Arbeitsblatt: Optik Teil 2

Optische Linsen Das menschliche Auge Akkomodation und Sehfehler Das Wichtigste auf einen Blick • Als Akkomodation bezeichnet man die Änderung der Brennkraft des Auges, um Objekte in unterschiedlichen Entfernungen scharf sehen zu können. • Bei Kurzsichtigkeit ist die Augenlinse zu stark gekrümmt, entfernte Gegenstände werden kurz vor der Netzhaut scharf abgebildet. • Bei Weitsichtigkeit ist die Augenlinse nicht stark genug gekrümmt, nahe Gegenstände werden kurz hinter der Netzhaut scharf abgebildet. Akkomodation Um nahe und ferne Gegenstände scharf sehen zu können, muss die Linse die Gegenstände jeweils scharf auf die Netzhaut abbilden. Da die Bildweite durch den Glaskörper des Auges aber nahezu konstant ist, muss das Auge die Brennweite der Linse verändern, um eine scharfe Abbildung sowohl für nahe als auch für ferne Gegenstände zu erreichnen. Diesen Prozess des Scharfstellens des Auges auf verschiedenen Entfernungen nennt man Akkomodation. Richtest du das Auge auf einen nahen Gegenstand, wird der Ringmuskel angespannt und die Linse zusammengedrückt. Die Änderung der Linsenform verändert auch die Brechung des Gesamtsystems (Hornhaut, Augenkammer, Linse, Glasköper): Die Brennweite der Linse wird kleiner. Auf diese Weise erscheinen nahe Gegenstände scharf, während ferne unscharf werden. Richtest du dein Auge auf einen fernen Gegenstand, entspannt sich der Ringmuskel wieder und die Wölbung der Linse nimmt ab. Die Brennweite des Gesamtsystems im Auge wird größer und ferne Gegenstände werden scharf, nahe Gegenstände unscharf. Hinweis: In der folgenden Animation ist die Brechung stark vereinfacht dargestellt. Die Brechung des gesamten Linsensystems (Hornhaut, Augenkammer, Linse, Glasköper) findet hier an einer gedachten Linsenebene an der Hornhaut statt. Danach verläuft das Licht geradlinig. Abb. 1 Vorgang der Akkomodation des Auges durch Kontraktion des Ringmuskels Kurzsichtigkeit Wenn der Glaskörper des Auges zu lang ist bzw. die Augenlinse zu stark gekrümmt, so wird das Bild weit entfernter Gegenstände nicht auf der Netzhaut sondern kurz davor scharf abgebildet (siehe Abb. 2). Auf der Netzhaut ergibt sich daher wieder ein unscharfes Bild. Kurzsichtige Personen können also weit entfernte Gegenstände nur unscharf sehen. Hier hilft eine Brille mit Zerstreuungslinse (mehr Infos liefert dir die Seite Augenfehler). Weitsichtigkeit Wenn der Glaskörper des Auges hingegen zu kurz ist bzw. die Augenlinse durch den Ringmuskel nicht genug gekrümmt wird, so wird das Bild naher Gegenstände nicht auf der Netzhaut sondern erst kurz dahinter scharf abgebildet (siehe Abb. 3). Auf der Netzhaut ergibt sich daher ein unscharfes Bild. Weitsichtige Personen können also nahe Gegenstände nur unscharf sehen. Hier hilft eine Brille mit Sammellinse. Farben Spektralfarben Das Wichtigste auf einen Blick • Weißes Licht lässt sich mithilfe eines Prismas in seine Spektralfarben zerlegen. • Als Spektralfarben werden meist die Regenbogenfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett bezeichnet. • Spektralfarben lassen sich nicht weiter in andere Farben zerlegen. Es sind reine Farben. • Licht enthält oft auch nicht sichtbare Anteile zum einen infrarotes Licht und zum anderen ultraviolettes Licht. Zu vielen wichtigen Erkenntnissen über weißes Licht und seine Spektralfarben gelangte Newton mit einfachen Versuchen Zerlegung von weißem Licht in die Spektralfarben Abb. 1 Zerlegung von weißem Licht in Spektralfarben mit Hilfe eines Prismas Wenn du ß Rot Wei weißes Licht Orange in geeigneter Weise auf ein Gelb Prisma fallen Grün lässt, so Cyan kannst du Blau auf einem Violett Schirm dahinter beobachten, dass das weiße Licht in verschiedene Farben zerlegt wurde. Auf dem Schirm ist jeweils ein Bereich zu sehen, der rot, orange, gelb, grün, cyan, blau oder violett gefärbt ist. Diese Farben nennt man die Spektralfarben. Die Spektralfarben kannst du auch bei einem Regenbogen finden. Hier ist die Sonne die Quelle für weißes Licht und die Regentropfen sorgen für die Zerlegung. Unzerlegbarkeit der Spektralfarben Abb. 2 Unzerlegbarkeit der Spektralfarben Wenn du nun eine beliebige Gelb Spektralfarbe wieder durch ein Prisma Gelb fallen lässt, so siehst du auf dem Schirm, dass sich die Farbe des Lichtes nicht wieder geändert hat. Spektralfarben lassen sich nicht weiter zerlegen. Man nennt sie auch reine Farben. Nicht sichtbare Strahlung im Spektrum Neben den Spektralfarben enthält zum Beispiel das Sonnenlicht noch weitere Anteile, die du nicht mit bloßem Auge sehen kannst auch dann nicht, wenn du Sonnenlicht durch ein Prisma in seine Spektralfarben zerlegst. Ein Anteil ist infrarote Strahlung (IR-Strahlung). Diese Strahlung wäre im Experiment auf dem Schirm (vgl. Abb. 1) oberhalb des roten Lichtes zu sehen. Infrarote Strahlung wird zum Beispiel bei Wärmelampen genutzt. Ein weiterer nicht sichtbarer Teil wird als ultraviolette Strahlung (UVStrahlung) bezeichnet. Diese Strahlung wäre im Experiment auf dem Schirm (vgl. Abb. 1) unterhalb des blauen Lichtes zu sehen. Ultraviolette Strahlung wird zum Beispiel zum Prüfen von Geldscheinen und zum Härten von Nagellack verwendet. Auch sind Teile der UV-Strahlung für den Sonnenbrand verantwortlich. Markiere alle Aussagen über das Sonnenlicht und seine Spektralfarben, die richtig sind. Lösungsvorschläge a) Sonnenlicht hat die sichtbaren Spektralfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo, Violett Richtige Antwort b) Manche Spektralfarben kann man mithilfe eines Prismas in weitere Farben zerlegen. c) Sonnenlicht enthält auch nicht sichtbare Anteile. Richtige Antwort d) Im Regenbogen kann man auch die Spektralfarben des Sonnenlichtes sehen. Richtige Antwort Lösung:Falsch ist nur Antwort b), da Spektralfarben unteilbar sind. Daher werden sie auch reine Farben genannt. Herstellung eines Farbspektrums Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe a)Skizziere einen möglichen Aufbau, mit dem aus dem weißen Licht einer Kohlebogenlampe das Spektrum des sichtbaren Lichts entworfen werden kann. Gehe auch auf die Bedeutung der einzelnen Aufbauteile ein. b)Gehe kurz darauf ein, welche Lage das Infrarot in Bezug zum sichtbaren Spektrum hat und wie diese Strahlung nachgewiesen werden kann. c)Gehe kurz darauf ein, welche Lage das Ultraviolett in Bezug zum sichtbaren Spektrum hat und wie diese Strahlung nachgewiesen werden kann. Lös Bringt man auf das weiße Papier die Farbe Cayan auf, so wird deren Komplementärfarbe (Orange) absorbiert, man sieht die Farbe Cayan. Befinden sich in einem Bereich zwei Farben z.B. Cayan und Magenta, so werden deren Komplementärfarben absorbiert (Orange und Grün), der Bereich erscheint Blau. Befinden sich in einem Bereich zwei Farben z.B. Cayan und Gelb, so werden deren Komplementärfarben absorbiert (Orange und Violett), der Bereich erscheint Grün. Werden in einem Bereich alle drei Grundfarben aufgebracht, so erscheint dieser etwas flau grau-schwarz. Um dem Bild mehr Kontrast zu geben, bringt man an diesen Stellen noch die Farbe Schwarz auf.