Die Linse

Schön, dass Ihr mir auf diese Seite gefolgt seit und nicht gleich aufge-geben habt, nur weil es jetzt etwas technisch oder gar schwierig werden könnte. Aber ich hatte Euch ja auch schon gesagt, dass wir das Wissen später unbedingt brauchen werden, wollen wir unser Mikroskop richtig kennen- und verstehen lernen.

So richtige Forscher wie Ihr seit doch bestimmt schon neugierig wie das alles so funktioniert, oder? Also ich wollte immer alles genau wissen und verstehen. Natürlich ist das manchmal verflixt schwer, wie Ihr aus der Schule bestimmt schon wisst, aber, alles was man weiß, kann einem keiner wieder wegnehmen.

Also, keine Angst, ich fange gaaanz einfach an, war ja schließlich auch mal ein kleines Mikroskop das viel lernen musste.

Bei einer Linse, einer Lupe und einem Mikroskop fängt alles ganz einfach beim Licht an, ohne dieses, das wisst Ihr schon, können wir nichts sehen. Auch ich als Mikroskop nicht! Also müssen wir erst einmal überlegen, warum wir eigentlich sehen können und was das Licht dabei für eine wich-
tige Rolle spielt. Als beste Lichtquelle ist uns die Sonne bekannt, eine riesig große Kugel, die weit im Weltall alles um sie herum beleuchtet, zumindest soweit wie das von ihr abgestrahlte Licht reicht. Wie die Sonne durch ein großes Teleskop aussieht, zeigt das nebenstehende Bild, der Uni-Bayreuth, ganz toll. Wenn Ihr immer schon mal wissen wollt, warum die Sonne so heiß ist und so viel Licht abstrahlt, dann schaut Euch das Bild einmal genau an. Es ist nämlich ein riesiger Feuerball der viele tausend Grad heiß ist. Die hellen Flecken, die Ihr auf dem Bild seht, sind die heißesten Stellen der Sonne. Rechts oben seht Ihr auch, wie die Sonne eine riesige Flamme ins Weltall schleudert. Alles was ihr zu nahe kommt, verbrennt unweigerlich. Je heller die Farbe, um so heißer. Was nun bei uns ankommt, ist neben anderen Strahlen auch die Lichtstrahlung. Die ist so hell, dass man nie

© UNI-Bayreuth
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mit ungeschützten Augen - auch nicht mit einer Sonnenbrille - direkt in die Sonne sehen darf. Die Augen werden sofort geschädigt oder man kann sogar erblinden. Also tut das nie! Selbst bei einer Sonnenfinsternis muss man durch Spezialbrillen die Sonne betrachten, so hell ist ihr Licht immer noch. Also hier bitte keine Experimente. Doch nun zurück zu unserem Sonnenlicht, welches wir ja zum sehen benötigen. Ganz Schlaue werden jetzt sagen, es gibt doch Taschen- und andere Lampen, damit erzeugen wir doch auch Licht und können sehen! Richtig, aber wir bleiben einfach erst mal bei unserem Sonnenlicht! Einverstanden?
Also, die Sonne sendet ihre Lichtstrahlen zur Erde. Elke, eine 14 jährige Schülerin hat gerade einen Einladungsbrief von Heike zu einer Geburtstagsparty bekommen und sitzt nun auf der Veranda und öffnet gespannt den Brief. Sie hält ihn in den Händen und das Sonnenlicht kann somit ungehindert auf den Brief scheinen. Das Bild nebenan zeigt, was da geschieht. Ich habe nur ein paar Lichtstrahlen eingezeichnet, aber so kann man das besser sehen und erklären. In Wirklichkeit fallen natürlich viele Millionen Lichtstrahlen auf das Papier! Dadurch wird das Blatt beleuchtet. Das Blatt nun strahlt - genauer reflektiert - überall da, wo es unbeschrieben ist, das Licht ebenfalls in Strahlen zurück. Einige dieser Strahlen finden nun ihren Weg auch in Elkes Auge. Da wo auf dem Papier aber die schwarzen Buchstaben stehen, werden keine Strahlen zurückgeworfen denn, das Schwarz der Buchstaben verschluckt das Licht!

Nun, wenn doch kein Licht von den Buchstaben reflektiert wird, wie konnten wir sie dann lesen, es fallen ja dann auch keine Lichtstrahlen in Elkes Auge, werden einige von Euch jetzt messerscharf überlegt haben.

Ja, das ist richtig und trotzdem können wir sie sehen. Denn sie bilden zum hellen Weis des Papiers einen sehr guten Kontrast!

Was is'n das? Kontrast?

Also, wären die Buchstaben so weis wie das Papier, könnten wir sie bestimmt nicht erkennen, denn sie würden ja genau so viel Lichtstrahlen reflektieren wie das Papier, da wäre doch kein Unterschied zu erkennen, oder. Diesen Unterschied (Hell zu Dunkel oder Weis zu Schwarz) nennt man Kontrast. Alles klar? Das kennt Ihr sicherlich auch aus dem Malunterricht. Wenn man Farben die ähnlich aussehen nebeneinander malt, erkennt man kaum einen echten Unterschied. Und dazu machen wir schnell nochmals ein kleines Experiment. Hier müsst Ihr aber nichts selbst machen, sondern einfach nur hinsehen!

 

Das Versteck - Experiment

Wetten, dass ich einfach Buchstaben verschwinden lassen kann? "Halt, da hast du was vergessen weiter zu schreiben!" Werdet Ihr jetzt sagen. Nein, ich habe nichts vergessen. Ihr könnt den Rest des Textes nur nicht sehen, da er die gleiche Farbe wie der Untergrund hat. Wollen wir nochmals wetten, dass Ihr den Text trotzdem lesen könnt?

Wie? Ganz einfach. Setzt den Mauszeiger direkt hinter "verschwin" an und haltet die linke Maustaste dabei gedrückt. Nun zieht Ihr bis zum "Halt" den Mauszeiger mit gedrückter Taste. Na, könnt Ihr den Text jetzt lesen? Bestimmt. Wenn Ihr das nochmals wiederholen möchtet, so setzt den Mauszeiger einmal bis vor den Wortanfang "verschin" und zieht wieder bis zum "Halt". Fällt Euch dabei etwas auf? Der Wortanfang ist plötzlich in heller Schrift auf dunklem Grund und danach in dunkler Schrift auf hellem Grund zu sehen. Denn auch umgekehrt funktioniert der Kontrast. Also, wenn weise Schrift auf schwarzem (dunklen) Grund steht. Hätte Heike also schwarzes Papier genommen, hätte sie auch in weiser Schrift den Brief schreiben können. So könntest Du also eine Email an Deinen besten Freund oder Freundin schicken ohne das andere diese lesen können. (Der Freund die Freundin müssen allerdings wissen, was Du da für einen Trick anwendest.) Einfach ganz normal eine Email schreiben - in Schwarz natürlich - dann den ganzen Text markieren und als Schriftfarbe Weis wählen. Sofort verschwindet die komplette Schrift. Der Empfänger muss nun nur den ganzen Text wieder markieren und kann ihn lesen. Also so eine Art Geheimtinte. Alle die die Mail unbefugt öffnen, sehen also nichts und meinen sie hätten eine leere Mail vor sich.

Wir merken uns also:

Wir können einen Gegenstand der beleuchtet wird nur dann sehen, wenn er im Kontrast zu seiner Umgebung ist. Das müssen wir uns unbedingt merken, denn gerade in der Mikroskopie ist der Kontrast eines der wichtigsten Dinge, um überhaupt etwas sehen zu können. Aber dazu kommen wir später nochmals zurück. Jetzt reicht es uns zunächst zu wissen:

  • Zum Sehen benötigen wir unbedingt eine gute Lichtquelle - hier die Sonne - .
  • Zum Sehen muss der Gegenstand den wir betrachten wollen in einem guten Kontrast zu seiner Umgebung stehen, sonst ist er unsichtbar. Die Umgebung kann entweder Hell und der Gegenstand Dunkel sein oder auch umgekehrt!

Da wir das nun als wichtige Wissensgrundlage verstanden und uns gemerkt haben, kommen wir nun zur Linse zurück. Denn um die geht es ja, oder?

Von unserem Wassertropfen-Experiment wissen wir ja bereits, dass dieser schon eine Linse ist, aber leider keine sehr gute. Zum einen ist die damit zu erzielende Vergrößerung nicht so toll und er verzieht den zu betrachtenden Buchstaben auch noch so sehr, dass wir ihn kaum wieder erkennen, zum anderen hält er auch nicht sehr lange. Eine Unvorsichtigkeit, eine falsche oder zu harte Bewegung und er löst sich in Wohlgefallen auf.

Was wir also benötigen, wäre eine Linse, die länger hält! Was bietet sich dafür denn wohl an? Es muss wie der Wassertropfen auch, vollkommen durchsichtig sein, darf aber nicht sofort kaputt gehen. Na, welches Material kennen wir denn, dass diesen Anforderungen entspricht?

Na klar, Glas! Kunststoff geht auch, und viele einfache Linsen sind heute bereits aus Kunststoff. Vor allem einfache Kinderlupen zum Beispiel.

Doch wir bevorzugen Glas als Material.

Im nebenstehenden Bild seht Ihr die Zeichnung zweier Linsen, so genannten "Sammellinsen". Bei der oben abgebildeten Linse könnt Ihr sehr gut erkennen, warum sie so benannt wurde, denn sie sammelt die eintretenden Lichtstrahlen und bündelt sie in ihrem Brennpunkt F ! Warum das "Brennpunkt" genannt wird, könnt Ihr mit einer Lupe selbst sehr schmerzvoll in Er-
fahrung bringen, wenn Ihr damit das Sonnenlicht direkt auf Eure Handfläche "projiziert = abbildet" und die Lupe soweit hebt oder senkt, bis sich der kleinste helle Fleck auf Eurer Haut zeigt. ACHTUNG: Verbrennungsgefahr! Also ganz vorsichtig und wenn es warm wird, sofort aufhören! Dieses Verhalten, hier der Linse, Licht zu bündeln besteht auch bei vielen Glasflaschen, vor allem durch den dicken und meist runden Boden. Schon aus diesem Grunde darf man Flaschen nicht achtlos fort- oder Kaputtwerfen und liegen lassen. Brandgefahr! Denn so, wie das gebündelte Licht Eure Haut verbrennt, kann es auch umliegende Gegenstände (Papier, Gras, abgestorbene Büsche usw.) in Brand setzten, sieht man einmal von der Umweltverschandelung und Verletzungsgefahr durch herumliegendes Glas ab. Glas verrottet schließlich nicht!
Das Bild der Linse oben war ja noch leicht zu verstehen, oder?

© 05/2004 Peter Bündgens (SYSTEM'S 2000)

Das Sonnenlicht, dargestellt durch die gelben Striche dringt auf der Vorderseite der Linse gerade ein und wird in der Mitte - senkrechter Strich durch die Linse - schräg abgewinkelt (Fachausdruck: gebrochen) und auf einen gemeinsamen Punkt, dem Brennpunkt F vereinigt. Dieser Punkt liegt, wie Ihr sehen könnt, genau in der horizontalen Mitte (waagerechter Strich durch die Linsen). Je nach Linsenform - mehr oder weniger rund - liegt dieser Punkt relativ kurz oder etwas weiter weg. Wie Ihr aber auch erkennen könnt, haben die Linsen 2 Brennpunkte. Bezeichnet mit F1 und F2. Ebenso stehen da noch klein f1 und klein f2 aufgetragen. Was könnte denn damit benannt werden? Wer weiß es? Na? Richtig, die Brennweite. Also die Strecke von der Linsenmitte zum Brennpunkt.

Doch, was um alles in der Welt, zeigt denn nun die untere Linsengrafik? Also, vereinfacht gesagt, die Linse erzeugt auf der rechten Seite ein Abbild (kleiner Pfeil rechts) des Gegenstandes (großer Pfeil links) auf der linken Linsenseite. Sie projiziert (= abbilden) mit dem einfallenden Licht auch Gegenstände, die in den einfallenden Lichtstrahlen stehen bzw. diese aussenden. "Wenn Ihr von Papa oder Mama fotografiert werden wollt, stellt Ihr Euch auch vor die Linse des Fotoapparates, genau so wie der große Pfeil auf dem Bild."

Um das zu verstehen, sollten wir einmal überlegen, warum man Gegenstände überhaupt sehen kann? Zunächst einmal kann man im Dunklen nur Gegenstände sehen, die selbst leuchten! Ihr wäret in absoluter Dunkelheit ja nicht zu sehen, das wisst Ihr doch schon, da Ihr eben nicht leuchtet. Sobald aber der Schein einer Lichtquelle auf Euch fällt, seit Ihr sofort sichtbar. Warum? "Na, weil wir angeleuchtet werden!" Werdet Ihr jetzt sicher antworten. Richtig und falsch zugleich, denn hättet Ihr ganz schwarze Sachen an und noch einen schwarzen Sack über dem Kopf, könnte man Euch trotz Licht nicht sehen, wenn der Hintergrund ebenfalls schwarz wäre, also kein Kontrast vorhanden ist. Das hatten wir weiter oben schon mal besprochen, erinnert Ihr Euch an die schwarzen Buchstaben? Das ist auch der Grund, warum Einbrecher meist dunkle Sachen anhaben, man kann sie einfach schlechter sehen, vor allem wenn es draußen dunkel ist. Gemein, nicht?

Also, erst, wenn Ihr farbige Sachen anhättet und keinen schwarzen Sack über dem Kopf, könnte man Euch sehen, wenn Ihr angeleuchtet werdet, selbst bei ganz schwarzem Hintergrund. Warum? Na ist doch ganz einfach, Euer Gesicht und die bunte Kleidung reflektiert wie das weise Papier das Licht, in diesem Falle zum Betrachter oder eben zur Linse hin und gleichzeitig bildet Ihr zum schwarzen Hintergrund noch einen guten Kontrast. Also, einen Teil der Lichtstrahlen, die auf Euch fallen, werft (reflektiert) Ihr bzw. Eure Kleidung zurück. Und die kann man nun sehen.

Wenn Ihr nun genau hingesehen habt, müsst Ihr feststellen, dass der kleine Pfeil auf der rechten Linsenseite auf dem Kopf steht. Genau das Gleiche würde auch mit Euch geschehen, wenn Ihr anstatt des Pfeils vor der Linse stehen würdet. Ihr ständet nicht nur auf dem Kopf, sondern wäret auch noch Seitenverkehrt. So wie in einem Spiegel.

Warum das so ist, erfahrt Ihr aber erst auf der nächsten "Linsen" Seite.

"Denn ich schlage vor, Ihr macht erst einmal ein kleines Päuschen, geht ein wenig draußen spielen, trinkt oder esst etwas und denkt dabei nochmals alles genau durch, was wir bisher besprochen haben. Einverstanden?

Ich laufe Euch ja nicht davon und Weiterlesen könnt Ihr später, oder Morgen immer noch, ich warte so lange auf Euch! Also los, Computer aus und raus an die frische Luft mit Euch! Denn so lange vor dem Computer schadet den Augen und den Muskeln. Hört auf so'n altes Mikroskop wie mich!"

"Wie? Ihr seit so neugierig, dass Ihr gleich weiterlesen wollt?" Wirklich?

"Na, dann also, hier gehts weiter!"          Fortsetzung nächste Seite
Na Klasse, schon 07232von Euch haben auch die zweite Seite studiert! Prima!