Vergrößerungsglas (Lupe)
Im letzten Kapitel hast du gelernt, dass Glaskörper als optische Werkzeuge verwendet werden können. Heute sollst du ein Vergrößerungsglas (nennt man auch Lupe) als ein optisches Werkzeug kennenlernen. Ein Vergrößerungsglas wird häufig als Lesebrille verwendet, wenn man ab etwa 45 Jahren die Buchstaben in dem Buch, das man gerne lesen möchte, nicht mehr scharf sehen kann.
Bevor du verstehen kannst, wie ein Vergrößerungsglas funktioniert, müssen wir uns eine Besonderheit beim Sehen klar machen. Große Gegenstände, die weit weg sind, sehen wir klein. Kleine Gegenstände, die in unserer Nähe sind, sehen für uns groß aus. Das kennst du natürlich schon, aber du sollst trotzdem ein kleines Experiment durchführen, um dir das nochmals klar zu machen.
Experiment 1: Stift und Baum
Nimm einen Stift in die Hand und stelle dich ans Fenster/auf die Terasse/in den Garten,...
Strecke deinen Arm aus und schaue am Stift vorbei auf einen weit entfernten Baum. Vergleiche die Größe von Stift und Baum, so wie du diese siehst.
Wiederhole das Experiment mit Bäumen, die unterschiedlich weit entfernt von dir sind. Was beobachtest du?
Beobachtung: hier klicken...
Wenn ein Baum weit entfernt ist, sieht er kleiner aus, als der Stift, den man in der Hand hält. Je weiter entfernt ein Baum ist, desto kleiner sieht er im Vergleich zum Stift aus, den man in der Hand hält. Je näher ein Baum ist, desto größer sieht er im Vergleich zum Stift aus, den man in der Hand hält.
Der Grund, warum ein Gegenstand immer kleiner aussieht, je weiter er entfernt ist, ist der Sehwinkel, unter welchem zwei Lichtbündel in dein Auge treffen. In der folgenden Abbildung siehst du den Sehwinkel unter welchem ein Baum gesehen wird. Im blauen Punkt links soll das Auge sein.
Der Sehwinkel kann auch für den halben Baum betrachtet werden.
Je weiter entfernt ein Baum von deinem Auge ist, desto kleiner wird der Sehwinkel:
In der folgenden Simulation kannst du diesen Effekt genauer untersuchen. Wenn du ein Tablet verwendest, dann starte die App bitte in einem eigenen Fenster, damit du sie mit den Fingern bedienen kannst: Sehwinkel.
Experiment 2: Sehwinkel
Verändere mit der Maus oder dem Finger die Position des Baums und beobachte die Veränderung des Sehwinkels.
Versuche eine Position des Baums zu finden, in welcher er genauso groß aussieht, wie der Stift in der Hand.
Das Vergrößerungsglas
Wenn man sehr kleine Dinge, z.B. eine Ameise, genauer untersuchen möchte, dann würde es sehr dabei helfen, wenn man die Ameise vergrößert sehen könnte. Und tatsächlich kann man eine Ameise mit Hilfe einer Lupe vergrößert sehen. Wie das funktioniert sollst du jetzt lernen.
Letzte Woche hast du gelernt, dass Gegenstände aus Glas die Richtung eines Lichtbündels ändern können. Wenn man es schafft, dass man einen Glasgegenstand findet, welcher den Sehwinkel, unter dem man eine Ameise sieht, vergrößert, dann hat man das Ziel erreicht: die Ameise sieht größer aus, als sie tatsächlich groß ist.
Welcher Glasgegenstand kann den Sehwinkel vergrößern?
1) Ein Glasquader? Nein, denn der Winkel ändert sich nicht!
2) Ein Glasdreiecksprisma? Nein, der Winkel ändert sich zwar, aber die Lichtbündel rücken zusammen, also wird das Bild kleiner!
3) Ein Vierecksprisma? Nein, der Winkel ändert sich zwar und das Lichtbündel wird breiter, aber das breite Lichtbündel kann nicht mehr durch die kleine Iris-Öffnung ins Auge gelangen.
4) Ein gekrümmter Glaskörper? Ja, das sieht gut aus. Der Winkel ändert sich und die Lichtbündel treffen sich in einem Punkt. Wenn man den gekrümmten Glaskörper (Linse) im richtigen Abstand vor das Auge hält, könnten alle Lichtbündel, deren Winkel sich geändert haben durch die kleine Iris-Öffnung in das Auge fallen.
In der folgenden Simulation kannst du lernen, wie der Trick mit dem Vergrößerungsglas funktioniert. Die Ameise wäre im Vergleich zum Mädchen sehr sehr klein. Für die Simulation wurde die Ameise und das Vergrößerungsglas (die Lupe) stark vergrößert dargestellt. Wenn du ein Tablet verwendest, dann starte die App bitte in einem eigenen Fenster, damit du sie mit den Fingern bedienen kannst: Vergrößerung mit Lupe.
Experiment 3: Vergrößerungsglas (Lupe)
Damit der Sehwinkel, unter welchem die Ameise vom Mädchen gesehen wird, vergrößert wird, benutzt das Mädchen eine Lupe. Klicke auf "Lupe verwenden", damit in die Simulation eine Lupe gesetzt wird.
Du kannst sehen, dass der Winkel zwischen der roten und der grauen Linie größer ist, als der Winkel zwischen der orangenen und der grauen Linie. Die Lupe hat den Sehwinkel, mit dem das Mädchen die Ameise sieht, vergrößert. Dadurch sieht das Mädchen die Ameise größer, als sie in Wirklichkeit groß ist!
Verändere mit der Maus oder dem Finger die Position der Lupe. Was beobachtest du?
Beobachtung: hier klicken...
Wenn die Entfernung zwischen der Lupe und dem Auge nicht genau richtig ist, dann sieht die vergrößerte Ameise unscharf aus. Deswegen muss man eine Lupe in die richtige Entfernung zur Ameise halten, um ein scharfes Bild von der Ameise zu bekommen.
Der Brennpunkt einer Sammellinse
Ein Lupe wird auch Sammellinse genannt, da sich Lichtbündel, die parallel auf die Sammellinse fallen, in einem Punkt treffen. Der Punkt, in dem sich die Lichtbündel treffen, heißt Brennpunkt und die Entfernung des Brennpunkts zur Sammellinse heißt Brennweite.
Genaueres dazu erfährst du in folgendem Video: Optische Linsen.
Hinweis: Im Video wird ein Experiment gezeigt, wie man mit einer Lupe ein Feuer entfachen kann. Dieses Experiment darfst du ohne deine Eltern niemals alleine durchführen!
Mikroskop und Teleskop
Mit Hilfe von Sammellinsen kann man optische Geräte bauen, die Gegenstände stark vergrößern.
Mit einem Mikroskop kann man die mikroskopische Welt entdecken. Im folgenden Video kannst du lernen, was man mit einem Mikroskop in einem Tropfen Wasser aus einer Blumenvase findet:
Was findet man in einem Wassertropfen unter dem Mikroskop?
Mit einem Teleskop kann man bis an den Rand des Universums schauen. Im folgenden Video siehst du einige der schönsten Bilder, die man mit dem Weltraum-Teleskop "Hubble" aufgenommen hat:
Hubble: Die schönsten Bilder aus 22 Jahren