2. Optische Linsen

Wie haben Wissenschaftler in der Vergangenheit die Natur erforscht? Im Mathematisch-Physikalischen Salon in Dresden befindet sich eine Vielzahl beeindruckender Geräte und Instrumente, die genau dies zeigen.

Unter den Stücken befinden sich unter anderem Brenngläser und -spiegel sowie Mikroskope aus dem 17. und 18. Jahrhundert, die von Mathematikern und Physikern verwendet wurden, um ihre Forschungen zu unterstützen und neue Entdeckungen zu machen.

Bei einem Ausflug in den Mathematisch-Physikalischen Salon wird erlebbar, wie Menschen bereits vor Jahrhunderten mithilfe von optischen Linsen begonnen haben, die Welt um sie herum besser zu verstehen.

Der Mathematisch-Physikalische Salon befindet sich im Dresdner Zwinger. Der Eintritt ist für Personen unter 17 Jahren kostenlos. Mehr Infos auf der offiziellen Webseite.

• eine Sammellinse (z. B. eine Lupe)
• beliebiger Gegenstand

1. Schaue durch die Lupe auf den Gegenstand.
2. Verändere die Abstände zwischen Auge und Lupe sowie zwischen Lupe und Gegenstand. Notiere deine Beobachtungen.

Wenn du einen Gegenstand durch eine Lupe betrachtest, ist dieser nicht immer auf dem Kopf zu sehen. Das geschieht nur, wenn der Abstand zwischen Lupe und Gegenstand groß genug ist.

Abhängig von den Entfernungen und den Eigenschaften der Linse können viele interessante Beobachtungen gemacht werden.

Konntest du zum Beispiel auch beobachten, dass der Gegenstand durch die Lupe kleiner erscheint, wenn die Entfernung zwischen Lupe und Gegenstand groß genug ist?

Schau dir die folgenden Fälle an:

Bei optischen Linsen wird grob zwischen zwei Typen unterschieden. Die Sammellinse kennst du bereits. Zudem gibt es die Zerstreuungslinse. Rechts siehst du den Querschnitt einer Zerstreuungslinse.

Sammellinsen sind in der Mitte dicker als am Rand. Bei Zerstreuungslinsen ist es genau umgekehrt. Sie sind am Rand dicker als in der Mitte.

Parallel einfallende Lichtstrahlen werden von der Zerstreuungslinse so gebrochen, dass die Lichtstrahlen im Raum zerstreut werden.

Auch Zerstreuungslinsen haben einen Brennpunkt. Wenn du die gebrochenen Strahlen rückwärts verlängerst, entsteht ein Schnittpunkt. Dies ist der Brennpunkt F. Die Brennweite f ist die Entfernung von Brennpunkt zur Linsenmitte.

Es gibt eine Vielzahl an Geräten und Objekten, die optische Linsen verwenden. Zum Beispiel Lupen, Fernrohre, Mikroskope und Sehhilfen.

Sammellinsen sind in der Mitte dicker als am Rand und sammeln parallel einfallendes Licht in einem Punkt.

• Lichtstrahlen, die weiter außen auf die Linse treffen, werden stärker gebrochen.
• Lichtstrahlen, die weiter innen auf die Linse treffen, werden weniger stark gebrochen.

Dadurch treffen sich parallel einfallende Lichtstrahlen hinter der Linse in einem bestimmten Punkt. Dieser Punkt wird Brennpunkt genannt.

Der Brennpunkt F ist der Punkt, in dem sich parallel einfallende Lichtstrahlen nach der Brechung treffen.

Die Brennweite f ist der Abstand zwischen der Linsenmitte und dem Brennpunkt.

• Stärker gewölbte Sammellinsen brechen das Licht stärker und haben eine kleinere Brennweite.
• Leichter gewölbte Sammellinsen brechen das Licht weniger stark und haben eine größere Brennweite.

Ein Gegenstand ist durch eine Linse auf dem Kopf zu sehen, wenn der Abstand zwischen Linse und Gegenstand größer ist als die Brennweite der Linse.

Mithilfe der drei Hauptstrahlen kann ermittelt werden, wo der Punkt eines Gegenstandes von der Sammellinse scharf abgebildet wird:

• Der Parallelstrahl verläuft parallel zur optischen Achse.
• Der Mittelpunktstrahl verläuft durch den Mittelpunkt der Linse.
• Der Brennpunktstrahl verläuft durch den Brennpunkt der Linse.