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Versuchsdurchführung
a) Lupe
Eine Sammellinse mit kurzer Brennweite wird so nah vor einem Gegenstand platziert, dass die Gegenstandsweite kleiner als die Brennweite der Linse ist. Das virtuelle Aufrechte Bild wird durch eine Videokamera in ca. einem Meter Abstand gezeigt.
Die Linse wirkt also als Lupe.
Vergrößerung: \(V=\frac{\epsilon}{\epsilon _0}=\frac{G/s}{G/s_0}=\frac{s_0}{f}=\frac{tan(\epsilon)}{tan(\epsilon _0)}\)
\(\epsilon\) : Sehwinkel mit Instrument
\(\epsilon _0\) : Sehwinkel ohne Instrument
\(s_0\) : Deutliche Sehweite (25cm)
b) Fotoapparat/Tiefenschärfe
Mit der Blende des Fotoapparates kann die Tiefenschärfe kontrolliert werden:
1.
- Bild auf Mattscheibe durch Verschieben der Linse absichtlich unscharf einstellen (bei weit geöffneter Blende)
- Durch Verkleinerung der Blendenöffnung erhöht sich die Schärfe auf Kosten der Lichtstärke
2.
- Zwei hintereinander stehende Objekte werden bei geöffneter Blende abgebildet
- Durch verschieben der Linse kann allerdings nur eines der beiden Objekte scharf abgebildet werden
- Durch Verkleinerung der Blendenöffnung können beide Objekte scharf abgebildet werden
c) Astronomisches Fernrohr
1. Aufbau auf einer optischen Bank
Der Strahlverlauf in einem astronomischen Fernrohr wird mithilfe mehrerer paralleler LASER-Strahlen demonstriert. Dabei werden die optischen Bauteile auf einer optischen Bank montiert und die einzelnen Strahlen dadurch sichtbar gemacht, dass die Strahlen streifend an Papierbögen entlang der optischen Achse verlaufen.
Kepler Fernrohr
Galilei/Holländisches Fernrohr
2. Aufbau an der optischen Wand
Damit die von der Lampe in relativ großem Abstand kommenden Parallelstrahlen kein ebenso großes Objekt suggerieren, wird der Versuch mit nur zwei Strahlen durchgeführt.
Die optische Achse wird hierbei während des Versuchs durch einen mittleren Strahl markiert.
Ein zweiter Strahl wird parallel zur optischen Achse eingeblendet, um den Brennpunkt des Objektivs zu zeigen. Dieser fällt beim Fernrohr mit der Brennweite des Okulars zusammen, welche kurz ist.
Die Brennweite des Objektivs wird nun mit einem Magnetstreifen markiert.
Jetzt wird der zweite Strahl nichtmehr parallel sondern unter einem kleinen Winkel zur optischen Achse eingestrahlt, als ob er von einem fernen Objekt (Stern) käme.
Der aus dem Okular austretende Strahl wird dabei unter einem großen Winkel zur optischen Achse weggebrochen.
Vergrößerung: \(V= \frac{\epsilon _2}{\epsilon _1}=\frac{f_1}{f_2}\)
d) Mikroskop
Die Funktionsweise eines Mikroskops wird durch einen Aufbau auf der optischen Bank gezeigt. Dabei wird ein beleuchteter Buchstabe mit einer Millimeter-Skala auf einen Schirm (Netzhaut) vergrößert abgebildet.
Zusätzlich kann der Versuch mit einer Feldlinse vorgeführt werden:
\(V_{obj.}= \frac{B}{G}=\frac{b}{g}=\frac{t}{f_{obj.}}\sim 100\)
\(V_{ges}= V_{obj.}\cdot V_{okk.}=\frac{t\cdot s_0}{f_{obj.}\cdot f_{okk.}}\)
t: Tubuslänge
\(s_0\) : Deutliche Sehweite (25cm)