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Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr

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Bio-Team
Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr
lernst du in der Unterstufe 1. Klasse - 2. Klasse

Grundlagen zum Thema Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr

Inhalt

Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr – Biologie

Hast du schon einmal in einem alten Kriminalfilm gesehen, wie Gegenstände mit einer Lupe abgesucht wurden, um zum Beispiel Fingerabdrücke zu finden? Oder hast du mit einem Fernrohr beziehungsweise Teleskop den Sternenhimmel beobachtet? Vielleicht hast du auch schon einmal ein Mikroskop im Biologieunterricht verwendet? All diese Instrumente haben gemeinsam, dass sie Objekte stark vergrößern** können. Du möchtest wissen, wie das funktioniert? Das erfährst du einfach für Kinder und Jugendliche erklärt in diesem Text.

Wie funktioniert eine Lupe?

Einfach erklärt ist die Funktion der Lupe eine Vergrößerung von Objekten. Dazu wird ein speziell geschliffenes Glas benötigt, das dann als Linse bezeichnet wird. Die Linse ist so geschliffen, dass das Glas in der Mitte dicker als am Rand ist. Man spricht auch von konvexen Linsen, was „nach außen gewölbt“ bedeutet. Diese Art der Linse wird auch Sammellinse genannt, da parallel einfallende Lichtstrahlen an einem Punkt gebündelt werden. Dadurch entsteht ein vergrößertes, virtuelles und aufrechtes Bild. Durch eine Lupe können Objekte zehn- bis zwanzigfach vergrößert erscheinen. Lupen finden auch in vielen Berufen Anwendung. Uhrmacher und Feinmechaniker verwenden Lupen beispielsweise bei Reparaturen. Man kann damit aber auch kleine Käfer oder andere Insekten beobachten. Vielleicht probierst du es ja einmal selbst aus?
Und was hat die Lupe mit dem Mikroskop zu tun? Wie unterscheiden sie sich?

Wie funktioniert ein Mikroskop?

Einfach erklärt hat das Mikroskop die Funktion, eine höhere Vergrößerung zu erzeugen als eine Lupe. Auch beim Mikroskop kommen Linsen zum Einsatz. Beim Mikroskop werden zwei Linsen anstelle von nur einer wie bei der Lupen verwendet. Die erste Linse befindet sich im Objektiv direkt über dem Präparat, das du betrachten möchtest. Das Bild wird über Spiegelsysteme zum Okular geleitet, durch das du hindurchschaust. In diesem befindet sich eine zweite Linse zur Vergrößerung. Das Hintereinanderschalten der Linsen führt zu einer weitaus höheren Vergrößerung. Nehmen wir an, dass die Linse im Objektiv das Objekt um das Vierzigfache vergrößert. Die Linse im Okular hat nochmals eine zehnfache Vergrößerung. Um herauszufinden, wie groß die Gesamtvergrößerung deines Objekts ist, wird die Vergrößerung des Objektivs mit der Vergrößerung des Okulars multipliziert. Damit wird das Objekt dann insgesamt um das 400-Fache vergrößert erscheinen.

Damit das Objekt unter dem Mikroskop scharf erscheint, sollte das Präparat so dünn wie möglich sein. Denn durch ein Mikroskop kann man immer nur eine bestimmte Ebene scharf erkennen. Alles, was unterhalb oder oberhalb dieser Ebene liegt, erscheint unscharf und verschwommen. Dazu kann man mit einem Einstellrad den Tisch des Mikroskops, auf dem das Präparat liegt, hoch- und runterfahren. So kann man sich durch das Objekt hindurchbewegen und verschiedene Ebenen nacheinander scharf einstellen. Darüber hinaus wird das Objekt oftmals durch eine Lichtquelle beleuchtet, damit man die vergrößerten Strukturen gut erkennen kann. Besonders in der Wissenschaft und Medizin finden Mikroskope Anwendung. Du kannst damit beispielsweise Pantoffeltierchen beobachten.

Wie funktioniert ein Fernrohr?

Einfach erklärt hat das Fernrohr die Funktion, den Sehwinkel zu vergrößern. Wie das Mikroskop besteht auch das Fernrohr aus zwei Linsen, weshalb es auch als Linsenfernrohr bezeichnet wird. Es gibt sowohl Fernrohre mit zwei Sammellinsen wie beim Mikroskop als auch mit einer Sammellinse im Objektiv und einer konkaven Zerstreuungslinse im Okular. Die Zerstreuungslinse wird zum Rand hin dicker.
Auch hier erscheinen Objekte um ein Vielfaches näher, da sie stark vergrößert werden. Die Entwicklung von Fernrohren spielte eine wichtige Rolle in der Astronomie, also der Sternenkunde. Fernrohre fanden auch Anwendung in der Seefahrt, um beispielsweise das Wetter zu beobachten oder Flaggen zu erkennen. Es ist also eine Art mobiles Mikroskop, wobei die Objekte nicht präpariert oder beleuchtet werden müssen. Moderne Fernrohre bestehen aus verschiedenen Spiegel- und Linsensystemen, sie werden auch als Teleskope bezeichnet. Der Zweck bleibt gleich, es können kleine beziehungsweise weit entfernte Objekte sichtbar gemacht werden.

In dem Bild siehst du den Aufbau und die Funktionen der Lupe, des Mikroskops und des Fernrohrs im Vergleich. Funktion von Lupe, Mikroskop und Fernrohr

Linse im menschlichen Auge – Biologie

Nicht nur bei Instrumenten kennt man Linsen, denn sie kommen auch bei uns Menschen vor, nämlich in unserem Auge. Die menschliche Linse ist jedoch nicht starr, sondern beweglich und mit Flüssigkeit gefüllt. Durch Muskeln, die an der Linse befestigt sind, kann diese ihre Form und Linsenkrümmung verändern. Je nachdem ob wir in die Ferne schauen oder etwas aus der Nähe betrachten, wird das Gesehene so scharf gestellt. Das einfallende Licht wird durch die Linse gebrochen und auf die dahinterliegende Netzhaut projiziert. Über den Sehnerv wird das Bild dann an das Gehirn weitergeleitet.

Lupe, Mikroskop und Fernrohr – Zusammenfassung

In diesem Text und Video hast du die Funktionsweisen von Lupe, Mikroskop und Fernrohr kennengelernt. Du weißt jetzt, was eine Sammellinse ist und dass Mikroskope und Fernrohre aus zwei Linsensystemen bestehen. Du kennst ebenfalls ihre Anwendungen und hast etwas über die Linse des menschlichen Auges erfahren. In dieser Tabelle sind noch einmal der Aufbau und Anwendungsbeispiele für Lupe, Mikroskop und Fernrohr zusammengefasst.

Aufbau Anwendungsbeispiel
Lupe eine Sammellinse Beobachten von Insekten
Mikroskop zwei Linsen: Objektiv und Okular Bakterien und Körperzellen betrachten
Fernrohr zwei Linsen: Objektiv und Okular Sterne betrachten, Vögel beobachten

Wenn du mehr über die Mikroskopie erfahren möchtest, schau dir auch die Videos Geschichte der Mikroskopie und Mikroskop – Präparate und Schneidetechnik an.
Um dein neues Wissen zu überprüfen, fang gleich mit der Bearbeitung der Übungen an. Viel Spaß!

Transkript Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr

Hallo! Lupe, Mikroskop und Fernrohr - was haben die drei Instrumente gemeinsam? Wie sind sie aufgebaut und wie funktionieren sie? Wofür werden sie eingesetzt und was hat das alles mit dem menschlichen Auge zu tun? Antworten auf diese Fragen bekommst du in diesem Video.

Funktionsweise der Lupe

In alten Krimis verwenden Kommissare gerne eine Lupe, um einen Gegenstand nach Fingerabdrücken abzusuchen. Die vergrößernde Wirkung einer Lupe kann sehr hilfreich sein - aber wie funktioniert eine Lupe überhaupt?

Eine Lupe ist ein krumm geschliffenes Stück Glas. Wenn du zb einen Bleistift vor dir liegen hast, dann reflektiert der das Licht der Umgebung. Dieses Licht fängt dein Auge auf und du erkennst den Bleistift. Wenn du nun eine Lupe über den Bleistift hältst, wird das Licht durch die Wölbung der Lupe gebrochen und der Bleistift erscheint dir größer als er in Wirklichkeit ist. Ein solches speziell geschliffenes Stück Glas nennt man Linse.

Funktionsweise des Mikroskops

Mit einer Lupe kann man Dinge 10 bis sogar 20-fach vergrößern. Will man aber ganze 400-fach vergrößern, schafft das eine einfache Lupe nicht mehr. Die Lösung ist eine Vergrößerung einer Vergrößerung durch zwei Linsen. Und nichts anderes passiert auch in einem Mikroskop.

Schaust du dir dein Objekt mit dem Mikroskop an, so wird das Bild zuerst durch eine der verschiedenen Linsen im Objektiv vergrößert. Doch im Okular hinter dem Objektiv befindet sich eine weitere Linse, die deine Vergrößerung noch einmal vergrößert. Hast du beispielsweise nun mit deinem Objetiv 40-fach vergrößert und dein Okular vergrößert 10-fach, dann erhälst du eine 400-fache Vergrößerung deines Objekts. Die Linsenvergrößerungen werden einfach miteinander multipliziert.

Damit du jedoch dein Objekt unter dem Lichtmikroskop sehen kannst, darf es nicht zu dunkel sein. Darum sollte dein Objekt auf dem Objektträger schön dünn geschnitten sein, damit es gut durchleuchtet werden kann. Ebenso wichtig ist ein Dünner Schnitt, um dein Objekt scharf sehen zu können. Mit dem Einstellrad kannst du die Linsen leicht verschieben und dein Bild scharf stellen.

Legst du bemalte Glasplatten mit etwa drei Finger breiten Holzklötzen dazwischen übereinander auf einen Projektor, dann siehst du, dass du nur eine Ebene der Glasplatten schaf stellen kannst. Mit dem Einstellrad kannst du dann zwischen den Ebenen wandern. So auch bei deinem Objekt beim Mikroskopieren. Je dünner das Ojekt, desto schärfer und genauer ist das Bild.

Lupe und Mikroskop sind in der Biologie sehr hilfreiche Instrumente zur Beobachtung von sehr kleinen Dingen.

Funktionsweise des Fernrohrs

Auch ein Fernrohr ist sehr hilfreich, um zb Vögel oder andere Tiere aus der Ferne zu beobachten. Ein Fernrohr funktioniert auch über Linsen und kann wie ein mobiles Mikroskop betrachtet werden, nur dass du dein Objekt nicht präparieren, oder von der Rückseite beleuchten musst.

Das erste Fernrohr bestand aus zwei speziell geschliffenen Linsen, die in einem Rohr hintereinander angebracht waren. Durch die Linsen wurde das Licht so gebrochen, dass man Dinge, die weit entfernt waren, optisch „heranziehen“ konnte.

Moderne Fernrohre enthalten meist ein ganzes System aus Linsen und Spiegeln - aber der Zweck ist der gleiche: Kleine oder weit entfernte dinge besser sichtbar zu machen. Mit Hilfe von Fernrohren konnten Menschen auch das erstmals Sterne näher beobachten. Später entwickelte man dann speziell dafür die solche Instrumente nennt man Teleskope.

Funktionsweise des Auges

Und was hat das alles mit dem menschlichen Auge zu tun? Das wichtigste Element des Auges ist auch eine Linse - sie ist jedoch nicht starr, sondern ein mit einer klaren Flüssigkeit gefüllter, beweglicher Körper.

An der Linse befestigte Muskeln, können diese dann durch das anspannen der Muskeln in ihrer Form, das heißt in der Linsenkrümmung, verändern. Je nach dem, ob du nah oder fern sehen magst, wird durch die veränderte Linsenkrümmung das Gesehene scharf gestellt.

Das Licht, dass in unser Auge fällt, wird von dieser Linse gebrochen und verkleinert auf die Netzhaut dahinter projeziert. Das Bild wird dann an das Gehirn weitergeleitet.

Zusammenfassung

Lupe, Mikroskop und Fernrohre sind optische Geräte, die aus einer oder mehreren gekoppelten Linsen bestehen. Sie ermöglichen uns, Dinge, die klein oder weit weg sind, näher betrachten zu können. Und auch dein Auge besitzt eine Linse, die es dir durch ihre Verformbarkeit ermöglicht, scharf sehen zu können.

Bei einem Mikroskop tust du das ganz einfach mit dem Scharfstellrad. Je dünner dein Präparat, desto schärfer kannst du es sehen. Tschüss!

16 Kommentare

16 Kommentare
  1. aber sonst gut gemacht

    Von Lasse K., vor mehr als einem Jahr
  2. Das danach heißt auch nicht einstellrad sonder Fein und Grobtrieb das ist mir ein bisschen zu einfach gemacht man sollte schon die Fachwörter dafür nehmen

    Von Lasse K., vor mehr als einem Jahr
  3. Hallo mir ist bei dem Mikroskop aufgefallen das der Objekttisch falschherrum steht denn der Objekttisch steht zu der entgegengesetzten Richtung des Okulars also dort wo die Linsen des Okulars ist ist auf der seite nicht der Objekttisch
    schreibt bitte wenn ich das nicht so gut erklärt habe

    Viele Grüße

    Von Lasse K., vor mehr als einem Jahr
  4. 🤗💖

    Von Teresa P., vor mehr als einem Jahr
  5. Sehr gutes Video!

    Von Diabolein, vor fast 3 Jahren
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Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr kannst du es wiederholen und üben.
  • Vergleiche die Funktionen von Lupe, Mikroskop und Fernrohr.

    Tipps

    Durch mehrere Linsen kann eine höhere Vergrößerung erreicht werden.

    Eine Lupe ist eine einfache Sammellinse.

    Lösung

    Bei Lupe, Mikroskop und Fernrohr werden Vergrößerungen durch Linsen hervorgerufen. Dabei hat die Lupe die kleinste Vergrößerung, da diese nur aus einer Linse besteht. Beim Mikroskop sind zwei Linsen, das Objektiv und das Okular, hintereinander geschaltet und bewirken so 400-fache Vergrößerungen und mehr. Dabei kannst du besonders kleine Gegenstände gut wahrnehmen. Beim Fernrohr sorgt ein kompliziertes Linsensystem mit Spiegeln dafür, dass du Gegenstände, welche weit weg sind, gut beobachten kannst.

  • Beschreibe die Brechung der Lichtstrahlen im Mikroskop und die Entstehung des Seheindrucks.

    Tipps

    Beim Mikroskop wird eine Vergrößerung von der Vergrößerung erreicht.

    Verdeutliche dir die Reihenfolge, in welcher die Lichtstrahlen die Linsen passieren.

    Lösung

    Treffen Lichtstrahlen von einer Lichtquelle auf das präparierte Objekt, werden diese reflektiert. Danach gelangen diese Lichtstrahlen durch die Linse des Objektivs und werden gebrochen. Nachdem sie den Tubus des Mikroskops passiert haben, werden diese Lichtstrahlen durch die Linse des Okulars ein zweites Mal gebrochen und verlassen das Mikroskop. Diese Vergrößerung der Vergrößerung wird von der Linse des Auges so gebrochen, dass ein scharfes Bild auf der Netzhaut entsteht. Dieses wird über den Sehnerv zum Gehirn geleitet. Im Sehzentrum des Gehirns entsteht dann der Seheindruck.

  • Überlege, mit welchem optischen Gerät du die aufgeführten Objekte am effektivsten betrachten kannst.

    Tipps

    Durch die Linsen des Mikroskops erreicht man eine Vergrößerung der Vergrößerung.

    Mit Fernrohren können Dinge betrachtet werden, die weit weg sind und deshalb für das Auge sehr klein erscheinen.

    Die Lupe besteht aus einer Linse.

    Lösung

    Mit der Lupe und dem Mikroskop können Objekte betrachtet werden, die sich direkt vor dir befinden. Die Lupe ist eine einfache Sammellinse mit geringfügiger Vergrößerung. Kennst du Leselupen? Sie vergrößern meist 2- bis 6-fach, sodass Schriften leichter zu lesen sind.

    Mit einem Fernrohr kannst du Objekte beobachten, die weit weg sind. Ein spezielles Fernrohr, mit dem du sogar Sterne und Planeten beobachten kannst, heißt Teleskop.

  • Berechne die Vergrößerung, die du mit deinem Schülermikroskop erreichen kannst.

    Tipps

    Die Vergrößerung im Mikroskop ergibt sich aus der Vergrößerung der Linse des Okulars multipliziert mit der Vergrößerung der Linse des Objektives.

    Der Maßstab gibt das Verhältnis des Originals zum mikroskopischen Bild an.

    Lösung

    Die Vergrößerung im Mikroskop ergibt sich aus der Vergrößerung der Linse des Okulars multipliziert mit der Vergrößerung der Linse des Objektives. Dabei verfügt ein Mikroskop meist über 3 bis 4 verschiedene Objektive, die im Objektivrevolver eingestellt werden können. Beim Mikroskopieren beginnst du stets mit der kleinsten Vergrößerung und erhöhst diese dann je nach Bedarf. Bei mikroskopischen Bildern in Büchern wird oft ein Maßstab angegeben. Dieser gibt dir das Verhältnis des Originals zum mikroskopischen Bild an. Beispielsweise entspricht der Maßstab 1:40 einer 40-fachen Vergrößerung.

  • Nenne Einflussfaktoren, durch die eine optimale Darstellung des Präparats möglich werden.

    Tipps

    Zellen liegen im Präparat meist in vielen Schichten übereinander.

    Je dicker das Präparat ist, desto weniger Licht kann hindurchtreten.

    Ein gut sichtbare Bild erhält man, wenn das Präparat gut ausgeleuchtet ist und mit dem Triebrad scharfgestellt wurde.

    Lösung

    Dünn geschnittene Präparate als Objekte sind beim Mikroskopieren die Voraussetzungen für ein gut ausgeleuchtetes und scharfes Bild, bei dem alle Bestandteile gut sichtbar gemacht werden können. Ist das Objekt zu dick, können die Lichtstrahlen der Lichtquelle (meist Hohlspiegel oder Lampe) nicht durch das Objekt hindurchtreten. Dann siehst du nur dunkle Bereiche, die nicht klar abgegrenzt sind. Je dünner du dein Objekt präparierst, desto schärfer und gut ausgeleuchtet ist dein Bild. Zusätzliche Einrichtungen am Mikroskop wie Blenden und Filter erleichtern dir die Einstellung zusätzlich.

  • Vergleiche das Auflösevermögen des menschlichen Auges mit dem eines Mikroskops.

    Tipps

    Eine Amöbe ist ca. 1 mm groß.

    Blutkörperchen sind ca. 0,01 mm groß.

    Eine Eizelle ist ca. 0,1 mm groß, ungefähr so groß wie eine Sandkorn.

    Lösung

    Mit dem Auge kannst du gerade noch die menschliche Eizelle erkennen. Das Lichtmikroskop kann gerade noch so das Coli-Bakterium darstellen.

    Kleinere Objekte kannst du dann mit dem Lichtmikroskop nicht mehr sehen. In der Biologie nutzt man deshalb für noch kleinere Präparate, z.B. Viren und kleinere Zellbestandteile, Elektronenmikroskope mit einem Auflösevermögen von bis zu 2 nm (sprich: Nanometern).

    Die meisten Zellen kann man also nur mit einem Mikroskop erkennen.

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