Schulausfall:
sofatutor 30 Tage kostenlos nutzen

Videos & Übungen für alle Fächer & Klassenstufen

Linsen 08:03 min

Textversion des Videos

Transkript Linsen

Hallo, in diesem Video geht es um Linsen, Konvexlinsen und Konkavlinsen. Es soll vorallem um die Entstehung reeller und virtueller Bilder gehen.  Ich habe ja schon gesagt, die nach außen geformte Linse ist die Konvexlinse und die nach innen geformte Linse ist die Konkavlinse. Zuerst wollen wir uns mit der Konvexlinse beschäftigen. Die Linse nennt man auch eine Sammellinse. Dieser Begriff kommt daher, weil parallele Strahlen, die auf die Linse treffen, alle so gebrochen werden, dass sie sich in einem Punkt treffen. Den nennen wir jetzt mal F1 und das ist der sogenannte Brennpunkt. Jede Linse hat in einem bestimmten Abstand ihren charakteristischen Brennpunkt. Der existiert auf der einen Seite und mit dem gleichen Abstand auch auf der anderen Seite. Den nennen wir nun F2. Gut, aber es gibt ja nicht nur parallele Strahlen, die auf die Linse treffen. Diese Kerze hier sendet zum Beispiel auch schräge Strahlen aus. Um nun zu wissen, wie diese schrägen Strahlen von der Linse gebrochen werden, zeichnen wir uns zunächst waagerecht unsere optische Achse ein, mit den Brennpunkten F1 und F2 und senkrecht in der Linse, die sogenannte Brennebene. Es gibt nun 3 Hauptstrahlen, die besonders leicht zu konstruieren sind. Der Erste ist derjenige, der parallel läuft. Da wissen wir ja schon, dieser wird von der Linse so gebrochen, dass er danach durch den Brennpunkt F1 läuft. Also halten wir fest: Trifft ein Strahl achsenparallel auf die Linse, so wird er zum sogenannten Brennstrahl, weil er durch den Brennpunkt läuft. Der Zweite Hauptstrahl läuft direkt durch den Mittelpunkt der Linse. Dabei wird er nicht gebrochen, denn der Einfallswinkel ist zum Lot gemessen immer 0°. Also 2. Ein sogenannter Mittelpunktstrahl bleibt ungebrochen. Nun zum Dritten Hauptstrahl, dieser läuft durch den ihm nächsten Brennpunkt, also hier F2 und wird dann in der Linse so gebrochen, dass er danach parallel zur Achse läuft. Wenn ihr euch das anschaut, dann seht ihr, dass das genau umgekehrt wie beim ersten Hauptstrahl ist. Na ja und jetzt sehen wir, dass sich alle 3 Hauptstrahlen wieder in einem Punkt treffen, ungefähr jedenfalls. Na ja und das Gleiche können wir jetzt auch vom unteren Rand der Kerze machen. Wir haben hier wieder die 3 Hauptstrahlen, der Erste, der parallel läuft und durch den Brennpunkt danach geht. Der Zweite, der direkt durch den Mittelpunkt ungebrochen geht und der Dritte, der durch den Brennpunkt läuft und danach parallel. Auch hier sehen wir, alle drei treffen sich wieder in einem Punkt. Und würden wir genau an diese Stelle, wo die beiden Punkte sind, einen Schirm senkrecht hinstellen oder einfach unser Auge, dann würden wir genau dieses Bild hier sehen. Eine umgekehrte Kerze. Ach ja und hier unten müssen wir noch ergänzen: Trifft also ein sogenannter Brennstrahl auf die Linse, dann wird er so gebrochen, dass er danach achsenparallel läuft. Gut, so viel erstmal zu den Hauptstrahlen. Jetzt wollen wir mal gucken, welche Bilder entstehen in welchem Abstand. Also eben in der Konstruktion stand ja die Kerze ungefähr in zweifachem Abstand der Brennweite. Die Brennweite ist dieser Abstand hier, von dem Brennpunkt bis zum Mittelpunkt der Linse. Auf der anderen Seite genauso, wir nennen ihn mal f. Also in einem Abstand 2×f wie eben, haben wir gesehen, dass das Bild der Kerze umgedreht war, es hatte aber die gleiche Größe wie das echte Objekt und es war reell. Reell ist ein Bild immer dann, wenn wir es auf einem Schirm abbilden können. Dann existieren die Strahlen wirklich an diesem Ort. Was passiert nun aber bei einem Abstand, der größer ist als die doppelte Brennweite? Dann könnt ihr euch vorstellen, dass die Strahlen, die auf die Linse treffen, insgesamt flacher eintreffen und sie werden deswegen nicht so stark gebrochen. Aber ansonsten bleibt alles gleich, das Bild wird umgedreht sein, es ist kleiner und es ist auch, wie eben, reell. Interessant wird es aber vor allem, wenn sich die Kerze innerhalb der einfachen Brennweite befindet. Dann können wir nur noch 2 Strahlen zeichnen. Den parallelen, der ja dann zum Brennstrahl wird und den Mittelpunktstrahl. Da es zwischen Kerze und Linse keinen Brennpunkt mehr gibt, können wir auch keinen Brennstrahl zeichnen. Jetzt kann man die beiden resultierenden Strahlen nach hinten verlängern. Und ihr seht irgendwann kommt ein Punkt, an dem sie sich treffen. Hier jetzt nicht mehr sichtbar leider. Und an diesem Punkt sehen wir dann das Bild. Es ist in diesem Fall riesig groß.  Halten wir also fest. Die Eigenschaften eines Bildes bei einem Abstand von kleiner als der Brennweite sind: 1. Es ist richtig herum. 2. Es ist viel größer und 3. es ist diesmal virtuell. Wir können nun also keinen Schirm hinhalten, um das Bild sichtbar zu machen. Das Bild hat sich unser Gehirn alleine errechnet.  Gut, das wars zum Thema Konvexlinse. Kommen wir nun zu unserem 2. Punkt, der Konkavlinse. Auch die Konkavlinse hat eine Brennachse und eine optische Achse. Und auch sie hat zwei Brennpunkte F2 und F1. Wenn wir auf die Konkavlinse allerdings paralleles Licht schicken, dann wird dieses Licht nicht gesammelt, wie bei der Konvexlinse, sondern gestreut. Deswegen sagt man auch zur Konkavlinse Zerstreuungslinse. Bei der Konkavlinse gibt es nur zwei Hauptstrahlen,die gut zu konstruieren sind. Das ist einmal der parallele Strahl, der so gebrochen wird, dass wenn man ihn nach hinten verlängert, er durch den Brennpunkt F2 geht. Und der Zweite Strahl ist der Mittelpunktstrahl, der auch hier ungebrochen bleibt. Ihr seht, die Strahlen laufen auseinander,deswegen entsteht wieder ein virtuelles Bild. Und zwar diesmal links von der Linse, dort wo die Strahlen sich kreuzen. Nun ist es bei der Konkavlinse so, dass der Abstand des Objektes keine Auswirkung hat auf die Eigenschaften des Bildes. Also, egal in welchem Abstand sich das Objekt befindet, das Bild ist immer richtig herum, kleiner und virtuell. So, das war es nun auch zur Konkavlinse. Also noch mal kurz, es gab ja auch noch die Konvexlinse, die hat die Strahlen in einem Punkt gesammelt und die Konkavlinse hat die parallelen Strahlen gestreut. So, also hoffentlich hat euch das Video gefallen. Oh, das wird ein ganz schön dicker Mann, also Tschüss.

74 Kommentare
  1. Die Aufgabe 4 ist schwer zu verstehen 😕

    Von Mopi, vor 4 Monaten
  2. Gut erklärt.

    Von Devive, vor 6 Monaten
  3. War cool. Ich werde diese Aufgabe an der Prüfung jetzt sicher richtig haben.

    Von Geri Murer, vor 6 Monaten
  4. das Video war sehr schön anschaulich gemacht, aber mich hat es genervt, dass es immer ieder sich aufgehangen hat.

    Von Silke D Schenk, vor 11 Monaten
  5. ich schreibe eine wichtige Arbeit und verstehe es jetzt endlich mal!!! Vielen dank! :)

    Von Fuenkchen51, vor etwa einem Jahr
Mehr Kommentare

Linsen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Linsen kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschrifte die wichtigsten physikalischen Begriffe zur Linse.

    Tipps

    Konvexlinsen heißen auch Sammellinsen und Konkavlinsen Zerstreuungslinsen.

    Lösung

    Das Lösungsbild zeigt dir die wichtigsten Begriffe rund um das Thema Bildentstehung an Linsen. Hilfreich ist darüber hinaus noch der Begriff Brennweite. Er wird häufig verwendet. Die Brennweite f bezeichnet den Abstand zwischen Brennpunkt und Brennebene.

  • Stelle die Zusammenhänge zwischen Objektabstand und Bildeigenschaften dar.

    Tipps

    f bezeichnet die einfache Brennweite, 2f die doppelte Brennweite.

    Lösung

    Für die verschiedenen Bildeigenschaften gibt es einige Zusammenhänge, die das Merken und Erklären leichter machen.

    Virtuelle Bilder entstehen, wenn die gebrochenen Strahlen auseinander laufen, sich also nicht mehr treffen. Das gilt bei Sammellinsen, bei denen sich das Objekt innerhalb der einfachen Brennweite befindet, und immer bei Zerstreuungslinsen. Virtuelle Bilder sind immer aufrecht.

    Reelle Bilder entstehen, wenn sich die gebrochenen Strahlen treffen. Das gilt bei Sammellinsen, sobald das Objekt mindestens die einfache Brennweite entfernt ist. Reelle Bilder sind immer umgedreht.

    Je näher das Objekt an die Sammellinse heranrückt (bis zur einfachen Brennweite), desto weiter rückt das Bild von der Sammellinse weg. Dadurch wird das Bild immer größer. Bilder von Objekten außerhalb der doppelten Brennweite sind darum kleiner als das Objekt. An der Stelle der doppelten Brennweite erreicht das Bild genau die Objektgröße. Bilder zwischen der doppelten und der einfachen Brennweite sind demnach größer als das Objekt.

  • Wende dein Wissen über die Hauptstrahlen bei der Konstruktion eines Bildes an.

    Tipps

    Was für ein Bild hinter der Linse erwartest du?

    Beachte die Stelle, an der das Objekt in Bezug auf die Brennpunkte steht!

    Lösung

    So sieht die richtige Konstruktion fertig aus: Martin hatte den Mittelpunktstrahl richtig eingezeichnet. Er wird nicht gebrochen. Der achsenparallele Strahl muss so gebrochen werden, dass er hinter der Linse durch den einfachen Brennpunkt verläuft, nicht durch den doppelten oder dreifachen. Der Brennpunktstrahl muss ebenfalls gebrochen werden, und zwar so, dass er hinter der Linse parallel zur optischen Achse verläuft.

    Dann entsteht, wie zu erwarten war, ein Bild des Pfeils hinter der Linse. Da sich der Pfeil außerhalb der doppelten Brennweite befindet, ist es kleiner, reell und umgedreht.

  • Gib an, in welchem Bereich die Bilder der Zerstreuungslinse entstehen.

    Tipps

    Es gibt drei Strahlen die für die Bildentstehung an Linsen wichtig sind. Der Brennpunktstrahl, der Mittelpunktstrahl und der Parallelstrahl.

    Bilder entstehen immer beim Kreuzungspunkt von Mittelpunktstrahl und Brennpunktstrahl.

    Lösung

    Zerstreuungslinsen zerstreuen das Licht aus einem gemeinsamen Brennpunkt. Daher findet sich der für die Bildentstehung wichtige Brennpunktstrahl auch auf der gleichen Seite, wie der Gegenstand. Aus diesem Grund entstehen die Bilder ebenfalls auf dieser Seite der Linse, sind virtuell und aufrecht.

    Alle drei virtuellen und aufrechten Bilder entstehen im Bereich A3. Zudem gilt bei Zerstreuungslinsen, je weiter das Objekt von der Zerstreuungslinse entfernt ist, desto kleiner ist das virtuelle Abbild.

  • Nenne die typischen Linsenformen und ihre Eigenschaften.

    Tipps

    Die Namen der Linsen spiegeln jeweils ihre wesentliche Eigenschaft beim Auftreffen von Lichtstrahlen wieder.

    Lösung

    Konvex- bzw. Sammellinsen erkennt man an ihrer typischen nach außen gewölbten Form. Man findet sie beispielsweise in Lupen, wo sie zur Vergrößerung von Objekten eingesetzt werden.

    Konkav- bzw. Zerstreuungslinsen sind hingegen nach innen gewölbt. Sie finden Verwendung z.B. in LED-Taschenlampen, um einen größeren Leuchtkegel zu erreichen.

    Beide Linsenformen werden für Brillen und Kontaktlinsen verwendet, je nach Art der Fehlsichtigkeit. In vielen optischen Geräten werden beide Linsenformen gemeinsam verbaut, wie in Objektiven und Mikroskopen.

  • Erschließe dir die Ergebnisse für den gezeigten Versuchsaufbau.

    Tipps

    Steht der leuchtende Pfeil genau am zweifachen Brennpunkt, erscheint das Bild im gleichen Abstand auf der anderen Seite der Sammellinse.

    Je näher der leuchtende Pfeil an die Sammellinse heranrückt (bis zur einfachen Brennweite), desto weiter rückt das Bild von der Sammellinse weg.

    Mit dem Schirm können nur reelle Bilder aufgefangen werden.

    Lösung

    Befindet sich der leuchtende Pfeil links außerhalb der doppelten Brennweite, müssen Lena und Onur das scharfe Bild mit dem Schirm rechts von der Linse im Bereich zwischen einfacher und doppelter Brennweite suchen.

    Steht der Pfeil links selbst zwischen einfacher und doppelter Brennweite, liegt das Bild rechts außerhalb der doppelten Brennweite.

    Ist der Pfeil in Position C, also innerhalb der einfachen Brennweite, entsteht ein virtuelles Bild auf der linken Seite der Linse. Die gebrochenen Strahlen laufen auf der rechten Seite der Linse auseinander, treffen sich also nicht mehr. Das Bild kann daher nicht mit einem Schirm aufgefangen werden, sondern lediglich vom Gehirn eines menschlichen Beobachters "konstruiert" werden.