Licht wird beim Übergang von Luft zu Glas und Glas zu Luft, bei einem Einfallswinkel ungleich 0°, gebrochen. Diese Eigenschaft wurde sich zu nutzen gemacht und Linsen entwickelt. Als Linsen bezeichnet man in der Physik (Optik) transparente Scheiben, wo mindestens eine der zwei Oberflächen gekrümmt ist. Im Physikunterricht unterscheiden wir grundsätzlich zwischen zwei Linsenformen, der Konvexlinse und Konkavlinse.
Das auf eine Linse einfallende Licht wird an einer Linse zweimal gebrochen. Das erste Mal beim Eintritt in die Linse und das zweite Mal beim Austritt. Um die Bildkonstruktion eines Gegenstandes zu vereinfachen, wurde die Linsenebene eingeführt. Sie verläuft durch die Linsenmitte. Ist eine Linse in der Horizontalen achsensymmetrisch, dann liegt die Linsenebene auf der vertikalen Symmetrieachse der Linse.
Die optische Achse verläuft durch die Linsenmitte und halbiert die Linse. Die optische Achse und Linsenebene stehen senkrecht aufeinander.
Parallel zur optischen Achse einfallende Strahlen kreuzen sich im Brennpunkt der Sammellinse Es existierten zwei Brennpunkte (F1 und F2), die auf der optischen Achse liegen und den selben Abstand zur Linsenebene besitzen. Den Abstand zwischen Brennpunkt und Linsenebene bezeichnet man als (einfache) Brennweite (f).
Den Abstand des Gegenstandes zur Linsenebene, bezeichnet man als Gegenstandweite (g) und dessen Höhe als Gegenstandsgröße (G).
Den Abstand des Bildes zur Linsenebene, bezeichnet man als Bildweite(b) und dessen Höhe als Bildgröße (B).
Konstruktion (g>f)
Ausgehend vom Gegenstand werden drei Hauptstrahlen eingezeichnet. Diese Strahlen bezeichnet man ganz nach ihren Verläufen als Parallelstrahl, Mittelpunktstrahl und Brennpunktstrahl. Die Strahlen werden (vereinfacht) an der Linsenebene gebrochen.
Der Parallelstrahl wird zum Brennpunktstrahl und der Brennpunktstrahl zum Parallelstrahl. Der Mittelpunktstrahl wird nicht gebrochen und verläuft durch den Mittelpunkt. Es entsteht ein reelles auf dem Kopf stehendes Bild.
Für eine ausführliche Erklärung der Bildentstehung kannst du dir das YouTube-Video unter diesem Link anschauen:
www.youtube.com/watch
Übung
Bei Leifi kannst du kontrollieren, ob du die Aufgabe 1 und 2 richtig gelöst hast. Übertrage dazu die Werte aus den Aufgaben in die Simulation. Folge diesem Link: www.leifiphysik.de/optik/optische-linsen/versuche/sammellinse-simulation
Hilfestellung
Zum Abschluss gibt es nochmal eine kurze Schrittabfolgen für die Bildkonstruktion an einer Sammellinse.
Wenn diese diese Schritte korrekt ausgeführt werden, dann ist die Bildkonstriktion abgeschlossen. Falls einer der Schritte nicht verstanden wurde dann schau dir das verlinkt Erklärvideo an.