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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
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Beispiel: Augenlinse
Schema:
Schulphysik 2.3
Beispiel: Augenlinse
Nahadaption:
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Beispiel: Augenlinse
Kurzsichtigkeit:
Schulphysik 2.3
Beispiel: Augenlinse
Fernadaption:
Schulphysik 2.3
Beispiel: Augenlinse
Weitsichtigkeit:
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