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Versuche

Linsen - Heimversuche

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Mit Millimeterpapier und einem Maßstab lässt sich die Dioptrie einer Brille ausmessen.
Für die folgenden Versuche besorgt ihr euch am besten eine Leselupe und einige ausrangierte Brillen. Die folgenden Versuche könnt ihr mit einfachen Mitteln entweder als Schülerübung im Unterricht oder als Heimversuche durchführen.

Magisches Wasserglas - Pfeile wechseln ihre Richtung

Abb. 1 Benötigtes Material

Benötigtes Material

  • rundes, durchsichtiges Wasserglas oder Teekanne
  • Zettel mit zwei aufgemalten Pfeilen
  • Wasser

Durchführung

Klebe den Zettel mit den Pfeilen an eine Wand und stelle das leere Glas mit einigen Zentimeter Abstand davor. Wenn du gerade durch das Glas schaust, solltest du die Pfeile sehen können. Fülle nun das Glas mit Wasser. Schiebe dann das gefüllte Glas auf die Pfeile zu bzw. von den Pfeilen weg.

Durchführung im Video

Arbeitsaufträge

  • Untersuche, wie der Abstand zwischen Glas und Pfeilen das Aussehen der Pfeile beeinflusst.
  • Untersuche, wie sich der Durchmesser des Wasserglases auf den nötigen Abstand zwischen Pfeilen und Glas auswirkt, wenn die Pfeile mit und ohne Wasser im Glas etwa gleich lang erscheinen sollen.

Untersuchungen an Sammellinsen

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Eine Sammellinse wird in unterschiedlichen Entfernungen vor einer Wand aufgestellt.
Benötigtes Gerät

  • Eine oder besser mehrere Sammellinsen (z.B. Plastiklupen aus dem Baumarkt)
  • Tageslichtprojektor
  • Projektionswand mit Millimetereinteilung
  • Maßstab

Arbeitsaufträge

  • Stelle die Linse vor die Projektionswand (parallel zu dieser) ins Licht des Tageslichtprojektors und verändere den Abstand zur Wand.
  • Bestimme die Brennweite der Linse, indem du den Abstand zur Wand so einstellst, dass auf der Projektionswand nahezu ein Lichtpunkt entsteht.
  • Verändere den Abstand zur Wand und miss jeweils den Durchmesser des beleuchteten Lichtflecks und den Durchmesser des Schattenflecks.
  • Trage in einer Tabelle den Abstand zur Wand und die Größe des beleuchteten Lichtflecks (besser das Verhältnis von Durchmesser des Lichtflecks zum Durchmesser des Schattens) auf.
  • Fasse deine Beobachtungen mit ein paar kurzen Sätzen zusammen.
  • Wiederhole die Arbeitsaufträge mit einer zweiten Linse anderer Brennweite.

Linsengesetz mit der Kerze

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Mit der Linse lässt sich ein Bild der Kerze auf einer Wand erzeugen.
Benötigtes Gerät

  • Sammellinse (z.B. eine Plastiklupe aus dem Baumarkt)
  • Kerze
  • Weiße Wand
  • Meterstab

Arbeitsaufträge

  • Stelle die Linse in einem Abstand b, der größer ist als die Brennweite der Linse, vor eine Wand.
  • Verschiebe die Kerze vor der Linse so lange, bis ihr Bild an der Wand scharf ist, und miss dann den Abstand g der Kerze von der Linse.
  • Stelle eine Tabelle der zugehörigen b- und g-Werte auf.
  • Untersuche, bei welchem Wert von b der Abstand g genau so groß wie der Abstand b ist.
  • Untersuche, was man über die Bildgröße B und die Gegenstandsgröße G aussagen kann.
  • Betrachte auch die Bilder direkt in der Linse und untersuche, wie sie zustande kommen.
  • Formuliere deine Ergebnisse mit wenigen kurzen Sätzen.

Bestimmung der Dioptrie einer Brille

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Mit Millimeterpapier und einem Maßstab lässt sich die Dioptrie einer Brille ausmessen.
Benötigtes Gerät

  • Verschiedene Brillen
  • Tageslichtprojektor zur Erzeugung parallelen Lichts
  • Projektionswand mit Millimetereinteilung
  • Maßstab

Arbeitsaufträge

  • Stelle die Linse vor die Projektionswand (parallel zu dieser) ins Licht des Tageslichtprojektors, z.B. auf den Maßstab.
  • Miss den Abstand zur Wand sowie Schattenhöhe und Höhe des Lichtflecks.
  • Bestimme aus diesen Daten die Brennweite der Linse. Diese findet man am besten, wenn die Schattenhöhe und der Lichtfleck sich wie 2:1 verhalten. Wenn du alleine auf keine Lösung kommst, so kannst du dir einen Tipp zur Auswertung einblenden lassen.
  • Unter der Dioptrie versteht man den Kehrwert der Maßzahl der Brennweite in Meter.
  • Bestimme mit dieser Methode die Dioptrie verschiedener Brillen.
  • Bei einer Zerstreuungslinse ist der Lichtfleck größer als der Schatten, und die (negative) Brennweite erhält man am leichtesten, wenn die Schattenhöhe und der Lichtfleck sich wie 1:2 verhalten.
  • Für ganz Interessierte: Informiere dich, was man in der Augenoptik unter einem Zylinder versteht und wie man ihn erkennt.
  • Fasse deine Beobachtungen mit ein paar kurzen Sätzen zusammen.

Tipp zur Lösung der Aufgabenstellung

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Abb. 2 Die gesuchte Brennweite ist also bei dieser Anordnung genau das Doppelte des Abstandes der Brille zur Wand.
Mit Hilfe des Strahlensatzes erhält man

\[\frac{{3,0{\rm{cm}}}}{{1,5{\rm{cm}}}} = \frac{f}{{f - d}} \Leftrightarrow 2 = \frac{f}{{f - d}} \Leftrightarrow 2 \cdot f - 2 \cdot d = f \Leftrightarrow f = 2 \cdot d\]

Untersuchung auf Kurz- oder Weitsichtigkeit

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Abb. 1 Das linke Bild kommt mit einer Brille für Weitsichtigkeit zustande, das rechte Bild mit einer Brille für Kurzsichtigkeit.
Benötigtes Gerät

  • Verschiedene Brillen
  • einen gedruckten Text (Buch, Zeitschrift)

Arbeitsaufträge

  • Betrachte einen Text durch verschiedene Brillen.
  • Untersuche, wie sich die Schriftgröße bei der Durchsicht ändert.
  • Taste die Dicke der Gläser am Rand und in der Mitte ab.
  • Frage die Brillenträger, ob sie kurz- oder weitsichtig sind.
  • Fasse deine Beobachtungen mit wenigen Sätzen zusammen.

Messung der Vergrößerung einer Lupe

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Abb. 1 Wie stark vergrößert eine Lupe?
Benötigtes Gerät

  • Sammellinsen, z.B. Plastiklupen aus dem Baumarkt
  • Maßstab, z.B. einen Zollstock

Arbeitsaufträge

  • Betrachte einen Maßstab durch eine Lupe und bestimme die Vergrößerung. Hinweis: Sieht man durch die Lupe 4cm auf einem Bereich, auf dem man ohne Lupe 7cm sieht, so ist die Vergrößerung 7/4.
  • Untersuche, wie die Vergrößerung vom Abstand Lupe-Maßstab abhängt.
  • Verwende verschiedene Lupen.
  • Fasse deine Beobachtungen mit wenigen Sätzen zusammen.

Trinkgläser

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Abb. 1 Trinkgläser, die mit Wasser gefüllt sind, verhalten sich wie eine optische Linse.
Benötigtes Gerät

  • Verschiedene Trinkgläser
  • Sonnenlicht oder Tageslichtprojektor.
  • Blatt Papier oder Karton

Arbeitsaufträge

  • Fülle verschiedene Trinkgläser mit Wasser und halte sie in die Sonne oder das parallele Licht eines Tageslichtprojektors.
  • Halte hinter das Glas in entsprechender Schräge einen Buchrücken oder ein Papier und beobachte die Lichtbündelung.
  • Fasse die Beobachtungen mit ein paar kurzen Sätzen zusammen oder mache geeignete Aufnahmen mit einer Digitalkamera.

Wasserflasche

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Abb. 1 Eine wassergefüllte Plastikflasche bündelt das Licht.
Benötigtes Gerät

  • Durchsichtige Flasche mit Wasser.
  • Sonne oder Tageslichtprojektor.
  • Papier


Arbeitsaufträge

  • Stelle die Wasserflasche ins Sonnenlicht oder in das Parallele Licht des Tageslichtprojektors und betrachte mit Hilfe eines Papiers, wie sich das Licht hinter der Flasche verhält
  • Fasse Deine Beobachtungen in einer Skizze und einem Satz zusammen.

Doppellupe

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Abb. 1 Vergrößerungslinse (Lupe) mit eingelassenem, zweiten Vergrößerungsbereich
Benötigtes Gerät

  • Leselupe mit eingebauter zweiter, stärker gekrümmter Linse
  • Tageslichtprojektor.
  • Projektionswand mit Millimetereinteilung
  • Maßstab

Arbeitsaufträge

  • Stelle die Leselupe vor die Projektionswand (parallel zu dieser) ins Licht des Tageslichtprojektors und verändere den Abstand zur Wand.
  • Bestimme die beiden Brennweiten der beiden Linsen.
  • Notiere in einer Tabelle den Abstand zur Wand und die Größe des beleuchteten Lichtflecks (besser das Verhältnis von Durchmesser des Lichtflecks zum Durchmesser des Schattens).
  • Fasse deine Beobachtungen mit ein paar kurzen Sätzen zusammen.

 

Wassertropfenlupe

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Abb. 1 Ein Wassertropfen auf einer Schnellhefterlasche wirkt wie eine Lupe
Benötigtes Gerät

  • Lasche eines Schnellhefters
  • Glas Wasser

Arbeitsaufträge

  • Nimm ein Glas Wasser und tauche die Lasche eines Schnellhefters hinein, so dass im Loch ein Wassertropfen bleibt.
  • Lege die Lasche auf ein sehr dickes Buch oder an den Tischrand, so dass der Teil mit dem Tropfen übersteht und ruhig ist. (Beim Halten mit der Hand wackelt der Tropfen und gibt als Lupe kein klares Bild)
  • Bringe unter den Tropfen einen Text mit kleiner Schrift und versuche, ihn durch die Wassertropfenlupe zu lesen.
  • Fasse deine Beobachtungen kurz zusammen.