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Sammellinse interaktiv

Ohne das Verständnis davon, wie Sammellinsen wirken, bleibt auch die Funktionsweise von einem Lichtmikroskop ein Rätsel. Konvexe Linsen haben erstaunliche Eigenschaften. Sie bündeln parallel einfallendes Licht im Brennpunkt bzw. der Brennebene, deshalb heißen sie auch Sammellinsen.

Sammellinsen erzeugen auf dem Kopf stehende Abbilder von weit entfernten Gegenständen und finden Verwendung als Lupe. Hierbei steht das gesehene Bild jedoch nicht auf dem Kopf. Warum? Mehr dazu bei "Sammellinse interaktiv"!

Interaktive Sammellinse starten

In dieser Szenerie wird die Abbildfunktion der Sammellinse demonstriert. Da der Gegenstand relativ weit von der Linse entfernt ist, ist dessen Abbild dementsprechend relativ klein und nah an der Linse gelegen.

Funktionsweise der interaktiven Sammellinse

Um zu verstehen, wie optische Geräte – zum Beispiel ein Teleskop oder ein Mikroskop – funktionieren, muss man einiges über Linsen wissen. Der Versuch "Sammellinse interaktiv" zeigt verschiedene Aspekte der Sammellinse.

Über die Auswahl oben links können drei verschiedene Bereiche gewählt werden: Brennpunkt, Abbild und Lupe.

Detailansicht der interaktiven Sammellinse: Wahl der Darstellungsart

Zwei Darstellungsarten stehen zur Wahl: Strahlengangmodell und Fotografie.

Links unten lässt sich zwischen zwei verschiedenen Darstellungsarten des Experiments wechseln: Zu einem kann man das Strahlengangmodell (links) einblenden, zu anderem kann man sich den Versuch als Fotografie (rechts) anschauen.

Hintergrundinformationen kann man über den Button Blatt zum Durchlesen bzw. über den Button Ohr zum Anhören abrufen.

Die drei Bereiche der interaktiven Sammellinse

Brennpunkt

Eine Sammellinse sammelt das einfallende Licht – deshalb der Name. Fällt ein Lichtbündel parallel zur optischen Achse ein, dann fokussiert die Sammellinse das Licht in dem Brennpunkt. Die Entfernung vom Brennpunkt zur Linsenmitte heißt Brennweite.

Detailansicht der interaktiven Sammellinse: Abbild der Sonne

Wird eine Sammellinse ins Sonnenlicht gehalten, kann man in der Brennweite ein Abbild der Sonne erkennen.

Je stärker gewölbt die Linse ist, desto kürzer die Brennweite. Je kürzer die Brennweite, desto näher liegt der Brennpunkt bei der Linse. Im Versuch kann man mit dem Drehrädchen die Linsenkrümmung einstellen.

Halten wir eine Sammellinse ins Sonnenlicht, zeigt sich in Brennweite ein Abbild der Sonne (Bild abrufbar über das Fotoapparat-Piktogramm). Warum lassen sich die Sonnenstrahlen nicht auf einen einzelnen Punkt – dem Brennpunkt – abbilden? Der Grund: Die Sonne ist keine punktförmige, sondern eine ausgedehnte Strahlungsquelle. Die Sonnenstrahlen, die die Sammellinse einfängt, sind also nicht parallel. Deshalb kann die Sammellinse das einfallende Sonnenlicht nicht in einem einzelnen Punkt abbilden; wir sehen immer ein Abbild der Sonne und keinen einzelnen Lichtpunkt.

Abbild

Die Sammellinse besitzt erstaunliche Eigenschaften. Eine davon ist: Sie bildet ab. Die erste Beobachtung ist hierbei, dass das Bild auf dem Kopf steht.

Das Abbild einer Sammellinse kann mithilfe einer Mattscheibe sichtbar gemacht werden. Ein Beispiel ist die Plattenkamera. Ohne die Abbildungsfunktion der Sammellinse gäbe es auch kein Teleskop und kein Lichtmikroskop.

Detailansicht der interaktiven Sammellinse: Durch das Strahlengangmodell wird die Abbildfunktion der Linse verdeutlicht.

Der Gegenstand ist sehr nah an die Linse gerückt worden. Dementsprechend ist das Abbild sehr groß und weit von der Linse entfernt.

Die zweite Beobachtung: Bildgröße und Abbildungsort ändern sich, je nachdem wie weit ein Gegenstand von der Linse entfernt ist. In unserem Versuch benutzen wir dazu einen stilisierten Leuchtturm. Der Abstand dieses Türmchens von der Linse lässt sich durch das Drehrad justieren.

Je näher der Gegenstand an die Linse rutscht, desto größer und weiter entfernt ist dessen Abbild. Ein Abbild gibt es nur, wenn der Abstand zur Linse größer als die Brennweite der Linse ist.

Durch das interaktive Strahlengangmodell wird verdeutlicht, warum das Abbild auf dem Kopf steht, keinen festen Ort hat und sich in der Größe verändert.

Lupe

Eine Sammellinse kann auch als Lupe verwendet werden, man braucht sie nur dicht genug an einen Gegenstand heranzuhalten und schon sieht man ihn größer. Erstaunlicherweise steht das durch eine Lupe gesehene Bild nicht auf den Kopf, sondern richtig herum. Die gleiche Linse würde aber einen weit entfernten Gegenstand verkehrt herum abbilden. Wie lässt sich dieses Phänomen erklären?

Detailansicht der interaktiven Sammellinse: Benutzung der Sammellinse als Lupe

Hält man eine Sammellinse dicht genug an einen Gegenstand, kann sie als Lupe verwendet werden.

Ob das Bild umgekehrt wird oder nicht, hängt allein von der Entfernung des Gegenstands von der Linse ab. Ist der Abstand vom Gegenstand zur Linse größer als die Brennweite, wird der Gegenstand verkehrt herum abgebildet. Befindet sich der Gegenstand zwischen Brennpunkt und Linse, dann gibt es keine echte Abbildung mehr. Wir sehen jedoch durch die Lupe ein vergrößertes Bild, das richtig herum steht. Die Linse ändert den Strahlengang so, dass die Strahlen scheinbar hinter dem eigentlichen Objekt ihren Ursprung haben.

Die Lupe im Versuch kann mit dem Plus-Button ein und mit dem Minus-Button ausgeschaltet werden.

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