Gruppe: Lena P.,Elisa R.S., Mathilde, Alexandra

Arbeitsplan

- Reflexion, Lichtbrechung (Alexandra)

- wie die Bilder in Auge (Mathilde)und Kamera (Alexandra) entstehen + Linsengleichung

- die Welt der Farben (Lena)

- Lupe (Elisa R)

Was ist Licht?

Licht kann unterschiedliche Funktionen haben, z.B. kann es Bilder zeichnen die auf Schirm oder in Auge und Kamera entstehen.

Experimente

• Buch S. 11 Experiment 2 Thema Abbildungsgesetz

a) Wir erhielten ein scharfes Bild, als der Abstandzwischen Schirm und Linse 7cm betrug. der Abstand zwischen Kerze und Linse betrug 10,5cm.

b) Je näher die Linse der Kerze kommt, desto größer und unschärfer wird das Bild. Je näher die Linse dem Schrim kommt, desto kleiner und unschärfer wird das Bild.

c) Der kleinistmöglichste Abstand beträgt 8,5cm. Linse A

Der kleinstmöglichste Abstand beträgt 17cm. Dafür mussten wir jedoch die Linse vom Schirm entfernen (21cm). Linse B 10cm

Man muss Linse wir Kerze vom Schirm weg begen.

d) Je kleiner das Bild ist, desto weiter ist der Gegenstand von der Linse entfernt.

Auf dieses Experiment zurück führend kann man das Abbildungsgesetz erklären,

• Gegenstandsgröße: 1cm
• gegenstandsweite: 10,5cm
• Bildgröße: 0,7cm
• bildweite: 7cm

Beispiel: Bildgröße ausrechnen?

1. Formel von $\frac{G}{g}=\frac{B}{b}$ zu

Bilder durch Spieglung, Refelxion

Refelxion

Einfallswinkel = Reflexionswinkel

Wenn man einen Gegenstand vor einen Spiegel hält, dann wird dieser reflektiert ( spät lat. reflexio zurürckbewgen, - biegen, -krümmen). Der reflektierte Gegenstand ist genauso groß wie der Außgangsgegenstand. Das liegt daran, dass die Einfallsrichtung und der Lot ( senkrechte Verbindungslinie zwischen Gegenstand und Spiegelbild) ebenso groß sind wie die Reflexionsrichtung und Lot. Daher gilt das Reflexionsgesetz:

Eifallsrichtung bzw. Einfallswinkel = Reflexionsrichtung bzw. Reflexionswinkel

Der Lot steht immer senkrecht dazwischen.

Lichtbrechung

Beispiel: Wenn eine Münze unter Wasser liegt, meint man, die Münze sei angehoben. Um dies zu untersuchen, leuchtet man am besten mit einer Lampe von unten her, dicht an der Münze vorbei. Verfolgt man den Lichtweg, merkt man, dass das Licht einen ,,Knick". Es wird gebrochen.

Erklärung: Wenn Licht eine Grenzfläche (indem Fall Wasser) zwischen zwei lichtdurchlässigen Körpern durchdringt, verändert es seine Ausbreitungsrichtung. Es wird teilweise gebrochen und refelktiert. Durch die Brechung nehmen wird die scheinbare Brechung wahr (optische Hebung), weil unser Gehirn davon ausgeht, das Licht sich gradlinig ausbreitet. Daher kommt es zu virtuellen ( nicht existenten ) Bildern. Wichtig ist auch, dass es keinen Unterschied gibt, wenn man den Lichtweg zwischen Luft und Wasser oder Wasser ubd Luft.

Deshalb gilt: Der Lichtweg ist auch bei der Brechung umkehr bar.

Die Welt der Farben

Weißes Licht

Weißes Licht wird zerlegt

Wenn weißes Licht auf ein Prisma fällt, wird es zweimal gebrochen. Außerdem wird es „gespreizt”. Mit zunehmender entfernung wird der Lichtstrahl immer breite. Wenn es dann aus dem Prisma wieder hinausscheint, ist es bunt. Diese Farben nennt man Spektralfarben. Den Punkt, wo der Lichtstrahl hin Leuchtet, nennt man Spektrum.

Untersuchung der Spektralfarben

• So wie es unterschiedliche Farbtöne gibt, so gibt es unterschiedliche "Lichtsorten":

rotes Licht, grünes, blaues.

• Hinter einem Prisma entsteht das Spektrum, weil die farbigen Lichtsorten verschieden stark

gebrochen werden. Violettes Licht wird am meisten abgelenkt, rotes am wenigsten.

• Die Lichtsorten des Spektrums lassen sich, durch ein zweites Prisma, nicht weiter zerlegen.
• Mit einer Sammellinse kann man die Lichtsorten (siehe: Erklärung Smmellinse) des Spektrums wieder zusammen legen.
• Weißes Licht ist zusammengesetztes Licht. Nur wenn sich alle Farbigen Lichtsorten des Spektrums

mischen , kann weißes Licht entstehen.

Unsichtbare Strahlung

Wir können weder Infrarot- noch Ultraviolettstrahlung sehen.

Die Wirkung der Infrarotstrahlung

Jeder Körper sendet Infrarotstrahlung aus. Die Infrarotstrahlung können wir mit unserem Temparatursinn spüren. Infrarotstrahlung besitzt eine heilende Wirkung, da sie durch die Erwärmung der Haut deren Durchblutung fördert.

Die Wirkung von Ultraviolettstrahlung

Eine wirkung ist alllgemein bekannt: Sie bräunt unsere Haut. In Sonnenstudios nutzt man diese Eigenschaft aus. Auf ungeschützter Haut kann sie einen Sonnenbrand verursachen. Im Gebirge und bei klarem Wetter ist besonders viel Ultraviolettstrahlung vorhanden, das sich besonders dann auswirkt, wenn Schnee und Wasser die Strahlung reflektiert Man sollte in solchen Fällen zum Schutz der Augen eine spezielle Sonnenbrille tragen, weil sonst die Gefahr besteht, an Bindehautentzündung oder Schneeblindheit zu erkranken. Die Ultraviolettstrahlung kann auch bestimmte Stoffe zum Leuchten bringen. Diese Wandeln sie die unsichtbare Strahlung in sichtbares Licht um. Das bezeichnet man als Fluoreszenz.

Wie entsteht ein Bild in der Kamera

Löcher zeichnen Bilder?

Verfahren der Lochkamera

Jeder hellbeleutete Gegenstand besteht aus unzähligen Lichtflecken. Wenn sie durch einen Spalt fallen und dann auf ein Blatt Papier (auch Schirm genannt), dann bilden sich aus den Lichtflecken ein Bild des Gegenstandes. Das Bild steht jedoch auf den Kopf und ist Seitenverkehrt. Je kleiner man das Loch macht, desto schärfer wird das Bild. (Es wird dadurch aber dunkler.)

Dies kann man gut durch eine Lochkamera testen.

Sammellinse

Wenn man die Lochkamera durch eine Linse erweitert, dann entstehen hellere und schärfere Bilder. Außerdem bilden Lichtpunkte bei einer Sammellinse ab einer bestimmten Entfernung Bildpunkte ab (ähnlich der Lochkamera).

Größe und Lage des Bildes

Umso weiter ein Gegenstand von der Linse entfernt ist, desto kleiner ist der Gegenstand auf dem Schirm. Damit ein Bild entsteht, müssen Lichtstrahlen zusammen laufen. Solch ein Lichtbündel läuft in der Brennebene zusammen. Die Weite zu der Linse heißt Brennweite.

Verschieden große Bilder

Bei der Lochkamera gilt (ohne Sammellinse), je weiter der Schirm vom Loch entfernt ist, desto größer ist das Bild.

Bei der Sammellinse kann man den Schirm jedoch nicht so gut verschieben. Das Bild ist nur in der Gegenstandsweite scharf. Um unterschiedlich große Bilder zu erhalten, muss man verschieden Linsen verwenden. Daher gilt: Je dünner die Linse in der Mitte ist, desto größer ist das Bild.

Scharfe und unscharfe Bilder

Konstruieren

Um ein scharfes Bild zu erhalten, muss der Schirm an der richtigen Stelle stehen. Dies kann man gut durch eine geometrische Konstruktion herausfinden. Hier die Schritte:

1. Fertige eine maßstabsgetreue Zeichnung an. Es sollten schon der Gegenstand, die Linse mit ihrer Mittelebene (vertikale Gerade durch die Linse)und die Brennebene enthalten sein. Es wäre zweckmäßig, den Gegenstand auf die optische Achse zu zeichnen (horizontale Gerade durch die Linsenmitte).
2. Zeichne den Mittelpunkstrahl durch die Linsenmitte nach rechts.
3. Zeichne nun einen oberen Randstrahl ein, und eine Hilfslinie die parallel dazu verläuft.
4. Die parallele Hilfslinie schneidet die Brennebene. Durch diesen Punkt muss auch der Randstrahl verlaufen.
5. Zur Erweiterung kann man einen unteren Randstrahl einfügen.

Schritt 5

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  Schritt 1

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  Schritt 2

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  Schritt 3

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  Schritt 4

Berechnen

Da es jedoch sehr aufwendig ist, ein scharfes Bild zu konstruieren, gibt es auch eine zweite Möglichkeit: das Berechnen. Zuerst jedoch, eine kurze Begriffserklärung:

• Gegenstandsgröße ist die Größe des Gegenstandes, der vor der Linse steht
• Gegenstandsweite ist die Weite zwischen dem Gegenstand und der Linse
• Bildgröße ist die Größe des Bild, dass durch die Lichtpunkte auf dem Schirm entsteht
• Bildweite ist die Weite zwischen dem Bild und der Linse

Das Abbildungsgesetz lautet: $\frac{{Gegenstandsgroesse}}{{Gegenstandsweite}}=\frac{{Bildgroesse}}{{Bildweite}}$ kurz auch $\frac{{G}}{{g}}=\frac{{B}}{{b}}$

Mit dieser Gleichung kannst man einer der vier Größen berechnen, solange man drei von ihnen hat. Dafür muss man die Gleichung umformen.

Wichtig für ein scharfes Bild ist auch die Brennweite. Dafür gibt es das Linsengesetz $\frac{{1}}{{f(Brennweite)}}=\frac{{1}}{{b(Bildweite)}}+\frac{{1}}{{g(Gegenstandsweite)}}$

Scharfstellung von Bildern durch das menschliche Auge

Damit ein scharfes Bild auf der Netzhaut entsteht, muss das Licht verschiedene Etappen durchlaufen. Als Erstes trifft das Licht auf Hornhaut. Sie ist lichtdurchlässig und funktioniert wie eine Sammellinse. Als Zweites fällt das Licht durch die Pupille. Die um die Pupille herumliegende Iris bildet mit der Pupille zusammen eine Blende. Bei geringem Lichteifall beträgt der Durchmesser dieser Blende 7mm , bei starkem Lichteinfall ist er nur 1-2 mm groß.

Als Letztes fällt das Licht auf die Augenlinse.

Aufbau des menschlichen Auges

Die Augenlinse und die Hornhaut ergeben ein verkleinertes Bild auf der Netzhaut,was auf dem Kopf steht. Unser Gehirn nimmt das Bild richtig herum war.

Der Abstand Linse-Netzhaut ist immer gleich groß. Um unterschiedlich weit entfernte Gegenstände scharf abzubilden, wird die Brennweite der Augenlinse verändert. Dieser Vorgang wird Akkomodation gennant . Die Akkomodation ( Anpassung ) wird von dem Ringmuskel geregelt. Der Ringmuskel passt also die Brennweite an verschieden Entfernungen an.

Wenn man ferne Gegenstände erblickt ist die Augenlinse schwach gewölbt und entspricht dem Augendurchmesser. Bei einer nahen Entfernung ist die Wölbung stark, die Brennweite ist kleiner und es entsteht ein scharfes Bild.Kleine Brennweite= scharfes Bild Deshalb sieht man von der Nähe besser.

In Wirklichkeit ist nur ein kleiner Teil der menschlichen Netzhaut imstande, ein Bild so scharf abzubilden wie ein gutes Foto. Ein „Bildbearbeitungsprogramm" im Gehirn sorgt dafür,dass die ganze Sehfläche scharf erscheint.

Wie die Brille Sehfehler korrigiert

Der normale Abstand von der Hornhaut zur Linse beträgt 24mm.Bei einem normalen Auge ensteht das Bild auf der Netzhaut. Es gibt aber auch verschiedene Arten von Fehlsichtigkeit, bei denen dieser Abstand nicht vorhanden ist.

Kurzsichtigkeit

Bei Kurzsichtigen ist der Augapfel zu lang. Die Bilder von weit entfernten Gegenständen enstehen nicht auf ,sondern vor der Netzhaut ,sodass sie unscharf sind. Die Augenlinse ist zu stark gewölbt, um ein scharfes Bild auf der Netzhaut zu erzeugen. Der Abstand Hornhaut-Netzhaut ist zu kurz. Man kann eine Kurzsichtigkeit aber mit einer Brille mit einer Zerstreuungslinse korrigieren. Die Zerstreuungslinse weitet die einfallenden Lichtbündel, damit die Bildweite größer wird und ein scharfes Bild auf der Netzhaut entsteht.

'Weitsichtigkeit

Der Augapfel ist zu kurz und zu schwach gewölbt.Die Bilder von nah liegenden Gegenständen werden nicht auf,sondern hinter der Netzhaut abgebildet. Das Bild ist unscharf. Der Abstand Hornhaut-Netzhaut = 24mm wird nicht eingehalten ,er ist zu weit. Die Weitsichtigkeit wird mithilfe einer Linse korrigiert , die stärker gewölbt ist als das natürliche Auge. (umgekehrt als bei der Kurzsichtigkeit)

Quellen und Weblinks

- Fokus Physik 7/8 ( erschien im Cornlesen Verlag)

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