MINT lernen

Textaufgaben: Auge und Fotoapparat

Zwei Aufgaben zum Vergleich von Auge und Kamera: eine Bauteil-Tabelle vervollständigen und drei misslungene Fotos erklären.

1

Die halbleere Tabelle

AFB II

Auf dem Arbeitsblatt von Herrn Wolf sollen Auge und Fotoapparat verglichen werden — die rechte Hälfte der Tabelle hat er absichtlich frei gelassen (Material M1).

Zur Auswahl stehen: Objektiv, Blende, Bildsensor (früher: Film), Verschluss, mattschwarze Innenwand des Gehäuses.

M1Bauteile im Vergleich
AugeFotoapparatAufgabe
Augenlinse??
Pupille (Loch in der Iris)??
Netzhaut??
Augenlid??
schwarze Innenseite des Augapfels??

Die rechte Hälfte der Tabelle ist noch leer.

  1. Übertrage die Tabelle in deinem Heft und ordne die passenden Bauteile des Fotoapparats sowie jeweils die gemeinsame Aufgabe.
  2. Erkläre, warum das Innere des Auges und das Innere einer Kamera mattschwarz sind.
  3. Das Bild auf der Netzhaut steht auf dem Kopf — trotzdem sehen wir die Welt aufrecht. Erkläre, wie das zusammenpasst.
Tipp zu Aufgabe a)
Frage bei jeder Zeile: Welches Teil der Kamera erledigt genau diesen Job?
Tipp zu Aufgabe b)
Was würde passieren, wenn Licht an der Innenwand hin und her geworfen würde?
Tipp zu Aufgabe c)
Überlege, wo das „Bild" am Ende ausgewertet wird.
Lösung zu Aufgabe a)

Augenlinse → Objektiv: bündelt das Licht und erzeugt ein scharfes Bild.
Pupille → Blende: regelt, wie viel Licht hineinkommt.
Netzhaut → Bildsensor (Film): fängt das Bild auf.
Augenlid → Verschluss: verschließt die Öffnung.
schwarze Innenseite → mattschwarze Gehäusewand: schluckt Streulicht.

Ein Unterschied bleibt: Das Auge stellt scharf, indem der Ringmuskel die Linse verformt; die Kamera verschiebt dagegen das ganze Objektiv.

Lösung zu Aufgabe b)

Trifft Licht auf eine helle Fläche, wird es gestreut und läuft im Inneren kreuz und quer weiter. Ein Teil davon würde die Netzhaut bzw. den Sensor an Stellen treffen, an die es nach dem Strahlengang gar nicht gehört.

Das Bild würde dadurch flau und kontrastarm, so als läge ein heller Schleier darüber. Eine mattschwarze Wand schluckt dieses Streulicht fast vollständig — nur das Licht, das auf dem direkten Weg durch die Linse kommt, erreicht das Bild.

Lösung zu Aufgabe c)

Physikalisch ist das Bild umgekehrt: Die Strahlen kreuzen sich in der Linse, genau wie beim Loch der Lochkamera. Daran ändert sich nichts.

Das Sehen endet aber nicht auf der Netzhaut. Sie meldet die Bildpunkte über den Sehnerv ans Gehirn, und das Gehirn hat von klein auf gelernt, diese Meldungen richtig herum zu deuten. „Oben" und „unten" entstehen also erst im Kopf.

Bei einer Kamera macht das übrigens die Software bzw. der Sucher: Auch dort ist das Bild auf dem Sensor umgedreht.

2

Bens missglückte Fotos

AFB III

Ben fotografiert abends im Zimmer. Drei Bilder sind misslungen:

Foto 1: viel zu dunkel, man erkennt kaum etwas.
Foto 2: hell genug, aber die Katze im Vordergrund ist ein verwischter Streifen.
Foto 3: die Blume direkt vor der Kamera ist unscharf, der Schrank im Hintergrund dagegen scharf.

Ben stellt außerdem fest: Wenn er aus dem dunklen Zimmer ins helle Bad geht, sieht er einen Moment lang fast nichts, nach ein paar Sekunden aber wieder normal.

  1. Gib für jedes der drei Fotos an, welches Bauteil der Kamera falsch eingestellt war.
  2. Beschreibe, was in Bens Auge beim Wechsel vom dunklen ins helle Zimmer geschieht, und vergleiche dies mit der Kameraeinstellung aus Foto 1.
  3. Ben will das Problem von Foto 3 lösen, ohne die Blume oder die Kamera zu bewegen. Entscheide, was er tun muss, und erkläre, warum das beim Auge automatisch geschieht.
Tipp zu Aufgabe a)
Denke an die drei Stellschrauben: wie viel Licht, wie lange, und worauf scharfgestellt.
Tipp zu Aufgabe b)
Beobachte einmal im Spiegel, was mit deiner Pupille passiert, wenn du das Licht einschaltest.
Tipp zu Aufgabe c)
Zum Scharfstellen muss sich der Abstand Linse–Sensor oder die Form der Linse ändern.
Lösung zu Aufgabe a)

Foto 1: Die Blende war zu weit geschlossen (oder die Belichtungszeit zu kurz) — es kam zu wenig Licht auf den Sensor.

Foto 2: Die Belichtungszeit war zu lang. Der Verschluss blieb so lange offen, dass sich die Katze währenddessen über mehrere Bildstellen bewegt hat.

Foto 3: Die Scharfstellung (Entfernungseinstellung des Objektivs) stand auf „weit weg" statt auf „nah".

Lösung zu Aufgabe b)

Im hellen Bad kommt zunächst viel zu viel Licht ins Auge — Ben ist geblendet. Sofort verkleinert die Iris die Pupille, sodass weniger Licht einfällt; umgekehrt öffnet sie sich im Dunkeln weit.

Die Pupille tut also genau das, was die Blende in der Kamera tut. Bei Foto 1 war diese Blende zu klein für das dunkle Zimmer — Ben hätte sie weiter öffnen müssen, so wie sich sein Auge im Dunkeln weit öffnet. Der Unterschied: Das Auge regelt selbstständig, bei der Kamera muss man einstellen (oder die Automatik machen lassen).

Lösung zu Aufgabe c)

Ben muss die Entfernung neu einstellen: Das Objektiv wird ein Stück nach vorn geschoben, sodass der Abstand zwischen Linse und Sensor größer wird. Je näher der Gegenstand ist, desto größer muss dieser Abstand sein, damit das Bild genau auf dem Sensor entsteht.

Im Auge ist der Abstand zwischen Linse und Netzhaut dagegen fest. Deshalb verändert dort ein Ringmuskel die Form der Linse: Beim Blick in die Nähe wird sie dicker und stärker gewölbt (kleinere Brennweite), beim Blick in die Ferne flacher. Das nennt man Akkommodation, und es passiert ohne dass man darüber nachdenkt.