Optische Linsen

Versuch: Brennweite und Brechkraft einer Lupe oder Brille

Aufbau

Die Sonne scheint und das Sonnenlicht fällt auf eine Wand oder den Boden oder am besten auf ein Stück weißes Papier. In das Sonnenlicht hält man nun eine Lupe oder eine Brille für Menschen mit Weitsichtigkeit.

Wenn die Sonne nicht scheint, kann man auch eine helle Lampe in einem ansonsten dunklen Raum nehmen. Die Lampe sollte von der Brille oder Lupe einen möglichst großen Abstand haben, mindestens 3 Meter.

Beobachtung

Die Linse erzeugt einen hellen Fleck auf der Wand oder dem Papier. Je nachdem wie groß der Abstand zwischen Linse und Papier ist, sieht der Fleck anders aus:

• Bei einer bestimmten Entfernung kann man ein kleines Bild der Sonne / der Lampe sehen.
• Ist die Entfernung zu groß oder zu klein, "verschwimmt" das Bild immer mehr.

Folgerung

Der "passende" Abstand zwischen Linse und Papier wird Brennweite genannt. Je stärker die Linse gewölbt ist, desto größer ist die Brechkraft der Linse und desto kleiner die Brennweite. Die Brennweite gibt man in Metern (oder Centimetern) an. Die Brechkraft ist der Kehrwert der Brennweite, sie wird in Dioptrie angegeben.

Brennweite	Brechkraft
\(1\,\rm m\)	\(1\,\rm dpt\)
\(0{,}5\,\rm m= \tfrac{1}{2}\,\rm m\)	\(\tfrac{1}{0{,}5\,\rm m} = 2\,\rm dpt\)
\(0{,}333\,\rm m \approx \tfrac{1}{3}\,\rm m\)	\(\tfrac{1}{0{,}333\,\rm m} \approx 3\,\rm dpt\)
\(0{,}25\,\rm m= \tfrac{1}{4}\,\rm m\)	\(\tfrac{1}{0{,}25\,\rm m} = 4\,\rm dpt\)
\(0{,}67\,\rm m\)	\(\tfrac{1}{0{,}67\,\rm m} \approx 1{,}5\,\rm dpt\)

Animation: Der Strahlengang einer Sammellinse

Einzelstrahl: Die Kerze sendet Licht in alle Richtungen aus.

• Am orangenen Punkt kann man den Strahl bewegen.

Lichtbündel: Nur das Licht durch die Linse wird gezeichnet.

Besondere Strahlen: braucht man, um den Verlauf des Lichtbündels zu zeichnen.

• Mit den unbeschrifteten Schiebereglern kann man die Kerze bewegen.
• Die Brechkraft der Linse wird durch die Brennweite eingestellt.

Der Strahlengang bei Sammellinsen

• 
  Eine Sammellinse bündelt parallel zur optischen Achse einfallendes Licht im Brennpunkt.
  Der Abstand zwischen Mitte der Linse und Brennpunkt heißt Brennweite.
• 
  Vom Brennpunkt ausgehende Lichtstrahlen werden parallel zur optischen Achse gebrochen.
• 
  Der Mittelpunktstrahl wird durch die Linse nicht verändert.
  Der zur optischen Achse parallele Strahl wird zum Brennpunktstrahl.
  Der Brennpunktstrahl wird zum achsenparallelen Strahl.
• 
  Ist die Lichtquelle weniger als die Brennweite entfernt, bleibt das Lichtbündel divergent.
  Das Licht scheint von einem weiter entfernten Punkt zu kommen.