Zwei Aufgaben zu Linsen: die Brennweite einer Lupe bestimmen und vier unbeschriftete Gläser richtig einordnen.
Herr Wolf hält im Schulhof eine Lupe in die Sonne und fängt das Licht auf einem Blatt Papier auf. Er verschiebt die Lupe so lange, bis auf dem Papier ein winziger, sehr heller Punkt entsteht. Dann misst er den Abstand zwischen Lupe und Papier: 12 cm. Kurz darauf beginnt das Papier zu qualmen.
Anschließend probiert er eine zweite, dickere Lupe aus. Der hellste Punkt liegt jetzt schon bei 6 cm Abstand.
Die Sammellinse bündelt parallel einfallendes Licht im Brennpunkt; die Zerstreuungslinse lässt es auseinanderlaufen.
Der Abstand heißt Brennweite f. Sie ist der Abstand zwischen der Linsenmitte und dem Brennpunkt, in dem parallel einfallendes Licht gebündelt wird.
Erste Lupe: f = 12 cm. Zweite Lupe: f = 6 cm.
Im Brennpunkt trifft das gesamte Licht, das vorher auf die ganze Lupenfläche verteilt war, auf einen winzigen Fleck. Die Energie des Sonnenlichts wird dadurch auf einer sehr kleinen Fläche zusammengedrängt, und das Papier erwärmt sich dort in Sekunden so stark, dass es qualmt und Feuer fangen kann.
Vorsicht: Niemals mit einer Lupe in die Sonne schauen — das Licht würde ebenso auf der Netzhaut gebündelt und sie sofort dauerhaft schädigen.
Die zweite, dickere Lupe hat mit 6 cm die kleinere Brennweite.
Regel: Je stärker eine Sammellinse gewölbt (also je dicker sie in der Mitte) ist, desto stärker knickt sie die Strahlen und desto kürzer ist ihre Brennweite. Eine flache Linse hat eine große Brennweite.
In der Physiksammlung liegen vier durchsichtige Gläser ohne Beschriftung. Die Klasse legt jedes auf eine Buchseite und notiert, was passiert (Material M1).
Lina soll aus diesen Gläsern ein einfaches Fernrohr bauen. Dafür braucht sie ein Glas, das ein Bild auf einem Schirm entstehen lassen kann.
| Glas | Form | Beobachtung beim Durchschauen |
|---|---|---|
| A | in der Mitte dicker als am Rand | Schrift erscheint größer |
| B | in der Mitte dünner als am Rand | Schrift erscheint kleiner |
| C | in der Mitte deutlich dicker | Schrift erscheint stark vergrößert |
| D | überall gleich dick | Schrift bleibt gleich groß |
Vier Glasplatten, die auf einem Blatt Text lagen.
A und C: Sammellinsen (in der Mitte dicker, wirken vergrößernd; C ist stärker gewölbt und hat daher die kleinere Brennweite).
B: Zerstreuungslinse (in der Mitte dünner, verkleinert).
D: Planplatte — keine Linse, sie verändert das Bild nicht.
Lina sollte ein Sammelglas nehmen, also A oder C. Nur eine Sammellinse vereinigt die Strahlen eines Gegenstandspunkts wieder in einem Bildpunkt; dadurch entsteht ein reelles Bild, das man auf einem Schirm auffangen kann.
Für das Objektiv eines Fernrohrs nimmt man die Linse mit der großen Brennweite, also A. Eine Zerstreuungslinse allein liefert kein auffangbares Bild.
Die Aussage ist so nicht haltbar. Zerstreuungslinsen werden überall dort gebraucht, wo Strahlen aufgefächert werden sollen:
• in Brillen für Kurzsichtige — sie sorgen dafür, dass das Bild nicht schon vor der Netzhaut entsteht;
• im Türspion, damit man einen sehr großen Winkelbereich des Flurs überblickt;
• in Kameraobjektiven, wo sie mit Sammellinsen kombiniert werden, um Bildfehler auszugleichen.
Richtig an Sarahs Aussage ist nur: Allein kann eine Zerstreuungslinse kein Bild auf einem Schirm erzeugen.