehwinkels. Durch Verwendung einer Sammellinse (Lupe) wird die Gesamtbrennweite des Linsensystems Auge-Lupe verkleinert. Wenn der Gegenstand G innerhalb der Lupenbrennweite betrachtet wird, so entsteht ein vergrössertes, aufrechtes virtuelles Bild (siehe Aufgabe 6, S. 15). Diese wird unter einem grösseren Sehwinkel wahrgenommen. Die Vergrösserung V L einer Lupe ist dabei folgendermassen gegeben: V L bequeme Sehweite = = Lupenbrennweite 25cm f (in cm) Exp.: Bestimmung des minimalen Sehwinkels des Auges In welchem Abstand d können Sie die mittleren Linien noch getrennt wahrnehmen? 0.75 mm: 1 mm: 1.25 mm: Mein minimaler Sehwinkel α beträgt: Das Auflösungsvermögen unsers Auges beträgt also ungefähr 1/60 Grad (= 1 Winkelminute). Physik - Optik 21

22 Mikroskop Sehr viel stärkere Vergrösserungen als mit der Lupe erreicht man mit dem Mikroskop: Seine starke Vergrösserung beruht ebenfalls auf der Vergrösserung des Sehwinkels. Da man keine Lupen beliebig kleiner Brennweiten bauen kann, um damit den Gegenstand noch näher an das Auge heranzubringen, verwendet man einen Trick : Statt des Gegenstandes betrachtet man mit der Lupe (Okular) sein bereits vergrössertes reelles Zwischenbild. Man nennt die dem Gegenstand zugewandte Linse des Mikroskops Objektiv und die dem Auge zugewandte Linse Okular (oculus, lat. = Auge). Die gesamte Vergrösserung ergibt sich als Produkt des Abbildungsmassstabes A des Objektives und der Lupenvergrösserung des Okulars. Vergrösserung V des Mikroskops: V = A V L Exp.: Modell eines Mikroskops 5.3. Instrumente zur Fernbeobachtung: Fernrohr & Feldstecher Betrachten wir Gegenstände mit einem Fernglas, so erscheinen sie uns grösser und näher. Auch ein Fernglas oder ein Fernrohr vergrössert also den Sehwinkel: An ein fernes Objekt, z.b den Mond, können wir nicht einfach herangehen, um den Sehwinkel zu vergrössern. Aber wir können - ähnlich wie beim Mikroskop - mit einer Sammellinse (Objektiv) ein reelles Zwischenbild des Gegenstandes entwerfen und dieses wieder mit einer Lupe (Okular) betrachten. Das Zwischenbild ist aber im Gegensatz zum Mikroskop immer kleiner als der Gegenstand selbst. Physik - Optik 22

23 Aber dafür lässt sich das Zwischenbild sehr nahe ans Auge bringen. Die Vergrösserung V des Fernrohres ist gegeben durch: V Objektivbrennweite f = = Okularbrennweite f Da die Brennweite f 2 der Lupe (Okular) nicht viel kleiner als 2 cm gemacht werden kann, muss f 1 gross gewählt werden. Da aber die Länge des Fernrohres mindestens f 1 +f 2 beträgt, wird ein Fernrohr hoher Vergrösserung ziemlich unhandlich. 1 2 Immer wieder musste er, gleich einem Kind auf dem Weihnachtsmarkt, über die Wunder der Natur staunen, die im Kleinsten ebenso gewaltig war wie im Grössten. Über Galileo Galilei & seine Entdeckung, das Vergrösserungsglas Exp.: Fernrohr oder Feldstecher Ein umgekehrt verwendetes Fernglas verkleinert alles. Im Feldstecher (Erbauer Ernst Abbe, 1893) wird das Bild durch zwei Prismen umgekehrt. Die Lichtstrahlen durchlaufen nach dem Objektiv zwei gekreuzte Prismen, wo sie durch Totalreflexion je zweimal umgelenkt werden. Dabei werden nacheinander links und rechts, dann unten und oben vertauscht, so dass das Zwischenbild aufrecht und seitenrichtig gesehen wird. Der lange Lichtweg wird zusammengefaltet, so dass der Feldstecher auf eine handliche Länge schrumpft. Objektiv und Okular bestehen jeweils aus einer komplizierten Linsenkombination. Abbildungsfehler können so auf ein Minimum reduziert werden Prismenferngläser werden für beidäugiges Sehen gebaut. Der Bildeindruck ist dabei räumlicher (plastischer), weil die Objektive weiter als die Augen auseinander liegen. Aufgaben: 1) Mit einer Lupe soll eine 10-fache Vergrösserung erzielt werden. Berechne die Brechkraft der Lupe. 2) Wie weit darf ein Auto entfernt sein, damit seine Scheinwerfer (Abstand 1.4 m) noch als getrennte Lichtquellen wahrgenommen werden? 3) Der Mond ist 384'000 km von der Erde entfernt. Sein Radius beträgt 1738 km. Unter welchem Sehwinkel sehen wir die Mondscheibe bei Vollmond? Nun betrachten wir den Mond mit einem Fernrohr. Wir sehen ihn nun unter einem Sehwinkel von 26 Grad. Das Okular des Fernrohres hat eine Brechkraft von 20 dpt. Welche Physik - Optik 23

24 Vergrösserung erzeugt das Fernrohr? Wie gross ist die Brennweite des Objektives? Welche Mindestlänge besitzt das Fernrohr? 4) Das Okular eines Mikroskopes hat eine Brennweite von 5 cm. Der betrachtete Gegenstand befindet sich 5 mm vor dem Objektiv. Das reelle Zwischenbild entsteht 100 mm hinter dem Objektiv. Wieviel beträgt die Gesamtvergrösserung? 6. Farben Gott hatte Freude an dem Licht; Farben sind etwas vom Faszinierensten in der denn es war gut. 1. Mose 1 3 Optik. Wer hat sich nicht schon beim Betrachten des Farbenspieles einer Seifenblase ertappt? Wie kommen überhaupt die Farben zustande? Wieso erscheint eine Rose rot oder ein Fussgängerstreifen gelb, wenn man beide mit weissem Licht beleuchtet? Oder wie kann man die Mischung von Farben physikalisch erklären? 6.1. Das Farbspektrum Wir haben bereits den Durchgang durch ein Prisma näher betrachtet. Was passiert, wenn weisses Licht auf ein Prisma fällt? An beiden Medienübergängen findet Lichtbrechung statt. Da der Brechungsindex von der Wellenlänge abhängt, werden die verschiedenen Farben im weissen Licht unterschiedlich stark gebrochen. Man nennt diesen Effekt Dispersion. Da der Brechungsindex von violettem Licht ist als derjenige von rotem Licht, wird das violette Licht gebrochen, es wird abgelenkt (siehe S.11). Exp.: Weisses Licht durch Prisma - Aufspaltung der Spektralfarben Exp.: Spektralfarben nach Prisma wieder vereinigen Resultat: Bei der Mischung aller Spektralfarben ergibt sich Licht! Lösungen von S.23&24: 1) D = 40 dpt 2) s = m 3) 0.52 Grad, V = 50, f = 2.5 m, l = 2.55 m 4) V = 100 Physik - Optik 24

25 6.2. Additive Farbmischung (RGB- & CYM-Farben) Im vorangehenden Versuch haben wir festgestellt, dass Weiss entsteht, wenn wir alle Farben des Spektrums wieder vereinigen. Welche Farben entstehen, wenn wir nicht mehr alle Spektralfarben überlagern? Exp.: Beleuchtung eines weissen Schirmes mit versch. Farben Blau + Grün Rot + Grün Blau + Rot Diese Art von Farbmischung erzeugt andere Farben als wir es vom Malkasten her gewohnt sind. Wir kommen auf den Malkasten zurück bei der subtraktiven Farbmischung. Beleuchten wir einen weissen Schirm mit Lichtbündeln verschiedener Farben, so entsteht durch Überlagerung eine Mischfarbe. Das Licht addiert sich und die Fläche strahlt heller. Weil sich die Intensitäten der Lichtfarben addieren, heisst dieser Vorgang additive Farbmischung. Additive Farbmischung findet bei allen selbst leuchtenden Gegenständen (Monitore, Fernseher) statt. Um den Eindruck Weiss zu erzielen, müssen nicht alle Farben des Spektrums vorhanden sein. Durch die drei Grundfarben (Bsp: Rot, Grün, Blau RGB) lassen sich alle Farben inkl. Weiss additiv mischen. Exp.: Additive Farbmischung mit drei Grundfarben Glaube nicht an Wunder - verlasse dich auf sie! Wo kommt die additive Farbmischung zur Anwendung? - Farbfernseher - Theater/Discotheken mit Scheinwerfern versch. Farbe - rotierende Farbscheiben - menschliches Auge Physik - Optik 25

26 Entfernt man aus dem Spektrum eine bestimmte Farbe, so entsteht zwischen den restlichen Farben eine Mischfarbe. Diese ergänzt sich mit der fehlenden Farbe zu Weiss. Man nennt deshalb beide Farben Komplementärfarben. Komplementärfarben ergänzen sich also additiv zu Weiss. Exp.: Komplementärfarben am Compi reine Spektralfarbe Komplementärfarbe Rot Grün Orange Blau Gelb Violett Grün Rot Blau Orange Violett Gelb Unser Auge kann die reine Spektralfarbe nicht von der entsprechenden Mischfarbe unterscheiden. So kann der Eindruck Rot durch spektralreines Rot oder einer Mischung aller Farben ausser Grün zustande kommen! Die Farbempfindung ist also ein Sinneseindruck, der von verschiedenen Naturerscheinungen hervorgerufen werden kann. Welcher der beiden Fälle vorliegt, können wir erst feststellen, wenn wir das Licht durch ein Prisma schicken. Zusammenstellung der Regeln der additiven Farbmischung: 1 Nahe beieinander liegende Spektralfarben haben als Mischfarbe die dazwischenliegende Spektralfarbe. 2 Komplementäre Spektralfarben ergeben nahezu Weiss; z.b. Gelb und Violett 3 Additive Farbmischung tritt bei Überlagerung versch. Farben, rascher Hintereinanderfolge von Farben oder bei eng nebeneinander liegenden Farben auf. Rot Gelb Grün Grün Cyan Blau Blau Magenta Rot Die Grundfarben des RGB- und des CYM-Modells werden Primärfarben genannt. Werden zwei Primärfarben gemischt, so entstehen die Sekundärfarben. Orange z.b. ist eine Sekundärfarbe, weil sie aus Rot und Gelb gemischt ist. Die Farbbänder veranschaulichen die Fülle der Sekundärfarben. Anfang und Ende der Bänder sind die Grundfarben des RGB-Modells, die Mittelpunkte sind die Mischfarben des RGB- Modells. Alle Farben, die sich zwischen dem Mittelpunkt und einem der beiden Eckpunkte befinden, sind Sekundärfarben. Wenn Anfang und Ende der Farbbänder zusammengeknüpft werden und kreisförmig angeordnet, dann erhält man einen Farbenkreis. Er dient dazu, die Zusammenhänge zwischen Primär- und Sekundärfarben darzustellen. Physik - Optik 26

27 6.3. Subtraktive Farbmischung Diese Art von Farbmischung ist uns vom Malkasten her vertraut. Farbeindrücke von Gegenständen in unserer Umwelt beruhen meistens auf der subtraktiven Farbmischung. Was ist nun der Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Farbmischung? Die farbige Erscheinung von Licht bzw. eines Lichtstrahls bezeichnet man als Lichtfarbe, die farbige Erscheinung von Objekten bezeichnet man als Körperfarbe. Während bei der additiven Farbmischung sich die Lichtfarben addieren und deshalb die Helligkeit zunimmt, ist es bei der subtraktiven Farbmischung umgekehrt: Hier nimmt die Helligkeit wegen der Absorption der Lichtstrahlen ab und die gemischten Farben erscheinen dunkler. Folgende Grafik veranschaulicht die subtraktive Farbmischung. Wichtig ist der Unterschied, dass hier nicht drei Scheinwerfer auf eine Fläche leuchten. Man muss sich einen weissen Untergrund vorstellen, auf dem mit einem Pinsel gemalt wurde. Die überschneidenden Flächen sind die Mischungen der Farben: In der subtraktiven Farbmischung werden Stoffe gemischt. Gelbe Farbpaste und cyanfarbene Farbpaste ergeben als Mischung grüne Farbpaste. In der subtraktiven Farbmischung werden die CMY-Farben Cyan (C), Magenta (M) und Yellow (Y) gemischt. In der Praxis verwendet man das CMYK-Modell. Das K steht für black. Ein reiner CMY-Druck hätte in der Praxis des Druckens kein richtig tiefes Schwarz, deshalb wird es zugesetzt. Ein Tintenstrahldrucker erzeugt Bilder, indem er kleine Tintentropfen auf das Papier wirft. Dabei werden CMYK-Farben verwendet. Farbige Körper reflektieren nur Licht bestimmter Farben. Der Rest wird absorbiert. Sie erscheinen daher in der Farbe, die sich als Mischung des reflektierten Lichtes ergibt. Welche Farben absorbiert (verschluckt) werden, hängt vom atomaren Bau des Gegenstandes ab (siehe später Atomphysik). CMYK Separation Cyan (C), Magenta (M), Yellow (Y), Black (K), Cyan + Magenta (CM) Cyan+Magenta+Yellow (CMY), CMYK Physik - Optik 27

28 Bsp: Eine Rose erscheint nicht Rot, weil alles Licht ausser Rot absorbiert wird, also nur Rot reflektiert wird. Eine Rose erscheint Rot, weil sie den grünen Anteil absorbiert! Der Malkasten CYM-Farben Die Grundfarben im Malkasten sind Blau (eigentlich Cyan), Gelb (Yellow) und Rot (eigentlich Magenta). Durch subtraktive Farbmischung entstehen die anderen Farben: Blau: Gelb: Rot: Intensität Intensität Intensität Violett Blau Grün Gelb Orange Rot λ Violett Blau Grün Gelb Orange Rot λ Violett Blau Grün Gelb Orange Rot λ Dadurch lässt sich eine Farbmischung verstehen: Antwort: Rot + Gelb Rot + Blau Gelb + Blau Gelb + Blau + Rot Bsp: Gelb + Blau Rot + Gelb: Intensität Intensität Violett Blau Grün Gelb Orange Rot λ Violett Blau Grün Gelb Orange Rot λ Aufgaben: 1) Versuchen Sie die zwei anderen Farbmischungen auch noch zu verstehen durch Aufzeichnen des Intensitätsdiagramms. Intensität Intensität Violett Blau Grün Gelb Orange Rot λ Violett Blau Grün Gelb Orange Rot λ 2) Der Farbeindruck Grün" kann in unserem Auge auf verschiedene Arten entstehen. Beschreiben Sie drei Möglichkeiten in kurzen Stichworten. 3) Paradoxe Situation: Sie betrachten einen Gegenstand, seine Farbe nehmen Sie als Grün wahr. Ist es möglich, dass dieser Gegenstand die Farbe Grün gar nicht ausstrahlt? Bitte Antwort begründen. Neugier ist wie Hunger ein starker und notwendiger Trieb. Ohne die Fähigkeit zum Staunen würde der Verstand verhungern! Physik - Optik 28

29 6.4. Farben durch Interferenz Bei Seifenblasen oder Öllachen beobachten wir noch eine weitere Art von Farbenentstehung. Wir betrachten den Schnitt durch eine Seifenblasenhaut oder einen Ölfleck: Das auf eine Seifenhaut einfallende Licht {1} wird am Aussenrand der Seifenblase teilweise reflektiert {1'} (=Reflexion am festen Ende). Der andere Teil {2} dringt in den Seifenfilm ein und wird teilweise am Innenrand der Seifenblase reflektiert {2'} (=Reflexion am losen Ende). Die zwei reflektierten Anteile Anteile {1'} und {2'} interferieren. Sie können sich verstärken oder abschwächen, je nach Phasenlage (siehe später Schwingungs- und Wellenlehre) 1 1' 2' 2 d Je nach Dicke d der Seifenhaut, verstärkt sich eine bestimmte Wellenlänge (Wellenlänge legt Farbe fest). Da die Seifenhaut ihre Dicke ändert (die Seifenlösung fliesst in Folge der Erdanziehung nach unten), ändern sich auch die schillernden Farben der Seifenblase. Exp.: Seifenblase/Ölfilm, Schmetterlingsflügel-Farben, Perlmuttfarben 7. Optische Naturphänomene Zum Schluss wollen wir noch einige optische Naturphänomene etwas unter die Lupe nehmen Himmelblau, Morgen- und Abendrot Mit einem einfachen Experiment lassen sich diese drei Phänomene verstehen. Exp.: milchige Lösung und Weisslichtquelle Lichtwellen werden an Staubpartikeln und an den Molekülen in der Luft gestreut (Licht wird abgelenkt). Tatsache: Je kürzer die Wellenlänge des Lichtes, desto stärker ist die Streuung (falls streuende Teilchen < Lichtwellenlänge Rayleigh-Streuung). Erklärung: Himmelblau: Abend-/Morgenrot: Physik - Optik 29

30 "Jedesmal, wenn ich Regenwolken über der Erde zusammenziehe und der Bogen in den Wolken erscheint, will ich an das Versprechen denken, das ich euch und allen lebenden Wesen gegeben habe." 1 Mose Regenbogen Durch Licht kann man Menschen verzaubern, Licht kann faszinieren und Stimmungen beeinflussen. Eine der faszinierensten optischen Naturerscheinungen ist wohl der Regenbogen. Der Regenbogen, schon lange als Erscheinung und Symbol bekannt, erweckt immer wieder Erstaunen. Ein Regenbogen entsteht durch Brechung und Reflexion des Lichtes an Wassertropfen. Damit ein Regenbogen wahrgenommen werden kann, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: i) ii) iii) Einfache Reflexion: Der Hauptregenbogen Sonnenstrahl Regentropfen 42 Physik - Optik 30

31 Zweifache Reflexion: Der Nebenregenbogen Regentropfen Sonnenstrahl 51 Der Kreismittelpunkt des Regenbogens liegt stets auf der Geraden, die durch die Sonne und den Kopf des Beobachters gebildet wird. Aufgaben: 1) Wie ist die Farbreihenfolge von Haupt- und Nebenregenbogen? Verstehen Sie diese Reihenfolge? Versuchen Sie das Ganze mit dem Strahlengang im Regentropfen zu erklären. 2) Was ändert sich beim Regenbogen je nach Sonnenstand? Wie sieht der Regenbogen bei flachem (Abend, Morgen) resp. steilem (Mittag) Lichteinfall aus? Jede Person sieht ihren persönlichen Regenbogen. Der Hauptregenbogen erscheint immer unter einem Winkel von ca. 42. Wenn wir uns dem Regenbogen nähern wollen, so wandert er stets mit uns. Der Regenbogen bleibt also stets unerreichbar für uns! Wenn einer träumt, ist es ein Traum. Wenn viele träumen, ist es der Anfang einer Wirklichkeit. Physik - Optik 31

32 8. Das dreidimensionale Sehen Wieso sehen wir dreidimensional, erhalten also einen Eindruck der Tiefe des Raumes (im Gegensatz zu einer flachen Fotografie)? Unsere beiden Augen sehen einen Gegenstand aus einem etwas unterschiedlichen Betrachtungswinkel. Dies zwei verschiedenen Bilder (ohne Tiefenwirkung) werden durch unser Hirn zu einem Bild verschmolzen, das eine Raumtiefe erzeugt. Exp.: Schliessen Sie ein Auge. Fahren Sie mit den Zeigefingern bei nicht ganz ausgestreckten Armen gegeneinander. Treffen Sie mit beiden Fingern aufeinander? Können Sie Distanzen noch gut abschätzen? Dreidimensionale Bilder: a1) Ein Objekt wird auf demselben Bild zweimal etwas gegeneinander verschoben in den Farben Rot und Grün dargestellt. Mit einer Rot-Grün Brille wird jedem Auge ein etwas unterschiedliches Bild zugeführt ein 3D-Effekt entsteht. a2) Wie a1), aber die verschiedenen Bilder werden mit einer Polarisationsbrille betrachtet. b1) 2 Fotos eines Gegenstandes aus etwas unterschiedlichem Blickwinkel nebeneinander legen und je ein Bild mit je einem Auge betrachten (braucht etwas Übung!) b2) wie b1), aber rasch hintereinander die beiden Fotos betrachten ( Rüttelfotos ) Unter Google eingeben: alte-fotos-in-3d-sehen-ohne-brille c) Rillenfotos: Ein Foto wird in Streifen geschnitten und durch kleine Zylinderlinsen betrachtet. Die Linsen sorgen dafür, dass jedes Auge ein anderes Bild empfängt. Wenn man das Bild kippt, so empfangen die Augen ein anderes Bild. Bei manchen Bildern entsteht dadurch eine bewegte Szene. Physik - Optik 32

33 d) Bilder wie das Magische Auge : 2 Bilder sind unsichtbar in einem Bild verborgen. Bei geübtem Betrachten (Starren ins, oder starkes Schielen) entsteht ein visueller Eindruck mit Tiefenwirkung. e) Hologramm/ Holographie (holos: griechisch ganz) Ganzheitliche Aufzeichnung; die gesamte Bildinformation (auch die Tiefenwirkung) wird durch einen Laserstrahl auf ein spezielles Fotopapier aufgezeichnet der 3D- Effekt ist hervorragend, wie beim Original!! Aufbau zur Aufnahme und Wiedergabe eines Hologrammes: 1) Bei der Aufnahme wird ein Objekt mit einem aufgeweiteten Laserstrahl beleuchtet. Die reflektierten Objektstrahlen werden auf dem Film aufgenommen. 2) Beim Betrachten wird an die Stelle des Lasers eine Spotlampe hingestellt. Der Film reflektiert die Strahlen so, dass ein virtuelles Bild des Original-Objektes entsteht. Die Wirklichkeit ist nicht nur völlig anders, als wir sie uns vorstellen, sie ist völlig anders, als wir sie uns vorstellen können. Physik - Optik 33