Messreihe am Pupillometer
AFB I–IIMit einem Messgerät (Pupillometer) wird der Pupillendurchmesser einer Versuchsperson bei verschiedenen Beleuchtungen gemessen. Die Person hat sich vorher jeweils eine Minute an das Licht gewöhnt.
| Beleuchtung | Beleuchtungsstärke | Pupillendurchmesser |
|---|---|---|
| Vollmondnacht | 0,2 lx | 7,0 mm |
| Straßenlaterne | 10 lx | 6,0 mm |
| Wohnzimmer | 100 lx | 4,6 mm |
| Büro | 1000 lx | 3,4 mm |
| bewölkter Tag | 10 000 lx | 2,6 mm |
- Gib an, welcher Irismuskel sich zusammenzieht, wenn die Person vom Wohnzimmer ins Büro wechselt.
- Werte die Messreihe aus.
- Berechne die Pupillenfläche in der Vollmondnacht und am bewölkten Tag und vergleiche sie.
- Begründe mithilfe deiner Ergebnisse, warum die Pupille allein nicht ausreicht, um das Auge an alle Helligkeiten anzupassen.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Es wird heller, die Pupille wird enger (von 4,6 auf 3,4 mm) — dafür zieht sich der Ringmuskel zusammen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Je stärker die Beleuchtung, desto kleiner der Pupillendurchmesser. Die Beleuchtungsstärke steigt dabei auf das 50 000-Fache, der Durchmesser sinkt aber nur von 7,0 auf 2,6 mm. Bei jeder Verzehnfachung des Lichts wird die Pupille jeweils nur um etwa 1 mm enger.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Vollmond: A = π · (7,0 mm)² : 4 ≈ 38,5 mm². Bewölkter Tag: A = π · (2,6 mm)² : 4 ≈ 5,3 mm². Die Fläche ist nachts etwa 7-mal so groß (38,5 : 5,3 ≈ 7,3).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Pupille kann die Lichtmenge nur um etwa das 7-Fache verändern, die Beleuchtung schwankt aber um das 50 000-Fache. Deshalb muss zusätzlich die Netzhaut ihre Empfindlichkeit anpassen (Adaptation) — das geht langsamer und dauert bei Dunkelheit bis zu etwa 30 Minuten.
Augentropfen beim Augenarzt
AFB II–IIIDamit die Augenärztin die Netzhaut gut untersuchen kann, tropft sie Frau Berger Augentropfen in beide Augen. Die Tropfen lähmen den Ringmuskel für einige Stunden. Nach 20 Minuten sind beide Pupillen sehr weit, etwa 8 mm. Auf dem Heimweg fühlt sich Frau Berger auf der sonnigen Straße stark geblendet. Die Ärztin hat ihr geraten, an diesem Tag nicht selbst Auto zu fahren.
- Erläutere, warum die Pupillen nach dem Tropfen so weit werden.
- Interpretiere die Blendung auf der sonnigen Straße.
- Vergleiche die Pupillenreaktion mit der Anpassung der Netzhaut beim Wechsel von hell nach dunkel.
- Nimm Stellung zu Frau Bergers Idee: „Mit meiner Sonnenbrille kann ich trotzdem sofort nach Hause fahren.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Ring- und Radiärmuskel sind Gegenspieler. Ist der Ringmuskel gelähmt, kann er die Pupille nicht mehr verengen. Der Radiärmuskel zieht ungehindert weiter und macht die Pupille weit. Das erleichtert der Ärztin den Blick durch die Pupille auf die Netzhaut.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Normalerweise würde die Pupille bei grellem Sonnenlicht durch den Ringmuskel eng werden. Das geht jetzt nicht, die Pupille bleibt bei etwa 8 mm. Dadurch fällt ein Vielfaches der üblichen Lichtmenge auf die Netzhaut, die Sinneszellen werden zu stark erregt — Frau Berger fühlt sich geblendet.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Beide passen das Auge an die Helligkeit an (Adaptation). Die Pupille verändert die Lichtmenge, die ins Auge fällt, und reagiert in etwa einer Sekunde. Die Netzhaut verändert ihre Empfindlichkeit; das geht langsam und dauert bei der vollen Dunkelanpassung etwa 30 Minuten.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Sonnenbrille verringert zwar die Lichtmenge und damit die Blendung auf sonniger Strecke. Die Pupille kann sich aber weiterhin nicht anpassen: Bei Fahrten aus einem Tunnel, bei Gegenlicht oder Scheinwerfern wird Frau Berger trotzdem geblendet, und im Schatten sieht sie mit Brille schlecht. Da schon kurze Blendung im Verkehr gefährlich ist, sollte sie der Ärztin folgen und nicht selbst fahren.