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O1 - Optische Abbildung

Ziel des Versuches

Im ersten Teil stehen die Bildkonstruktion an dünnen Sammellinsen sowie die Bestimmung derBrennweite im Vordergrund. Sie werden einfache Verfahren zum Abschätzen und Ermittelnder Brennweite kennenlernen, die im Wesentlichen auf der Bildentstehung beruhen. Des Wei-teren untersuchen Sie die Vergrößerung reeller und virtueller Bilder sowie den Zusammenhangzwischen Vergrößerung und Gegenstandsweite bei reellen Bildern.Im zweiten Teil steht die Anwendung der Sammellinse als Mikroskop im Vordergrund. Durchden eigenständigen Aufbau eines Mikroskops sollen Sie ein tieferes Verständnis für seinen Funk-tionsweise entwickeln. Auf dieser Grundlage untersuchen Sie unter Zuhilfenahme eines Linien-gitters und einer Irisblende den Zusammenhang zwischen numerischer Apertur und AuflösungIhres Mikroskops. Abschließend werden Sie das Mikroskopieren anhand einer vom Betreuerausgegeben Probe üben.

Hinweise zur Vorbereitung

Die Überprüfung Ihrer Vorbereitung wird im Rahmen eines Testatgespräches durchgeführt.Um sich das notwendige Hintergrundwissen zu erarbeiten, sollten Sie sich an den Inhalten dieserVersuchsanleitung orientieren sowie die angegebene Literatur am Ende dieses PDFs nutzen.Zusätzlich können Sie mit dem Applet der Universität Colorado Boulder ’Geometric Optics’etwas spielen, um ggf. eine bessere Vorstellung zu entwickeln.http://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/geometric-optics

Inhaltliche Schwerpunkte zur Vorbereitung

• Bildkonstruktion an dünnen Sammel- und Zerstreuungslinsen

• Gaußsche Abbildungsgleichung

• Vergrößerung reeller und virtueller Bilder

• Auge, Lupe

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• Aufbau und Vergrößerung eines Mikroskops

• optische und mechanische Tubuslänge, Apertur- und Feldblende

• Abbesche Theorie: numerische Apertur und Auflösungsvermögen

• Abbildungsfehler

Theoretischer Hintergrund

Bildkonstruktion an dünnen Sammellinsen

Zur Beschreibung der Bildentstehung an abbildenden Systemen genügt in der Regel die ein-fache Anschauung der geometrischen Optik. Es wird angenommen, dass sich Licht geradlinigausbreitet, so dass der Lichtweg vereinfacht durch Strahlen dargestellt werden kann. Um dasBild eines Punktes hinter einer dünnen Sammellinse zu finden, genügen drei solcher Strahlen: einBrennpunktstrahl, ein Mittelpunktstrahl und ein Parallelstrahl. Der Brennpunktstrahl und derParallelstrahl tauschen nach ihrem Durchgang durch die Linse ihre Rollen. Der Schnittpunktder drei resultierenden Strahlen beschreibt den Ort des Bildpunktes (Abb. 1).

Abbildung 1: Bildkonstruktion an einer dünnen Sammellinse. Die Brechung an den Glas-Luft-Grenzflächen kann vereinfacht durch eine Brechung an der Hauptebene H dargestellt werden.Die optische Achse (o.A.) verläuft senkrecht zur Hauptebene durch den Mittelpunkt der Linse.

Für abbildende Systeme wie Spiegel und dünne Linsen beschreibt die gaußsche Abbildungsglei-chung

1f

= 1g

+ 1b

(1)

den Zusammenhang zwischen der Gegenstandsweite g, der Bildweite b und der Brennweite f .Gegenstands- und Bildweite werden im Falle dünner Sammellinsen von der Hauptebene ausbestimmt. Diese vereinigt vereinfachend die Brechung an beiden Oberflächen in einer Ebene.Die Brennweite f ist bestimmt über den Krümmungsradius der Grenzflächen der Linse (bzw.

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der Krümmung der Spiegeloberfläche). Effektiv beschreibt sie den Abstand jener Ebene, in dersich die Strahlen eines parallel einfallenden Lichtbündels schneiden.1

Abhängig von der Lage des Gegenstandes in Bezug auf die Brennweite unterscheidet manzwischen reellen (g > f) und virtuellen (g < f) Bildern. Im ersten Fall konvergieren dieStrahlen hinter der Linse und das entstehende Bild kann auf einem Schirm aufgefangen werden(vgl. Abb. 1). Im zweiten Fall divergieren die Strahlen hinter der Linse und es entsteht erst einBild, wenn der Gegenstand durch die Linse hindurch betrachtet wird. Der Gegenstand erscheintin diesem Fall vergrößert.Für reelle Bilder kann der Abbildungsmaßstab aus dem Verhältnis von Bild- zu Gegenstands-größe ermittelt werden

β = −BG

. (2)

Das Minuszeichen berücksichtigt die Invertierung des Bildes hinter der Linse (vgl. Abb. 1).Betrachtet man in Abbildung 1 die grünen Dreiecke, welche sich aus den Größen und Weitenvon Gegenstand und Bild zusammensetzen, so ist festzustellen, dass diese ähnlich sind. Aus denStrahlensätzen folgt damit

β = − bg

. (3)

Für die Vergrößerung virtueller Bildern wird eine verallgemeinerte Definition verwendet

Γ = tan εtan ε0

. (4)

ε0 beschreibt den Sehwinkel, unter dem der Gegenstand ohne Instrument erscheint, und ε denSehwinkel mit Instrument (bspw. eine Linse).

Mikroskop

Das Mikroskop setzt sich im einfachen Fall aus zwei Sammellinsen zusammen. Das Objektiv istdie dem abzubildenden Gegenstand zugewandte Linse, welche ein reelles Zwischenbild innerhalbdes sogenannten Tubus erzeugt. Das Okular wird so positioniert, dass dessen Brennebene mitder Ebene des Zwischenbildes übereinstimmt. Dies erzeugt ein virtuelles Bild des Gegenstandes(vgl. Abb. 2), das beim Betrachten durch das Okular vergrößert erscheint.Die Vergrößerung der Bildes setzt sich multiplikativ aus den Vergrößerungen der Bestandteilezusammen

Γ = βOb · ΓOk . (5)

1Die hierdurch auftretenden hohen Intensitäten, mit denen es möglich ist, flammbare Gegenstände zu entzün-den, führten im Deutschen schließlich zu der Bezeichnung Brennebene.

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Abbildung 2: Strahlengang innerhalb eines zusammengesetzten Mikroskops. Farblich gekenn-zeichnet sind wichtige geometrische Zusammenhänge zur Bestimmung der Gesamtvergrößerung.

Die Vergrößerung des Objektivs kann mit einem Blick auf die grün markierten Dreiecke inAbbildung 2 durch Gleichung (3) bestimmt werden zu

βOb = − L

fOb

. (6)

fOb ist hier die Brennweite des Objektivs und L die sogenannte optische Tubuslänge. Diesebeschreibt den Abstand zwischen den zwei innen liegenden Brennebenen. Die Vergrößerung desOkulars muss durch die verallgemeinerte Definition aus Gleichung (4) bestimmt werden. Fürden Fall, dass die Zwischenbildebene und die Brennebene übereinstimmen, akkommodiert dasAuge auf unendlich. Der Tangens des Sehwinkels ε ergibt sich somit aus den geometrischenVerhältnissen im rot markierten Dreieck in Abbildung 2:

tan ε = B

fOk

. (7)

Um den Sehwinkel ohne optisches Instrument (in diesem Fall ohne Okular) zu bestimmen,betrachtet man den Fall, dass der Gegenstand (in diesem Fall das Zwischenbild) in der Entfer-nung der deutlichen Sehweite s0 = 250mm betrachtet wird. In diesem Abstand ist es möglich,Gegenstände mit entspanntem Auge zu beobachten. Aus analogen geometrischen Beziehungenergibt sich

tan ε0 = B

s0, (8)

so dass die Vergrößerung des Okulars schließlich

ΓOk = s0

fOk

(9)

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ist. Die resultierende Gesamtvergrößerung des Mikroskops ist folglich

Γ = L · s0

fOb · fok

. (10)

Diese Gleichung gilt selbstverständlich nur für den speziellen Fall, dass Bild- und Brennebeneinnerhalb des Tubus übereinstimmen.

Auflösungsvermögen des Mikroskops

Aus der strahlenoptischen Betrachtung der Bildentstehung im Mikroskop folgt, dass eine belie-bige Vergrößerung des Objektes durch Anpassen der Tubuslänge und Verkleinern der Objektiv-brennweite möglich ist. Allerdings steht diesem Sachverhalt eine Begrenzung des Auflösungsver-mögens entgegen, die erst im Rahmen der Wellenoptik verstanden werden kann. Hierfür mussdie Beugung an den zu beobachtenden Objekten berücksichtigt werden. In der AbbeschenTheorie des Mikroskops wird dies mit Hilfe der Abbildung eines Liniengitters veranschaulicht.

Das Liniengitter steht in der Abbeschen Theorie stellvertretend für alle kleinen, periodischenStrukturen, die mit demMikroskop aufgelöst werden können. Das Licht wird an diesen Objektengebeugt und propagiert nach dem Huygensschen Prinzip von der entsprechenden Öffnung alsKugelwelle weiter. Im Falle des Liniengitters propagieren die einzelnen Beugungsordnungengemäß

mλ = g sinαm m = 0, 1, . . . (11)

in unterschiedliche Richtungen. Die Lage (αm) der Beugungsordnungen m im Fernfeld hängtdavon ab, mit welcher Wellenlänge λ das Gitter bestrahlt wird und wie groß der Linienabstandg ist. Diese divergierenden Beugungsordnungen müssen vom Objektiv aufgefangen werden. Dasentstehende Bild resultiert aus der Interferenz der einzelnen Beugungsordnungen in der nachGleichung (1) festgelegten Bildebene. Das Interferenzmuster weißt jedoch erst Ähnlichkeit mitdem Gitter auf, wenn mindestens zwei benachbarte Ordnungen miteinander interferieren kön-nen.Der Grund hierfür ist in Abbildung 3 veranschaulicht. Das zu der Beugungsordnung m gehö-rende Licht kann vereinfacht durch ein in Richtung des Divergenzwinkels αm propagierendes,paralleles Strahlenbündel approximiert werden. Diese Reduzierung auf ein strahlenoptischesProblem gibt einen ersten Eindruck für die Notwendigkeit mehrerer Beugungsordnungen. Ausder geometrischen Optik ist bekannt, dass zur Konstruktion einer Abbildung mindestens zweiunterschiedliche Strahlen benötigt werden. Dies bedeutet, dass die Strahlen einer Beugungs-ordnung, welche alle den gleichen Winkel zur optischen Achse aufweisen und somit äquivalentsind, nicht ausreichen, um eine Bildebene zu beschreiben. Erst mit einer zusätzlichen Ordnung

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und somit weiteren Strahlen, die in einem anderen Winkel auf die Linse treffen, kann ein Bildgeformt werden.

Abbildung 3: Veranschaulichung der Bildentstehung an beugenden Objekten. Das Bildeines Gitters mit minimaler Ähnlichkeit entsteht durch die Interferenz mindestens zwei-er benachbarter Beugungsordnungen. Das Bild ist eine Bearbeitung eines Bildes des Skrip-tes "Grundpraktikum Physik"der Freien Universität Berlin (siehe http://www.physik.fu-berlin.de/studium/lehre/gp/index.html)

Die wellenoptische Beschreibung bringt zusätzlich die Intensität in der Bildebene mit ins Spiel.Eine einfache Ordnung führt dort zu einer gleichmäßigen Intensitätsverteilung. Konstruktiveund destruktive Interferenz mehrerer Ordnungen führen zur Verstärkung bzw. Abschwächungder Intensität an verschiedenen Orten, wodurch sich das Bild des Gitters ausbildet. Um diePosition der Spalte zu bestimmen, reichen dabei bereits zwei zur Interferenz gebrachte Ord-nungen aus. Das Bild weist in diesem Fall minimale Ähnlichkeit auf. Je mehr Beugungsordnunginterferieren, umso detaillierter wird das resultierende Bild, d.h. die Auflösung des Mikroskopswird besser.Um eine hohe Auflösung zu erzielen, müssen folglich möglichst viele Ordnungen durch dasObjektiv aufgefangen und abgebildet werden. Die Ausmaße dieser Linsen sind jedoch begrenztund somit auch die Anzahl abbildbarer Beugungsordnungen. Um die Lichtsammelleistung vonObjektiven zu charakterisieren, hat Ernst Abbe den Begriff der numerischen AperturN. A. eingeführt. Sie ist definiert als Produkt des Brechungsindex n des Immersionsmediums(Medium zwischen Präparat und Objektiv) und dem Sinus des halben Öffnungswinkels αmax

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des maximal einfangbaren Lichtkegels (vgl. Abb. 3)

N.A. = n sinαmax . (12)

Alle Beugungsordnungen, für die αm ≤ αmax ist, können abgebildet werden und tragen somitzum Auflösungsvermögen bei. Der Brechungsindex des Immersionsmediums muss aufgrund derBrechung des Lichts beim Übergang vom Präparat zum Medium berücksichtigt werden. DieseBrechung führt effektiv zu kleineren Öffnungswinkels, da der Übergang in der Regel vom optischdichteren (Deckglas) zum optisch dünneren Medium (Luft) erfolgt. Um eine möglichst kleineÄnderung des Öffnungswinkels zu erzielen, sollte also der Brechungsindexunterschied der beidenMedien möglichst klein sein.Das Auflösungsvermögen ist nach Abbe definiert als der minimale Abstand dmin, den zweiLinien haben dürfen, damit sie gerade noch getrennt wahrnehmbar sind. Aus der vorange-gangenen Betrachtung ist offensichtlich, dass dieser Abstand umso kleiner wird, je größer dienumerische Apertur wird, d.h. dmin ∝ (n sinαmax)−1. Aus Gleichung (11) geht jedoch hervor,dass der Divergenzwinkel αm der Beugungsordnungen von der Wellenlänge λ des verwendetenLichts abhängt. Je größer λ, umso größer ist der Abstand zwischen den einzelnen Beugungs-ordnungen. Dies bedeutet jedoch auch, dass bei der Verwendung von rotem Licht (λ ≈ 630 nm)unter Umständen weniger Ordnungen durch das Objektiv eingesammelt werden können als beiblauem Licht (λ ≈ 450 nm). Dies hätte eine Verringerung des Auflösungsvermögens zur Folge.Berücksichtigt man also auch die Wellenlänge, so ergibt sich für das Auflösungsvermögen

dmin = λ

n sinαmax

. (13)

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Teil 1. Brennweiten und Bildentstehung

Zubehör

Optische Schiene mit Halogenlampe, Schirm, Dia-Bild mit Halterung, 2 Linsen mit Halterung,Maßband

Zum Versuch

Hinweis: Nicht alle nachfolgenden Fragen müssen während des Versuches bearbeitet werden.Konzentrieren Sie sich im Experiment auf die für die Messungen relevanten Aufgaben. Blaumarkierte Abschnitte sind für die Auswertung relevante, weiterführende Fragen/Aufgaben undsollten spätestens im Protokoll von Ihnen diskutiert werden.

a) Schätzen Sie für beide Linsen an ihrem Platz die Brennweite (Method a)). Halten Siedafür die Linse mitsamt Halterung parallel zur Tischoberfläche und erzeugen Sie auf demTisch ein scharfes, reelles Bild der Deckenbeleuchtung über Ihnen. Der Abstand zwischendem Tisch und der Mitte der Linse dient Ihnen als Schätzwert der Brennweite. Ist dieAbschätzung größer oder kleiner als die reale Brennweite der Linse? Welche Auswirkungenhätte es, die Sonne bzw. eine Schreibtischlampe als abzubildendes Objekt zu nutzen?

b) Stellen Sie eine der Linsen auf die optische Schiene zwischen Objekthalter und Schirm.Legen Sie das Dia-Bild L-Muster in die Halterung und schalten Sie die Halogenlampeein. Suchen Sie durch Verschieben der Linse und des Schirms ein scharfes, reelles Bild desL-Musters. Was müsste passieren, damit man ein reelles Bild erhält? Wann kriegt manein virtuelles Bild? Ändern Sie jetzt die Gegenstandsweite g signifikant, sodass erst g>b(b ist die Bildweite) und dann g<b gilt und suchen Sie anschließend ein scharfes Bild.Was passiert in solchen Fällen mit dem Bild? Wann wird es vergrößert, wann wird esverkleinert?

c) Bestimmen Sie jetzt die Brennweite der Linse f mit einer anderen Methode (Methode b)).Dafür messen Sie jetzt bi für mindestens fünf verschiede Gegenstandsweiten gi. NotierenSie für jede Messung die Messunsicherheit von der Bildweite b. Überlegen Sie, welcheFehler Sie hier machen können. Wann betrachten Sie das Bild als „scharf“? Mit dieserÜberlegung schätzen Sie die Messunsicherheit von bi.Tragen Sie in einem Graph das Reziproke der Bildweite 1/bi (mit der zugehörigen Mes-sunsicherheit) versus den reziproken Wert der Gegenstandweite 1/gi. Warum erwartetman, eine Gerade zu sehen? Berechnen Sie jetzt die Brennweite f , indem Sie eine lineareRegression dieser Daten durchführen. Diskutieren Sie mit Ihrem Partner, wie man aus

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der linearen Regression f bestimmen kann und besprechen Sie Ihre Methode mit demBetreuer. Notieren Sie dann f und die dazugehörige Messunsicherheit.

d) Tauschen Sie die Linsen und nehmen Sie für fünf verschiedene Positionen gi und bi auf.Berechnen Sie die Brennweite der zweiten Linse, wie in c) (grafisch).

f) Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse von Methode b) mit den Abschätzungen (Methode (a))und beurteilen Sie beide Methoden. Eignet sich die erste Methode für eine Angabe derBrennweite?

Teil 2. Das zusammengesetzte Mikroskop

Zubehör

Siehe „Brennweite und Bildentstehung“; Liniengitter mit 20, 50, und 80 Linien/mm, Farbfilter(rot und blau), Irisblende mit Halterung

Zum Versuch

Warnung: Die verwendete Lampe sendet ein intensives Licht aus. Dieses kann beim direk-ten Schauen durch die Linsenanordnung in die Lampenöffnung am Auge Schäden verursachen.Deshalb: NUR! durch die Linsenanordnung in Richtung Lampe schauen wenn dieProbe: TEXT eingelegt ist. NIEMALS! bei eingelegtem L-Muster oder Gitter! (Diejeweiligen Beschriftungen beachten!)

Aufbau des Mikroskops: Konstruieren Sie aufbauend auf Ihren vorangegangenen Ergebnis-sen, mit Hilfe der beiden Linsen, ein Mikroskop, mit dem Sie die ausgegebenen Text-Probe gutlesen können. Besprechen Sie Ihr Vorgehen miteinander und dann mit dem Betreuer. NotierenSie sich alle wichtigen Kenngrößen Ihres Mikroskops, den Text, sowie die möglichen Abbildungs-fehler für das Protokoll. Bestimmen Sie näherungsweise die Vergrößerung Ihres Mikroskops (Gl.(10)). Diskutieren Sie mögliche Verbesserungen hinsichtlich Vergrößerung und Abbildungsfeh-ler.Notieren Sie im Laborbuch, was auf dem Text steht!

Abbesche Theorie der Abbildung:Warnung: In diesem Teil sollten Sie die Kamera (ThorCam auf dem ComputerDesktop) statt Ihrer Augen benutzen, um die Gitter abzubilden!

Untersuchen Sie jetzt die Abbesche Theorie der Abbildung. Hierzu stehen Ihnen eine Reihe

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von Liniengittern unterschiedlicher Gitterkonstante, sowie eine Irisblende zur Verfügung.Positionieren Sie den Schirm im bildseitigen Fokus des Objektives und betrachten Sie auf demSchirm das Beugungsbild für alle drei Gitter (scharf stellen!). Photografieren Sie, wenn möglich,die Beugungsbilder der drei Gitter oder skizzieren Sie sie im Laborbuch (später im Bericht).Warum erscheint dort überhaupt ein Beugungsbild? Für welche Gitter können Sie die Beu-gungsbilder separat sehen? In welchem Fall liegen die Beugungsordungen aufeinander? Wieund warum unterscheiden sich die einzelnen Muster für die drei Gitters?

Entfernen Sie jetzt den Schirm und justieren Sie Ihr Mikroskop so, dass Sie das Bild des 8erGitters gut sehen können (mit der Kamera nicht mit den Augen!). Speichern Sie Ihr bestesKamerabild des 8er Gitters und drucken Sie es aus.Zur Beachtung: Die mit der Kamera gut aufgenommenen Bilder sind Messergeb-nisse und müssen gespeichert und gedruckt werden. Sie gehören zum Laborbuchund später zum Bericht!

Erzeugen Sie jetzt gute Kamerabilder des 20er (bzw. 50er) Gitters und schließlich des 80erGitters.Hinweis: Wenn Sie das Bild des 50er oder des 80er Gitters mit der Kamera nicht abbildenkönnen, müssen Sie wahrscheinlich erst die Vergrößerung Ihres Mikroskops verbessern. Dafürkönnen Sie ganz vorsichtig b ändern (überlegen Sie, in welche Richtung es sinnvoll ist, b zu ver-ändern!), bis Sie ein scharfes aufgelöstes Bild des Gitters erzeugen. Falls das Mikroskop nichtmehr funktioniert, weil Sie falsch justiert haben, starten Sie wieder mit der Prozedur, wie inParagraph ’Aufbau des Mikroskops’ beschrieben und bauen Sie wieder ein neues Mikrokop miteiner besseren Vergröserung (größere Tubuslänge als voher).

Positionieren Sie jetzt die Lochblende im bildseitigen Fokus des Objektivs und justieren Sie ihreHöhe und Ausrichtung so, dass wenn die Lochblende zu ist, nur die nullte Beugungsordnungdurch die Lochblende gelassen wird.

Nehmen (speichern und drucken!) Sie jetzt mit der Kamera ein Bild des 80er Gitters mit deroffenen Lochblende (alle Beugungsordnung gehen durch) auf.Schließen Sie jetzt die Lochblende so, dass nur die nullte Beugungsordnung durch die Lochblendegelassen wird und nehmen Sie (speichern und drucken!) jetzt mit der Kamera ein Bild des 80erGitters auf.Nehmen Sie schließlich mit der Kamera (speichern und drucken!) ein Bild des 80er Gitters auf,wenn die Lochblende nur die nullte und erste Ordnung durchlässt.Was beobachten Sie, wenn Sie bewusst höhere Beugungsordnungen mit der Irisblende aussor-

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tieren? Können Sie Ihre Beobachtungen erklären?

Können Sie sich Beispiele denken, wo diese Technick (Beugungsordungen auszusortieren) vonBedeutung ist bzw. hilfreich sein kann?

Teil 3. Numerische Apertur und Auflösungsvermögen (DieserTeil ist für Physiker Pflicht, für Nebenfächler ist es eineZusatzaufgabe)

Das Linienmuster der Probe ’Auflösungs-Testplatte’ ist in Abhängigkeit von der numerischenApertur (verschiedene Objektive) bei blauen und roten Licht (Farbfilter) mit dem kommerziel-len Mikroskop zu beobachten. Das jeweilige Auflösungsvermögen ist zu berechnen.

Zubehör

Kommerzielles Durchlichtmikroskop mit verschiedenen Objektiven und Okularen, Probe ’Auflösungs-Testplatte’

Zum Versuch

Legen Sie das blaue Filterglas auf die Austrittsöffnung der Mikroskop-Leuchte. Betrachten Siedas Linienmuster der Auflösungstestplatte mit einer Gesamtvergrößerung 50 (zum Beispiel:Objektiv 4x und Okular 12,5x). Stellen Sie das Bild so scharf wie möglich ein. BeobachtenSie, welches Linienmuster noch aufgelöst wird und ab wann keine Struktur mehr erkennbar ist.Wiederholen Sie die Beobachtung mit einer anderen Kombination aus Objektiv und Okular(bei gleicher Gesamtvergrößerung 50). Zur Berechnung des Auflösungsvermögens notieren Siedie numerische Apertur beider Objektive. Wiederholen die Messung mit dem roten Filter. Wirddas Auflösungsvermögens dadurch verbessert oder verschlechtert? Welcher Filter (rot oder blau)ist für eine bessere Auflösungsvermögens am geeignetsten?

Zusatzaufgabe: Das Auge

Sie haben im ersten Teil gesehen, dass eine Sammellinse ein reelles, umgekehrtes Bild erzeugt,wenn sich das abzubildende Objekt außerhalb der Brennweite befindet. Das menschliche Augefunktioniert ebenfalls wie eine Sammellinse, die ein Bild auf der Netzhaut erzeugt. Dieses Bildsollte nach unserer bisherigen Erfahrung umgekehrt sein. Unsere Alltagserfahrung hingegen

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lehrt uns, dass alles, was wir sehen, aufrecht ist statt umgekehrt! Ist das auf der Netzhautentstehende Bild also tatsächlich invertiert? Finden Sie es in einem Experiment heraus:Bewegen Sie Ihre Augen, so dass Sie so weit wie möglich nach links sehen. Berühren Sie vorsich-tig mit ihrem Finger die äußere Ecke Ihres rechten Auges. Schließen Sie eventuell die Augen,damit Sie u.U. nicht den Augapfel durch ihren Fingernagel verletzen. Üben Sie mit dem Fingerleichten Druck auf die Stelle aus. Sie sollten nun einen farbigen Fleck am Rand des Sichtfeldesbemerken. Dieser Fleck wird durch die Stimulation der lichtsensitiven Bereiche auf der Retinaerzeugt. Sie haben also gewissermaßen ein Bild ihrer Fingerkuppe durch Berührung statt durchLicht erzeugt!

Die Frage ist nun: Was passiert mit dem Fleck, wenn Sie ihren Finger vorsichtig nach obenoder nach unten bewegen? Klären Sie mit Ihrer Beobachtung, das im ersten Absatz geschilderteProblem.

Literatur

[1] Bergmann, L. ; Schäfer, C.: Lehrbuch der Experimentalphysik Bd. 3: Optik. Berlin :Walter de Gruyter, 2004

[2] Hecht, E.: Optik. München : Walter de Gruyter, 2014

[3] Demtröder, W.: Experimentalphysik 2: Elektrizität und Optik. Berlin Heidelberg : Sprin-ger Spektrum, 2013

[4] Eichler, H. J. ; Kronfeldt, H.-D. ; Sahm, J.: Das neue Physikalische Praktikum. BerlinHeidelberg : Springer Spektrum, 2016

[5] Meschede, D. (Hrsg.): Gerthsen Physik. Berlin Heidelberg : Springer Spektrum, 2015

[6] Tipler, P.A. ; Mosca, Gene ; Wagner, J. (Hrsg.): Physik: für Wissenschaftler undIngenieure. Berlin Heidelberg : Springer Spektrum, 2015

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