Das Auge
Lena kommt von einem Spaziergang am Rhein in Köln nach Hause. Draußen blinzelt sie im grellen Sonnenlicht, im dunklen Flur sieht sie erst einmal fast nichts. Kurz danach kann sie wieder alles erkennen und sogar im Handy lesen. Wie schafft das Auge das? Und warum braucht ihr Opa zum Lesen eine Brille? Das klären wir in diesem Abschnitt der Optik.
Aufbau des Auges
Das Auge ist ein optisches System, ähnlich wie eine Kamera. Licht tritt vorne ein, wird gebündelt und fällt hinten auf lichtempfindliche Zellen.
| Teil | Aufgabe |
|---|---|
| Hornhaut | durchsichtiger Schutz vorn, bricht das Licht schon stark |
| Iris (Regenbogenhaut) | Blende mit der Pupille als Öffnung |
| Pupille | lässt Licht ins Auge, ihre Größe regelt die Lichtmenge |
| Augenlinse | Sammellinse, deren Form sich ändern kann |
| Glaskörper | durchsichtig, hält das Auge in Form |
| Netzhaut | enthält Lichtsinneszellen, hier entsteht das Bild |
| Sehnerv | leitet die Signale zum Gehirn |
Nenne vier Bestandteile des Auges (z. B. Hornhaut, Pupille, Linse, Netzhaut) und gib jeweils die Aufgabe an.
Nenne vier Bestandteile des Auges (z. B. Hornhaut, Pupille, Linse, Netzhaut) und gib jeweils die Aufgabe an.
Pupille und Helligkeit
Schau einer Mitschülerin in die Augen und lass sie dann die Augen kurz schließen und wieder öffnen: Die Pupille ist erst groß und wird dann kleiner. Die Iris regelt, wie viel Licht ins Auge fällt.
-
Helles Licht: Die Pupille verengt sich. Es fällt weniger Licht ein und die empfindliche Netzhaut wird geschützt.
-
Dunkles Licht: Die Pupille weitet sich. Es fällt möglichst viel Licht ein, damit man noch etwas erkennt.
Diese Anpassung dauert nur Bruchteile von Sekunden. Zusätzlich stellen sich die Sinneszellen der Netzhaut auf die Helligkeit ein (Adaptation). Das dauert im Dunkeln mehrere Minuten, daher sieht man im Keller erst allmählich mehr.
Beschreibe, wie sich die Pupille bei hellem und bei dunklem Licht verhält und warum.
Beschreibe, wie sich die Pupille bei hellem und bei dunklem Licht verhält und warum.
Beim Wechsel von einem hellen Zimmer in einen dunklen Keller sieht man zunächst fast nichts. a) Erkläre die Rolle der Pupille. b) Erkläre, warum es dennoch mehrere…
Beim Wechsel von einem hellen Zimmer in einen dunklen Keller sieht man zunächst fast nichts.
- a) Erkläre die Rolle der Pupille.
- b) Erkläre, warum es dennoch mehrere Minuten dauert, bis man sich an die Dunkelheit angepasst hat.
- c) Nenne eine Gefahr für das Auge durch zu grelles Licht.
Das Bild auf der Netzhaut
Hornhaut und Augenlinse wirken zusammen wie eine Sammellinse. Ein Gegenstand, der weiter als die doppelte Brennweite entfernt ist, erzeugt hinter ihr ein verkleinertes, umgekehrtes Bild. Beim gesunden Auge liegt dieses Bild genau auf der Netzhaut.
Das Bild auf der Netzhaut ist
-
reell (das Licht läuft dort wirklich zusammen),
-
umgekehrt (oben und unten vertauscht),
-
verkleinert.
Wir sehen die Welt trotzdem aufrecht, weil das Gehirn die Signale der Netzhaut verarbeitet und das Bild „zurechtdreht“. Neugeborene müssen das erst lernen.
Wie ist das Bild beschaffen, das auf der Netzhaut entsteht (reell/virtuell, aufrecht/umgekehrt)? Warum sehen wir die Welt trotzdem aufrecht?
Wie ist das Bild beschaffen, das auf der Netzhaut entsteht (reell/virtuell, aufrecht/umgekehrt)? Warum sehen wir die Welt trotzdem aufrecht?
Akkommodation
Eine Sammellinse mit fester Form bildet nur Gegenstände in einer bestimmten Entfernung scharf auf die Netzhaut ab. Wir können aber sowohl den Kirchturm als auch das Handy scharf sehen. Das gelingt, weil die Augenlinse ihre Form ändert und damit ihre Brennweite. Dieses Scharfstellen heißt Akkommodation.
| Blick auf | Augenlinse | Brennweite |
|---|---|---|
| fernen Gegenstand | flach (Ringmuskel entspannt) | groß |
| nahen Gegenstand | stärker gewölbt (Ringmuskel angespannt) | klein |
Warum? Das Licht eines nahen Gegenstands läuft weiter auseinander. Die Linse muss es stärker brechen, damit sich die Strahlen trotzdem auf der Netzhaut treffen. Eine stärker gewölbte Linse bricht stärker, ihre Brennweite ist kleiner.
Erkläre, wie das Auge von einem entfernten auf einen nahen Gegenstand scharf stellt (Akkommodation). Gehe auf die Form der Augenlinse und die Brennweite ein.
Erkläre, wie das Auge von einem entfernten auf einen nahen Gegenstand scharf stellt (Akkommodation). Gehe auf die Form der Augenlinse und die Brennweite ein.
Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit und Brille
Nicht jedes Auge bildet richtig ab. Meist ist der Augapfel zu lang oder zu kurz, oder die Linse bricht zu stark oder zu schwach.
Kurzsichtigkeit
-
Naher Gegenstand scharf, ferner unscharf.
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Das Auge ist zu lang (oder die Linse bricht zu stark). Das Licht ferner Gegenstände wird vor der Netzhaut gebündelt und läuft danach wieder auseinander.
-
Korrektur mit einer Zerstreuungslinse (in der Mitte dünner als am Rand). Sie lässt das Licht vor dem Auge etwas auseinanderlaufen. Der Bildpunkt rutscht nach hinten auf die Netzhaut.
Weitsichtigkeit
-
Ferner Gegenstand ist (mit Anstrengung) scharf, naher unscharf.
-
Das Auge ist zu kurz (oder die Linse bricht zu schwach). Das Bild eines nahen Gegenstands läge hinter der Netzhaut.
-
Korrektur mit einer Sammellinse. Sie bricht das Licht schon vor dem Auge zusätzlich und verschiebt den Bildpunkt nach vorn auf die Netzhaut.
| Kurzsichtig | Weitsichtig | |
|---|---|---|
| Bildpunkt (ohne Brille) | vor der Netzhaut | hinter der Netzhaut |
| Brille | Zerstreuungslinse | Sammellinse |
Auge und Kamera
| Kamera | Auge |
|---|---|
| Objektiv (Sammellinse) | Hornhaut und Augenlinse |
| Blende | Iris mit Pupille |
| Sensor / Film | Netzhaut |
| Scharfstellen durch Abstandsänderung | Scharfstellen durch Formänderung der Linse |
| Bild umgekehrt und reell | Bild umgekehrt und reell |
Maria ist kurzsichtig. a) Beschreibe, wo das Bild eines weit entfernten Gegenstands bei ihr entsteht (vor oder hinter der Netzhaut). b) Welche Brille korrigiert den…
Maria ist kurzsichtig.
- a) Beschreibe, wo das Bild eines weit entfernten Gegenstands bei ihr entsteht (vor oder hinter der Netzhaut).
- b) Welche Brille korrigiert den Fehler (Sammel- oder Zerstreuungslinse)? Begründe.
Herr Schulte ist weitsichtig und benötigt zum Lesen eine Brille. a) Beschreibe den Fehler des Auges. b) Welche Linsenart muss die Brille haben? Begründe. c) Vergleiche…
Herr Schulte ist weitsichtig und benötigt zum Lesen eine Brille.
- a) Beschreibe den Fehler des Auges.
- b) Welche Linsenart muss die Brille haben? Begründe.
- c) Vergleiche das Auge mit einer Kamera (zwei Gemeinsamkeiten).
Erkläre mit Strahlengang-Beschreibungen, warum ein kurzsichtiges Auge ohne Brille ferne Gegenstände unscharf sieht und wie eine Zerstreuungslinse das Problem behebt.…
Erkläre mit Strahlengang-Beschreibungen, warum ein kurzsichtiges Auge ohne Brille ferne Gegenstände unscharf sieht und wie eine Zerstreuungslinse das Problem behebt. Gehe auf die Lage des Bildpunkts ein.
Augen im Tierreich
Katzen sehen im Dunkeln besser als Menschen, ihre Augen leuchten im Scheinwerferlicht (Reflexion an einer Schicht hinter der Netzhaut). a) Erkläre, warum dieser Aufbau…
Katzen sehen im Dunkeln besser als Menschen, ihre Augen leuchten im Scheinwerferlicht (Reflexion an einer Schicht hinter der Netzhaut).
- a) Erkläre, warum dieser Aufbau die Lichtausbeute erhöht.
- b) Beurteile, welche Nachteile ein vergrößertes Auge oder eine große Pupille für die Schärfe des Bildes haben könnte.
Zurück zum Anfang: Lena sieht im dunklen Flur zunächst wenig, weil sich Pupille und Sinneszellen erst anpassen müssen. Ihr Opa ist weitsichtig, deshalb braucht er für das Lesen eine Sammellinse als Brille.