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Aufgabe

Bildeigenschaften bei Abbildungen mit Sammellinsen (Theorie)

Schwierigkeitsgrad: schwere Aufgabe

Weise mit Hilfe der Abbildungsgleichung und der Linsengleichung die folgenden Bildeigenschaften bei Abbildungen mit Sammellinsen nach.

a)

Für den Fall \(g>2\,f\): Das Bild ist reel, steht auf dem Kopf, \(B < G\) und \(b < g\).

Tipp: Wähle z.B. \(g=3\,f\).

b)

Für den Fall \(g=2\,f\): Das Bild ist reel, steht auf dem Kopf, \(B = G\) und \(b = g\).

c)

Für den Fall \(2\,f > g > f\): Das Bild ist reel, steht auf dem Kopf, \(B > G\) und \(b > g\).

Tipp: Wähle z.B. \(g= 1{,}5\,f\).

d)

Für den Fall \(g=f\): Es entsteht kein Bild.

e)

Für den Fall \(f > g\): Das Bild ist virtuell, steht aufrecht, \(|B| > G\) und \(|b| > g\).

Tipp: Wähle z.B. \(g= 0{,}5\,f\).

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Vorüberlegungen

Aus der Linsengleichung ergibt sich\[\frac{1}{f}=\frac{1}{b}+\frac{1}{g} \Leftrightarrow b=\frac{f \cdot g}{g-f} \quad(1)\]Aus der Abbildungsgleichung für Linsen ergibt sich\[\frac{B}{G} = \frac{b}{g} \Leftrightarrow B=\frac{b \cdot G}{g}\quad(2)\]

a)

Wir wählen wie im Tipp \(g=3\,f\). Damit ergibt sich aus \((1)\)\[b = \frac{{f \cdot 3\,f}}{{3\,f - f}} = \frac{{3\,{f^2}}}{{2 \,f}} = \frac{3}{2}\,f < g\]und damit aus \((2)\)\[B = \frac{{\frac{3}{2}\,f \cdot G}}{{3\,f}} = \frac{1}{2}\,G < G\]Da \(b>0\) ist das Bild reell, da \(B>0\) steht das Bild auf dem Kopf.

b)

Mit \(g=2\,f\) ergibt sich aus \((1)\)\[b = \frac{{f \cdot 2\,f}}{{2\,f - f}} = \frac{{2\,{f^2}}}{{f}} = 2\,f = g\]und damit aus \((2)\)\[B = \frac{{2\,f \cdot G}}{{2\,f}} = G\]Da \(b>0\) ist das Bild reell, da \(B>0\) steht das Bild auf dem Kopf.

c)

Wir wählen wie im Tipp \(g=1{,}5\,f\). Damit ergibt sich aus \((1)\)\[b = \frac{{f \cdot 1{,}5\,f}}{{1{,}5\,f - f}} = \frac{{1{,}5\,{f^2}}}{{0{,}5 \,f}} = 3\,f > g\]und damit aus \((2)\)\[B = \frac{{3\,f \cdot G}}{{1{,}5\,f}} = 2\,G > G\]Da \(b>0\) ist das Bild reell, da \(B>0\) steht das Bild auf dem Kopf.

d)

Mit \(g=f\) ergibt sich aus \((1)\)\[b = \frac{{f \cdot f}}{{f - f}} = \frac{{{f^2}}}{{0}}\]Da nicht durch Null geteilt werden kann entsteht kein Bild.

e)

Wir wählen wie im Tipp \(g=0{,}5\,f\). Damit ergibt sich aus \((1)\)\[b = \frac{{f \cdot 0{,}5\,f}}{{0{,}5\,f - f}} = \frac{{0{,}5\,{f^2}}}{{-0{,}5 \,f}} = -f \quad;\quad |b|=f>g\]und damit aus \((2)\)\[B = \frac{{-f \cdot G}}{{0{,}5\,f}} = -2\,G \quad;\quad |B|=2\,G>G\]Da \(b<0\) ist das Bild virtuell, da \(B<0\) steht das Bild aufrecht.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Optik

Optische Linsen