Sammellinsen Lichtbrechung an Linsen Fällt ein paralleles Lichtbündel auf eine Sammellinse, so werden die Lichtstrahlen so gebrochen, dass sie durch einen Brennpunkt der Linse verlaufen. Der Abstand zwischen Linsenebene und Brennpunkt ist die Brennweite f. Sammellinsen bestehen aus Glas oder Kunststoff und sind in der Mitte dicker als am Rand. Experiment: Bestimme die Brennweiten der Sammellinsen. 1. Stelle an der Lampe ein paralleles Lichtbündel ein. 2. Schicke das Licht durch eine Seite der Sammellinse. 3. Suche auf der anderen Seite mit dem Schirm den Brennpunkt. 4. Miss den Abstand zwischen Linsenebene und Schirm.
Ergebnis: 2-Punkt-Linse f=5cm 3-Punkt-Linse f=10cm 4-Punkt-Linse f=40cm Die Brennweite ist die wichtigste Kenngröße einer Linse. Experiment: Richte die 3-Punkt-Linse auf ein Fenster aus und halte den Schirm dahinter. Verändere den Abstand zwischen Linse und Schirm. Was kannst Du feststellen? Befindet sich der Schirm sehr nah an der Linse oder ist weit von ihr entfernt, so ist nur ein heller Fleck zu erkennen. In einem bestimmten Abstand von der Linse entsteht jedoch ein scharfes, verkleinertes, umgekehrtes und seitenvertauschtes Bild des Fensters auf dem Schirm.
Experiment: Bildentstehung an Sammellinsen 1. Stelle das Dia dicht an die Lampe. 2. Stelle die Lampe so ein, dass das Dia gut ausgeleuchtet wird. 3. Stelle die Linse im Abstand g vom Dia auf. 4. Suche mit dem Schirm ein scharfes Abbild, miss den Abstand b und beobachte die Eigenschaften des Bildes. Notiere die Ergebnisse.
Messwerte: Gegenstandsweite g Bildweite b Bild 50cm 12,5cm Sehr helles, umgekehrtes 45cm 13,0cm und seitenvertauschtes Bild. Das Bild ist bei großen 40cm 13,4cm Gegenstandsweiten sehr 35cm 14,2cm klein und wird dann immer 30cm 15,0cm größer. 25cm 17,2cm 20cm 20,0cm Das Bild hat Originalgröße. 15cm 31,0cm Das Bild ist vergrößert. 10cm - Es ist kein Bild mehr auf 5cm - dem Schirm erkennbar. Ergebnisse:
Ergebnisse: Das Experiment zeigt ein paar interessante Ergebnisse: 1. Scharfe Bilder entstehen nur in einer bestimmten Entfernung (Bildweite) des Schirms von der Linse. Dieser Anstand wird um so größer, je kleiner der Abstand zwischen Linse und Dia (Gegenstandsweite) ist. Die Bildweite steigt zuerst in sehr kleinen Schritten an, die dann immer größer werden. 2. Die Bilder waren immer umgekehrt und seitenvertauscht. 3. Bei Gegenstandsweiten über 20cm waren die Bilder verkleinert und sehr hell, bei einer Gegenstandsweite von 20cm hatte das Bild die selbe Größe, wie das Original. 4. Bei einer Gegenstandsweite von 15cm entstand ein stark vergrößertes und lichtschwaches Bild. 5. Bei Gegenstandsweiten von 10cm und 5cm konnte kein Bild mehr gefunden werden, es waren nur unscharfe Lichtflecke zu beobachten. 6. Wenn man noch Gegenstandsweiten zwischen 10cm und 15cm ausprobiert, entstehen riesige und lichtschwache Bilder, die an den Zimmerwänden scharf abgebildet werden können.
Interpretation der Ergebnisse: Zuerst zeigen die Ergebnisse eine sehr schöne Regelmäßigkeit (ein Gesetz?). Die Gegenstandsweite wird in 5cm-Schritten verkleinert und die Bildweite wächst dadurch in immer größeren Abständen. Das Bild auf dem Schirm wird dabei auch immer größer. Wenn man nun denkt, dass das immer so weiter geht, wird man enttäuscht, denn bei Gegenstandsweiten von 10cm und darunter gelingt es nicht mehr, ein scharfes Abbild zu erzeugen. Was ist bei 10cm los??? An dieser Stelle sollte der Forschergeist geweckt werden und es war an der Zeit, die Vorgaben des Experiments abzuändern. Das haben dann auch viele von euch getan und haben mit weiteren Gegenstandsweiten zwischen 15cm und 10cm experimentiert. Dabei entstanden die zum Teil riesigen Bilder mit großen Bildweiten.
Schlussfolgerungen: Es bleibt die Frage, warum bei Gegenstandsweiten von 10cm und darunter kein scharfes Abbild zu finden war. Zur Erklärung dieses eigenartigen Ergebnisses gibt es zwei mögliche Denkansätze: 1. Da bei Gegenstandsweiten zwischen 15cm und 10cm immer größere und lichtschwächere Bilder mit immer größerer Bildweite entstehen, könnte es sein, dass bei Gegenstandsweiten von 10 cm und darunter, die Bilder a) so lichtschwach sind, dass man sie nicht mehr erkennen kann und b) die Bildweiten so groß werden, dass das Physikzimmer zu klein ist, um scharfe Bilder zu erzeugen. Das Experiment müsste also mit einer stärkeren Lampe und in einem größeren Raum wiederholt werden. 2. Es entstehen bei diesen Gegenstandsweiten wirklich keine Bilder, dann würden auch verbesserte Experimente keine brauchbaren Ergebnisse liefern.