Schulphysik 2

3. Linsen

Schulphysik 2.3

Grundregeln der geometrischen Optik

1. Licht breitet sich geradlinig aus,solange es sich in einem einzigen Medium bewegt.

2. Licht kommt von einer Lichtquelle(selbstleuchtend oder angeleuchtet)

3. Der Lichtkegel einer Lichtquelle besteht aus unendlich vielen, unendlich dicht liegenden Lichtstrahlen

4. Wo kein Licht ist, ist Schatten

5. Nur Gegenstände, von denen Licht ins Auge fällt, sind sichtbar

6. Der Lichtweg ist umkehrbar

7. Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant,ihr Wert ist materialspezifisch (im Vakuum c = 300000 km/s)

Schulphysik 2.3

Linsen

Defintion und Begriffe

Linsen bestehen aus zwei gegeneinander gekrümmten optischen Grenzflächen

bikonvex konvex konkav bikonkav

Mittelebene

optische Achse

Schulphysik 2.3

Linsen

Charakteristische Größe: Brennweite

bei (dünnen) Linsen sammeln sich alle parallel zur optischen Achse einfallenden Lichtstrahlen in einem Punkt: dem Brennpunkt.Er ist für jede Linse typisch („charakteristische Größe“)

Bezeichnung: Brennpunkt: F, Brennweite (Abstand Mittelebene - Brennpunkt): f; Brennebene: Ebene parallel zur Mittelebene durch den Brennpunkt

Schulphysik 2.3

Charakteristische Linsengrößen

Brennweite:- Maßeinheit festgelegt durch die Maßeinheiten von Gegenstands- und Bildweite (z.B. cm)- je kleiner die Brennweite, desto stärken die Brechung der Lichtstrahlen - Sammelinsen: positive Brennweite, Streulinsen: negative Brennweite

Brechkraft:- Maßeinheit „Dioptrien“ (1 dpt):

Eine Dioptrie ist der Kehrwert der Brennweite gemessen in Metern

z.B. f = 20 cm = 1/5 m => 5 dpt2 dpt => 1/2 m = 50cm = f

- je größer die Brechkraft, desto größer die Dioptrienzahl- Sammellinsen: positive Dioptrienzahl, Streulinse: negative Dioptrienzahl

Schulphysik 2.3

Linsen: Brennweitenbestimmung

1. Direkte Brennpunktsbestimmung

2. Aus den Abbildungseigenschaften- Entfernung zum Objekt, bei dem keine Abbildung möglich ist

(Umkehrung des Lichtwegs)

- Entfernung, bei der sich die Lage des Bildes umdreht =>

Schulphysik 2.3

Abbildungseigenschaften der Sammellinse

b

g

Linsenabstand g Bildaussehen Bildgröße g verglichen mit f

nahezu 0 aufrecht, vergrößert g << f

Wert x verschwommen unerkenntlich g = f

Wert > x umgekehrt vergrößert f < g < 2f

Wert = 2x umgekehrt gleichgroß g = 2f

Wert > 2x umgekehrt verkleinert g > 2f

Schulphysik 2.3

Linsengleichungen

Experimentelle Bestimmung des Zusammenhangs von g,b und G (Objektgröße) und B (Bildgröße)

- hell leuchtendes, gut messbares Objekt auf Bildschirm abbilden

- Sammellinse mit definierter Brennweite

- Berechnungen aus den Messwerten:

b*g, b+g, (b*g)/(b+g): ergibt sich als konstant: f G B b/g erweist sich als gleichgroß mit B/Gb-g ergibt keinen erklärbaren Effekt g b

(b*g)/(b+g) = f; lässt sich umformen zu 1/b + 1/g = 1/f (Linsengleichung)

b/g = B/G ( = k ) ist die bekannte Abbildungsgleichung

Schulphysik 2.3

Konstruktion von Linsenbildern:besondere Strahlen

Mittelpunktsstrahl:

achsenparalleler Strahl:

Brennpunktsstrahl

Schulphysik 2.3

Konstruktion von Linsenbildern:besondere Strahlen

Mittelpunktsstrahl:

achsenparalleler Strahl:

Brennpunktsstrahl

Schulphysik 2.3

Konstruktion von Linsenbildernmit Hilfe der besonderen Strahlen

Von jedem Punkt des Gegenstandes gehen beliebige Lichtstrahlen aus; dort, wo sich mehrere (mindestens zwei) dieser Lichtstrahlen wieder treffen, entsteht ein Bild des Gegenstandes

Randbedingungen: dünne Linse, kleines Objekt

Schulphysik 2.3

Konstruktion von Linsenbildern:Streulinsen

Die Konstruktion erfolgt nach dem gleichen Prinzip, jedoch mit seitenverkehrt liegenden Brennpunkten als Bezugsstellen:virtuelles Bild durch Projektion des Betrachters

Schulphysik 2.3

Vergleich:virtuelles Bild reelles Bild

aufrecht umgekehrt

„seitenverkehrt“ seitenrichtig

Lage objektseitig Lage gegenüber Objekt

nur vom Betrachter als Bild aufzeichenbarerkennbar

Schulphysik 2.3

Beispiel: Augenlinse

Schema:

Schulphysik 2.3

Beispiel: Augenlinse

Nahadaption:

Schulphysik 2.3

Beispiel: Augenlinse

Kurzsichtigkeit:

Schulphysik 2.3

Beispiel: Augenlinse

Fernadaption:

Schulphysik 2.3

Beispiel: Augenlinse

Weitsichtigkeit:

Schulphysik 2.3