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Aufgabe

Abbildungsgleichung bei der Lochkamera - Formelumstellung

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Um Aufgaben zur Lochkamera zu lösen musst du häufig die Gleichung \(\frac{B}{G} = \frac{b}{g}\) nach einer Größe, die unbekannt ist, auflösen. Wie du das machen kannst zeigen wir dir in der folgenden Animation.

Um die Gleichung\[\frac{{\color{Red}{{B}}}}{{{G}}} = \frac{{{b}}}{{{g}}}\]nach \({\color{Red}{{B}}}\) aufzulösen, musst du zwei Umformungen durchführen:


Multipliziere beide Seiten der Gleichung mit \({{G}}\). Schreibe das \({{G}}\) auf beiden Seiten der Gleichung direkt als Zähler in die Brüche.\[\frac{{\color{Red}{{B}}} \cdot {{G}}}{{{G}}} = \frac{{{b}} \cdot {{G}}}{{{g}}}\]
Kürze den Bruch auf der linken Seite der Gleichung durch \({{G}}\).\[{\color{Red}{{B}}} = \frac{{{b}} \cdot {{G}}}{{{g}}}\]Die Gleichung ist nach \({\color{Red}{{B}}}\) aufgelöst.
Um die Gleichung\[\frac{{{B}}}{{\color{Red}{{G}}}} = \frac{{{b}}}{{{g}}}\]nach \({\color{Red}{{G}}}\) aufzulösen, musst du drei Umformungen durchführen:


Bilde auf beiden Seiten der Gleichung den Kehrwert der Brüche.\[\frac{{\color{Red}{{G}}}}{{{B}}} = \frac{{{g}}}{{{b}}}\]
Multipliziere beide Seiten der Gleichung mit \({{B}}\). Schreibe das \({{B}}\) auf beiden Seiten der Gleichung direkt als Zähler in die Brüche.\[\frac{{\color{Red}{{G}}} \cdot {{B}}}{{{B}}} = \frac{{{g}} \cdot {{B}}}{{{b}}}\]
Kürze den Bruch auf der linken Seite der Gleichung durch \({{B}}\).\[{\color{Red}{{G}}} = \frac{{{g}} \cdot {{B}}}{{{b}}}\]Die Gleichung ist nach \({\color{Red}{{G}}}\) aufgelöst.
Um die Gleichung\[\frac{{{B}}}{{{G}}} = \frac{{\color{Red}{{b}}}}{{{g}}}\]nach \({\color{Red}{{b}}}\) aufzulösen, musst du drei Umformungen durchführen:


Vertausche die beiden Seiten der Gleichung.\[\frac{{\color{Red}{{b}}}}{{{g}}} = \frac{{{B}}}{{{G}}}\]
Multipliziere beide Seiten der Gleichung mit \({{g}}\). Schreibe das \({{g}}\) auf beiden Seiten der Gleichung direkt als Zähler in die Brüche.\[\frac{{\color{Red}{{b}}} \cdot {{g}}}{{{g}}} = \frac{{{B}} \cdot {{g}}}{{{G}}}\]
Kürze den Bruch auf der linken Seite der Gleichung durch \({{g}}\).\[{\color{Red}{{b}}} = \frac{{{B}} \cdot {{g}}}{{{G}}}\]Die Gleichung ist nach \({\color{Red}{{b}}}\) aufgelöst.
Um die Gleichung\[\frac{{{B}}}{{{G}}} = \frac{{{b}}}{{\color{Red}{{g}}}}\]nach \({\color{Red}{{g}}}\) aufzulösen, musst du vier Umformungen durchführen:


Vertausche die beiden Seiten der Gleichung.\[\frac{{{b}}}{{\color{Red}{{g}}}} = \frac{{{B}}}{{{G}}}\]
Bilde auf beiden Seiten der Gleichung den Kehrwert der Brüche.\[\frac{{\color{Red}{{g}}}}{{{b}}} = \frac{{{G}}}{{{B}}}\]
Multipliziere beide Seiten der Gleichung mit \({{b}}\). Schreibe das \({{b}}\) auf beiden Seiten der Gleichung direkt als Zähler in die Brüche.\[\frac{{\color{Red}{{g}}} \cdot {{b}}}{{{b}}} = \frac{{{G}} \cdot {{b}}}{{{B}}}\]
Kürze den Bruch auf der linken Seite der Gleichung durch \({{b}}\).\[{\color{Red}{{g}}} = \frac{{{G}} \cdot {{b}}}{{{B}}}\]Die Gleichung ist nach \({\color{Red}{{g}}}\) aufgelöst.
Abb. 1 Schrittweises Auflösen der Abbildungsgleichung \(\frac{B}{G} = \frac{b}{g}\) nach den vier in der Formel auftretenden Größen
a)

Eine \(5{,}0\,\rm{cm}\) hohe Kerzenflamme wird mit einer Lochkamera abgebildet. Die Kerze steht \(50\,\rm{cm}\) vor der Lochblende, der Schirm \(15{,}0\,\rm{cm}\) dahinter.

Berechne die Größe des Bildes der Kerzenflamme.

b)

Das Bild eines Hauses, das sich in \(40\,\rm{m}\) Entfernung von der Lochblende einer Lochkamera befindet, ist \(4{,}0\,\rm{cm}\) hoch. Der Abstand der Lochblende zum Schirm beträgt \(10\,\rm{cm}\).

Berechne die Höhe des Hauses.

c)

Mit einer Lochkamera soll aus \(15\,\rm{m}\) Entfernung ein Haus aufgenommen werden, das \(12\,\rm{m}\) breit ist. Das Foto des Hauses soll \(8{,}0\,\rm{cm}\) breit sein.

Berechne, in welchem Abstand von der Lochblende man den Film anbringen muss.

d)

In einer Lochkamera beträgt der Abstand zwischen Lochblende und Mattscheibe \(20\,\rm{cm}\). Die Mattscheibe ist ein Quadrat mit der Seitenlänge \(12\,\rm{cm}\). Ein Mensch der Größe \(1{,}80\,\rm{m}\) soll vollständig auf der Mattscheibe abgebildet werden.

Berechne, wie weit von der Kamera entfernt der Mensch dafür mindestens stehen muss.

Lösung einblendenLösung verstecken Lösung einblendenLösung verstecken
a)

gegeben:

\(G=5{,}0\,\rm{cm}\)

\(b=15{,}0\,\rm{cm}\)

\(g=50\,\rm{cm}\)

gesucht:

\(B\)

Mit der Abbildungsgleichung erhalten wir\[\frac{B}{G} = \frac{b}{g} \Leftrightarrow B=\frac{b \cdot G}{g}\]Einsetzen der gegebenen Werte liefert (mit zwei gültigen Ziffern Genauigkeit)\[B=\frac{15{,}0\,\rm{cm} \cdot 5{,}0\,\rm{cm}}{50\,\rm{cm}}=1{,}5\,\rm{cm}\]

 

b)

gegeben:

\(B=4{,}0\,\rm{cm}=0{,}0040\,\rm{m}\)

\(b=10\,\rm{cm}=0{,}010\,\rm{m}\)

\(g=40\,\rm{m}\)

gesucht:

\(G\)

Mit der Abbildungsgleichung erhalten wir\[\frac{B}{G} = \frac{b}{g} \Leftrightarrow G=\frac{g \cdot B}{b}\]Einsetzen der gegebenen Werte liefert (mit zwei gültigen Ziffern Genauigkeit)\[G=\frac{40\,\rm{m} \cdot 0{,}0040\,\rm{m}}{0{,}010\,\rm{m}}=16\,\rm{m}\]

c)

gegeben:

\(B=8{,}0\,\rm{cm}=0{,}080\,\rm{m}\)

\(G=12\,\rm{m}\)

\(g=15\,\rm{m}\)

gesucht:

\(b\)

Mit der Abbildungsgleichung erhalten wir\[\frac{B}{G} = \frac{b}{g} \Leftrightarrow b=\frac{B \cdot g}{G}\]Einsetzen der gegebenen Werte liefert (mit zwei gültigen Ziffern Genauigkeit)\[b=\frac{0{,}080\,\rm{m} \cdot 15\,\rm{m}}{12\,\rm{m}}=0{,}10\,\rm{m}=10\,\rm{cm}\]

d)

gegeben:

\(B=12\,\rm{cm}=0{,}12\,\rm{m}\)

\(G=1{,}80\,\rm{m}\)

\(b=20\,\rm{cm}=0{,}20\,\rm{m}\)

gesucht:

\(g\)

Mit der Abbildungsgleichung erhalten wir\[\frac{B}{G} = \frac{b}{g} \Leftrightarrow g=\frac{G \cdot b}{B}\]Einsetzen der gegebenen Werte liefert (mit zwei gültigen Ziffern Genauigkeit)\[g=\frac{1{,}80\,\rm{m} \cdot 0{,}20\,\rm{m}}{0{,}12\,\rm{m}}=3{,}0\,\rm{m}\]

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