30 Tage kostenlos testen

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Wie funktioniert eine Lochkamera

Bewertung

Ø 4.1 / 57 Bewertungen

Die Autor*innen
Avatar
Team Entdeckungsreise
Wie funktioniert eine Lochkamera
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Beschreibung Wie funktioniert eine Lochkamera

Inhalt

Was ist eine Lochkamera?

Hast du den Begriff Camera obscura schon einmal gehört? Der erste Bestandteil dieses Namens klingt genauso wie Kamera und das ist kein Zufall. Der Begriff Fotokamera stammt nämlich von der Camera obscura. Allerdings bedeutet Camera eigentlich Kammer. Verbunden mit dem Wort obscura, das dunkel bedeutet, ergibt sich der Ausdruck dunkle Kammer. Und genau das ist eine Camera obscura: eine dunkle Kammer – aber mit einem kleinen Loch in der Wand.

Eine Camera obscura, deren Kammer nur so groß wie eine Schachtel oder Box ist, nennt man auch Lochkamera. Aber was ist so besonders an einem solchen Raum oder einer solchen Box mit einem Loch in der Wand? Und was hat das mit Fotokameras zu tun?

Wie funktioniert eine Lochkamera?

Wir betrachten eine kleine Box der Länge $b$, die bis auf ein kleines und kreisrundes Loch vollkommen lichtdicht ist. Außerhalb der Box steht eine Kerze auf der Seite der Box, auf der sich auch das kleine Loch befindet. Den Abstand zwischen Kerze und Box nennen wir $g$. Außerdem nennen wir die Verbindungslinie zwischen dem Loch und der rückwärtigen Wand optische Achse.

Wir können jetzt Lichtstrahlen einzeichnen, die von der Spitze der Kerze ausgehen. Weil sich die Strahlen immer geradlinig ausbreiten, gelangt für einen bestimmten Winkel zur optischen Achse ein kleines Bündel durch das Loch – und zwar genau das Bündel in geradliniger Verbindung zwischen dem Objektpunkt und dem Loch. So entsteht ein runder Bildpunkt auf der rückwärtigen Wand. Wie groß dieser Bildpunkt ist, hängt vom Durchmesser des Lochs ab.

Wir können jetzt ebenso die Strahlen einzeichnen, die vom unteren Ende der Kerze ausgehen. Auch hier gibt es einen Winkel, unter dem ein Strahlenbündel gerade durch das Loch läuft, das einen kreisrunden Bildpunkt an die rückwärtige Wand wirft. Alle anderen Strahlen werden ausgeblendet, also durch die Box abgeschirmt.

Lochkamera Physik – Beispiel der Abbildung

Für jeden anderen Punkt auf der Kerze könnte man nach dem selben Prinzip vorgehen und einen zugehörigen Bildpunkt auf der rückwärtigen Wand finden. Alle diese Punkte ergeben zusammen ein Bild der Kerze. Wir können allerdings schon anhand des oberen und unteren Strahlenbündels wichtige Eigenschaften der Lochkamera ablesen.

Die Eigenschaften der Abbildung mit einer Lochkamera

Die Strahlen kreuzen sich beim Durchqueren des Lochs. Das bedeutet, dass das Bild auf der Wand auf dem Kopf steht. Würden wir die Grenzstrahlen der rechten und linken Seite der Kerze zeichnen, würden sich diese ebenso kreuzen. Das Bild ist also auch seitenverkehrt.

Wenn wir die Höhe der Kerze mit $G$ und die Höhe des Bilds mit $B$ bezeichnen und den Strahlensatz anwenden, erhalten wir für die Abbildung mit der Lochkamera die Formel:

$\frac{B}{b} = \frac{G}{g}$

Wir können diese Formel auch nach der Bildhöhe umstellen:

$B = \frac{G}{g} \cdot b$

Wenn die Höhe des Gegenstands gegeben ist, können wir die Bildgröße also ändern, indem wir entweder den Abstand $g$ zwischen Box und Gegenstand verändern oder eine längere oder kürzere Box benutzen.
Wir können diese Formel ebenso nach dem Abbildungsmaßstab $A$ umstellen. $A$ ist definiert als das Verhältnis von Bildgröße zu Gegenstandsgröße. So können wir für gegebene Abstände die Vergrößerung der Lochkamera berechnen:

$A = \frac{B}{G} = \frac{b}{g}$

Wir können noch eine weitere Eigenschaft der Lochkamera erkennen. Der Durchmesser der Strahlenbündel, die durch das Loch fallen können und damit die Größe der Bildpunkte bestimmen, hängen vom Durchmesser des Lochs ab. Auf den Abbildungsmaßstab hat die Lochgröße aber keinen Einfluss. Das heißt, dass die Bildpunkte immer stärker überlappen, wenn das Loch größer wird. Daher wird das Bild umso verschwommener, je größer das Loch wird. Umgekehrt wird es umso schärfer, je kleiner das Loch wird. Allerdings wird es auch dunkler und ist dadurch schlechter zu erkennen.

Lochkamera, Camera obscura und moderne Fotokameras

Die beschriebenen Lochkameras kann man grundsätzlich genauso zum Fotografieren benutzen wie moderne Fotokameras. Man muss nur die Wand, auf die das Bild projiziert wird, durch einen fotosensitiven Film ersetzen und das Loch verschließbar machen. Man bezeichnet daher die Lochkamera auch als Vorgängerin der Fotografie. In modernen Kameras kann der Durchmesser des Lochs verändert werden – man spricht auch von der Blende der Kamera beziehungsweise von der Blendenöffnung. Außerdem sind sie zusätzlich mit Linsen ausgestattet und ermöglichen so mehr Flexibilität und eine wesentlich höhere Schärfe.

Eine Camera obscura ist eine sehr große Lochkamera. Früher wurden sie teilweise so groß gebaut wie kleine Hütten, sodass man die Camera obscura betreten konnte. Vor der Entwicklung der Fotografie nutzten manche Künstler außerdem das Prinzip der Camera obscura als Zeichenhilfe: Sie projizierten das Bild auf eine Leinwand, auf der sie die Projektion dann einfach abzeichnen konnten.

Dieses Video

In diesem Video lernst du, was eine Lochkamera ist und wie sie funktioniert. Du kannst mit dem Wissen und der Erklärung aus diesem Video auch selbst eine Lochkamera bauen – du brauchst nicht mehr als einen Schuhkarton. Neben Text und Video findest du zum Thema Lochkamera außerdem ein Arbeitsblatt und interaktive Übungen.

9 Kommentare

9 Kommentare
  1. gibt es nur eine formel oder mehrere

    Von Simon, vor 4 Tagen
  2. Ich finde es schade das es das nicht für die 5 klasse gibt ansonsten gut

    Von Jakob, vor 4 Monaten
  3. Mögen sie Züge

    Von Itslearning Nutzer 2535 31591, vor 6 Monaten
  4. Moin moin meine aktiven freunde

    Von Itslearning Nutzer 2535 46283, vor 7 Monaten
  5. Thank

    Von Mark V., vor 8 Monaten
Mehr Kommentare

Wie funktioniert eine Lochkamera Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Wie funktioniert eine Lochkamera kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe das Bild der Lochkamera.

    Tipps

    Die Schärfe eines Lochkamerabildes wird durch die Größe des Lochs geregelt.

    Eine moderne fokussierende Kamera nutzt eine Optik, um bestimmte Bereiche des Bildes scharf zu stellen.

    Lösung

    Bei einer Lochkamera dringen alle Lichtstrahlen durch das gleiche kleine Kameraloch und weiten sich dahinter auf die gleiche Weise auf. Deshalb gibt es keine Unterschiede zwischen fokussierten, scharfen und unfokussierten, unscharfen Bildbereichen. Das ganze Bild der Camera Obscura ist gleichmäßig unscharf.

    Zudem ist das Bild einer Lochkamera immer dunkler als mit einer fokussierenden Kamera, denn durch das kleine Loch dringt nur sehr wenig Licht. Deshalb ist eine sehr lange Belichtungszeit nötig, bevor das Bild einer Lochkamera auf einem Fotopapier oder einem modernen Fotosensor sichtbar wird.

  • Beschreibe die Lochkamera.

    Tipps

    Das Verhältnis aus Bildgröße und Gegenstandsgröße entspricht dem Verhältnis von Bildweite und Gegenstandsweite.

    Lösung

    Eine Lochkamera besteht aus einer lichtdichten, dunklen Kammer, in die das Licht nur durch eine kleine Öffnung dringen kann. Das Licht dringt dann in Form von dünnen Lichtstrahlen in die Kammer, die an der gegenüberliegenden Wand auftreffen und ein Bild erzeugen.

    Die Bildgröße B lässt sich aus dem Abbildungsmaßstab A bestimmen. Dieser entspricht dem Verhältnis aus der Bildgröße und der Gegenstandsgröße G sowie dem Verhältnis aus Bildweite b und Gegenstandsweite g. Es gilt also $V=\frac{b}{g}=\frac{B}{G}$.

    Wie scharf das Bild ist, richtet sich nach dem Lochdurchmesser der Lochkamera. Im Allgemeinen ist das Bild umso schärfer, je kleiner das Loch ist. Allerdings wird das Bild auch dunkler, wenn man ein kleineres Loch wählt.

  • Bestimme die Größe des Bildes.

    Tipps

    Das Verhältnis der Bildweite zur Gegenstandsweite entspricht dem Verhältnis der Bildgröße zur Gegenstandsgröße.

    Lösung

    Wenn man mithilfe einer Lochkamera ein Bild erzeugt, dann entspricht das Verhältnis der Bildweite $b$ zur Gegenstandsweite $g$ dem Verhältnis der Bildgröße $B$ zur Gegenstandsgröße $G$.

    Es gilt also $\frac{B}{G}=\frac{b}{g}$. Bei der Fotografie des Löwen ist $g=5\text{ m}$ der Abstand des Löwen von der Kamera und $b=30\text{ cm}$ die Länge der Lochkamera. $G=1,2\text{ m}$ ist die Größe des Löwen.

    Stellt man nun die Formel nach der Bildgröße um, errechnet sich die Bildgröße

    $B=\frac{b}{g}\cdot G=\frac{0,30}{5}\cdot 1,2\text{ m}=0,072\text{ m}=7,2\text{ cm}$.

  • Bestimme die Größe der Lichtpunkte.

    Tipps

    Stelle die Formel nach der Größe des Loches um.

    Der Bildpunkt ist größer als die Öffnung des Lochs.

    Lösung

    Um die größtmögliche Lochöffnung zu bestimmen, musst du die Formel nach der Lochgröße umstellen. Daraus ergibt sich die Gleichung

    $D=\frac{g}{g+b}\cdot S=\frac{5\text{ m}}{5,30\text{ m}}\cdot 2\text{ mm}=1,8868\text{ mm}$.

    Das Loch sollte in diesem Fall also maximal 1,89 Millimeter groß sein.

    Wenn du ein sehr kleines Loch wählst, stimmt diese Berechnung übrigens leider nicht mehr. Das eigentlich sehr interessante Phänomen der Lichtbeugung macht dir dann einen Strich durch die Rechnung und weitet die Lichstrahlen hinter dem Loch noch weiter auf.

    Wenn du eine Lochkamera bastelst, musst du abwägen, wie groß das Loch sein muss. Einerseits ergibt ein kleines Loch ein scharfes Bild, andererseits dringt durch ein kleines Loch weniger Licht und das Bild wird dunkler. Für ein Foto brauchst du dann eine sehr lange Belichtungszeit.

  • Nenne die Möglichkeiten, um das Bild zu vergrößern.

    Tipps

    Das Verhältnis aus der Bildgröße zur Gegenstandsgröße ist genauso groß wie das Verhältnis aus der Bildweite zur Gegenstandsweite.

    Lösung

    Bei einer Lochkamera ist das Verhältnis aus der Bildgröße und der Gegenstandsgröße genauso groß wie das Verhältnis aus Bildweite und Gegenstandsweite. Es gilt also $\frac{B}{G}=\frac{b}{g}$.

    Um die Bildgröße B zu vergrößern müsste Jan nun entweder die Bildweite b vergrößern oder die Gegenstandsweite g verringern. Jan sollte also entweder näher an den Löwen heran treten oder einen längeren Kasten für seine Lochkamera wählen.

  • Finde die Bilder der Lochkamera.

    Tipps

    Die Bilder einer Lochkamera werden niemals ganz scharf.

    Durch die Überlagerung der einzelnen Lichtflecken werden die Bilder einer Lochkamera leicht milchig.

    Lösung

    Die Lochkamera ist der Vorläufer der fokussierenden Kamera.

    Bei einer Lochkamera entsteht das Bild aus den einzelnen Lichtstrahlen, die durch das Loch der Kamera dringen. Da sich die Strahlen hinter dem Loch wieder ausbreiten und auch durch die Beugung am Loch aufgeweitet werden, können die Bilder einer Lochkamera niemals ganz scharf werden. Da jeder Punkt eines Gegenstandes oder einer Landschaft aber durch das gleiche Loch dringt und sonst nicht verändert wird, ist das Bild der Lochkamera jedoch gleichmäßig unscharf. Jeder Punkt des Bildes wird also gleich scharf oder unscharf dargestellt.

    Im Gegensatz dazu kann eine Kamera, die eine Linse oder ein Objektiv oder eine andere Abbildungsoptik verwendet, bestimmte Bereiche des Bildes scharf stellen, wie du zum Beispiel am Bild des Vogels sehen kannst, in dem der Hintergrund unscharf ist. Um eine durchgehende Schärfe zu erreichen, kombiniert man übrigens die Lochkamera und die fokussierende Kamera, indem man vor die Linse ein kleines Loch anbringt und anschließend die Lichtstrahlen, die aus dem Loch dringen, fokussiert.

30 Tage kostenlos testen
Mit Spaß Noten verbessern
und vollen Zugriff erhalten auf

10.237

Lernvideos

42.526

Übungen

37.546

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrer/
-innen

laufender Yeti

Inhalte für alle Fächer und Klassenstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden