Besonderheiten vom Auge
Wir haben im letzten Kapitel gelernt, wie eine Augenlinse funktioniert. Dafür haben wir einige Experimente gemacht und diejenigen von euch, die eine Brille tragen, haben die Experimente mit der Brille durchgeführt. Heute schauen wir uns an, was eine Brille in eurem Auge bewirkt.
Weitsichtige Menschen können in der Ferne besser sehen als im Nahbereich. Anders ist es bei kurzsichtigen Menschen. Diese können Gegenstände, die weiter entfernt sind nicht scharf erkennen. So können sie eine Person, die in 5 m Entfernung steht nicht scharf sehen, aber ein Buch ohne Brille gut lesen. Wir wollen uns die Unterschiede des Auges mithilfe einer Simulation anschauen.
Experiment 1: Kurz- und Weitsichtigkeit
Öffne den Link und setze ein Häkchen für „angeborene Sehschwäche“. Diese Einstellung zeigt einen roten Punkt (den Brennpunkt) und trifft an dieser Stelle auf die Netzhaut. Nun kannst du den Schieberegler nach links (für ein Augenmodell einer kurzsichtigen Person) und nach rechts (für ein Augenmodell einer weitsichtigen Person) verschieben.
Beobachte, wo der Brennpunkt (roter Punkt) bei kurzsichtigen und weitsichtigen Personen liegt. Ergänze folgende Sätze:
- Bei einem kurzsichtigen Auge verschiebt sich der Brennpunkt … die Netzhaut.
- Bei einem weitsichtigen Auge verschiebt sich der Brennpunkt … die Netzhaut.
Beobachtung: hier klicken...
- Bei einem kurzsichtigen Auge verschiebt sich der Brennpunkt vor die Netzhaut.
- Bei einem weitsichtigen Auge verschiebt sich der Brennpunkt hinter der Netzhaut.
Fassen wir unsere Beobachtungen zusammen:
Ein scharfes Bild entsteht dann, wenn jeder Punkt des Gegenstandes genau auf einen Bildpunkt abgebildet wird. Also dann, wenn der Brennpunkt der eintreffenden Lichtstrahlen genau auf die Netzhaut des Auges trifft. Bei einem kurzsichtigen Auge liegt der Brennpunkt vor der Netzhaut und bei einem weitsichtigen Auge dahinter. So können keine scharfen Bilder auf der Netzhaut entstehen, denn ein Gegenstandspunkt wird auf mehrere Bildpunkte abgebildet. Das wollen wir uns nochmal für unsere Kerze ansehen.
Die Abbildung zeigt, dass bei einem kurzsichtigen Auge ein Gegenstandspunkt nicht wie bei einem normalsichtigen Auge (gestrichelte Linie) auf genau einem Punkt auf der Netzhaut abgebildet wird, sondern dass ein ganzer Abbildungsbereich entsteht. Hier würde das scharfe Bild bereits vor der Netzhaut entstehen. Die Augenlinse schafft es nicht sich so weit zu verformen, um das Bild auf der Netzhaut scharf zu stellen. Das heißt, die Linse kann nicht ausreichend gestreckt werden, sodass der Brennpunkt der Lichtstrahlen nicht auf die Netzhaut auftrifft.
Für ein weitsichtiges Auge sieht es ähnlich aus (siehe nachfolgende Abbildung). Das scharfe Bild würde allerdings erst hinter der Netzhaut entstehen. Die Augenlinse schafft es auch hier nicht sich so weit zu verformen, um das Bild auf der Netzhaut scharf zu stellen. Das heißt, die Linse kann nicht ausreichend gewölbt werden, um den Brennpunkt der Lichtstrahlen auf die Netzhaut abzubilden.
Um unsere Umgebung trotzdem scharf zu sehen, nutzen wir Brillen. Doch was bewirkt eine Brille bei einem kurz- und weitsichtigen Auge?
Experiment 2: Brillengläser
Öffne erneut den Link und setze ein Häkchen für „angeborene Sehschwäche“. Nun kannst du wieder den Schieberegler nach links (für ein Augenmodell einer kurzsichtigen Person) und nach rechts (für ein Augenmodell einer weitsichtigen Person) verschieben.
- Stelle ein stark kurzsichtiges Auge ein und variiere die Dioptrien. Dioptrie ist die Einheit zur Brechstärke einer Linse. Das heißt, wie stark die Lichtbündel verformt werden. Welche Linse benötigst du, um den Brennpunkt exakt auf die Netzhaut abzubilden?
- Stelle ein stark weitsichtiges Auge ein und variiere die Dioptrien. Welche Linse benötigst du, um den Brennpunkt exakt auf die Netzhaut abzubilden?
Beobachtung: hier klicken...
- Um ein stark kurzsichtiges Auge zu korrigieren, braucht man eine Zerstreuungslinse.
- Um ein stark weitsichtiges Auge zu korrigieren, braucht man eine Sammellinse.
Wir wollen jetzt verstehen, was eine Sammellinse und eine Zerstreuungslinse bewirkt. Die Vorzeichen der Dioptrien geben dabei Aufschluss, ob es sich um eine Sammel- oder Zerstreuungslinse handelt. Eine Sammellinse kennen wir ja bereits. Daher gucken wir uns zuerst den Sehvorgang für ein weitsichtiges Auge mit einer Sammellinse an.
Experiment 3: Weitsichtiges Auge
Öffne die Simulation . Stelle den Ziliarmuskel (Ringmuskel) auf „entspannt“ ein.
- Wie sieht das rote Auto links aus? Klicke auf „Brille“. Beschreibe, was sich an der Abbildung des roten Autos ändert.
- Führe beide Beobachtungen erneut durch und betrachte hierbei die Lichtbündel und den Brennpunkt. Beschreibe die Wirkung der Sammellinse.
Beobachtung: hier klicken...
- Das rote Auto ist nicht scharf zu sehen. Die Abbildung ist verschwommen. Wenn auf eine „Brille“ geklickt wird, wird die Abbildung wieder scharf erkennbar.
- Im entspannten Zustand kann die Linse des Auges nicht stark genug gewölbt werden und es entsteht ein unscharfes Bild, da der Brennpunkt hinter der Netzhaut liegt. Mithilfe einer Sammellinse werden die Lichtbündel bereits bevor sie ins Auge treffen, gebündelt, um den Brennpunkt nach vorne zu schieben, sodass die Bildpunkte exakt auf der Netzhaut auftreffen.
Wie funktioniert es für bei einem kurzsichtigen Auge mit einer Zerstreuungslinse? Hierfür schauen wir ebenfalls eine Simulation an.
Experiment 4: Kurzsichtiges Auge
Öffne die Simulation . Stelle den Ziliarmuskel (Ringmuskel) auf „entspannt“ ein.
- Wie sieht das rote Auto links aus? Klicke auf „Brille“. Beschreibe, was sich an der Abbildung des roten Autos ändert.
- Führe beide Beobachtungen erneut durch und betrachte hierbei die Lichtbündel und den Brennpunkt. Beschreibe die Wirkung der Zerstreuungslinse.
Beobachtung: hier klicken...
- Das rote Auto ist nicht scharf zu sehen. Die Abbildung ist verschwommen. Wenn auf eine „Brille“ geklickt wird, wird die Abbildung wieder scharf erkennbar.
- Im entspannten Zustand ist die Linse des Auges zu stark gewölbt und es entsteht ein unscharfes Bild, da der Brennpunkt bereits vor der Netzhaut liegt. Mithilfe einer Zerstreuungslinse werden die Lichtbündel „aufgeweitet“, um den Brennpunkt nach hinten zu schieben, sodass die Bildpunkte exakt auf der Netzhaut auftreffen. Die Zerstreuungslinse bewirkt also keine Bündelung wie die Sammellinse, sondern erzeugt, dass die Lichtbündel auseinanderstreben.
Zusammengefasst bewirken die Brillengläser also, dass die Gegenstandspunkte exakt auf die Netzhaut abgebildet werden. Bei kurzsichtigen Augen wird durch die Zerstreuungslinse der Ort des scharfen Bildes weiter nach hinten verschoben und bei weitsichtigen Auge wird durch die Sammellinse der Ort des scharfen Bildes weiter nach vorne verschoben.
Exkurs:
Schaue dir folgendes Video an: Superaugen