NT (Phy)-7: (1.2.5) Der Strahlengang bei Sammel

NT (Phy)-7: (1.2.5) Der Strahlengang bei Sammel- und Zerstreuungslinsen
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Kapitel: 1. Einführung in die Optik / 1.2 Licht an Grenzflächen
Schon die Wikinger fertigten aus geschliffenen Bergkristallen erste "Brenngläser", mittels derer man Feuer entzündet
hatte. Man nennt diese Brenngläser auch Linsen aufgrund der Ähnlichkeit ihrer Form zu den gleichnamigen
Hülsenfrüchten.
Optische Linsen sind durchsichtige Körper, meist aus Glas oder Kunststoff, die auf zwei Seiten durch Teile einer
Kugeloberfläche begrenzt sind. Daher spricht man auch von sphärischen Linsen.
Man unterscheidet dabei zwei wesentliche Gruppen von Linsen, die sich durch die äußerlich wahrnehmbare Form, den
Strahlenverlauf und die optische Wirkung unterscheiden:
① Sammellinsen (Konvexlinsen)
Konvexlinsen sind in der Mitte dicker als am Rand. Sie lassen ein paralleles Lichtbündel
durch die Linse konvergent, also zusammenlaufend, werden, weshalb man sie
Sammellinsen nennt. Das Lichtbündel wird dabei auf einen Punkt, den Brennpunkt,
verengt, ehe es sich wieder weitet.
Beim Durchlaufen einer Linse wird das Licht an der Vorder- und Rückseite gebrochen.
Im Modell kann man die beiden Brechungen an dünnen Linsen zu einer einzigen
Brechung an der Mittelebene der Linse zusammenfassen. Lichtstrahlen, die durch den
Mittelpunkt einer Linse fallen, werden nicht abgelenkt, sondern behalten ihre Richtung
bei.
Senkrecht auf der Mittelebende der Linse steht die optische Achse, die als
Symmetrieachse durch den Mittelpunkt der Linse geht. Fallen in einer Sammellinse
Lichtstrahlen parallel zur optischen Achse ein, so werden sie alle zum selben Punkt auf
der optischen Achse gelenkt. Diesen Punkt bezeichnet man als Brennpunkt F. Seinen
Abstand von der Mittelebene der Linse nennt man Brennweite f.
Auch Lichtstrahlen, die parallel verlaufen und schräg zur optischen Achse auf die
Sammellinse treffen, laufen hinter der Sammellinse in einem Punkt zusammen. Je nach
Einfallsrichtung erhält man verschiedene Punkte, die alle zusammen mit dem
Brennpunkt in einer Ebene, der Brennebene, senkrecht zur optischen Achse liegen.
Jeder Punkt auf der Brennebene hat dieselbe Brennweite f.
Lichtwege beim Durchgang durch Sammellinsen sind umkehrbar, daher hat jede Linse zwei symmetrische
Brennpunkte F und Brennebenen mit derselben Brennweite f auf beiden Seiten der Linse. Deshalb verlaufen alle
Lichtstrahlen, die vor der Linse durch einen Brennpunkt F gehen, nach der Linse parallel zur optischen Achse.
Auch bei Linsen mit zwei unterschiedlich gekrümmten Oberflächen ändern die beiden Brechungen den Lichtweg stets
so, dass es gleichgültig ist, welche Seite der Linse vom Licht zuerst getroffen wird. Je stärker die Krümmung der
Linsenoberfläche ist, desto stärker wird die Ablenkung und desto kürzer wird die Brennweite der Linse.
② Zerstreuungslinsen (Konkavlinsen)
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Konkavlinsen sind in der Mitte dünner als am Rand. Sie lassen ein paralleles
Lichtbündel nach Durchlaufen der Linse auseinander laufen und werden daher auch
Zerstreuungslinsen genannt.
Auch bei Zerstreuungslinsen gibt es auf jeder Seite der Linse
einen Brennpunkt F auf der optischen Achse. Alle Lichtstrahlen,
die parallel zur optischen Achse auf eine Zerstreuungslinse
treffen, werden von ihr so umgelenkt, als ob sie vom selben
Brennpunkt F vor der Zerstreuungslinse kämen. Im Gegensatz
zu Sammellinsen erhält die Brennweite f bei Zerstreuungslinsen
immer einen negativen Wert.
Gymnasium Bayern (G8) · Kurs: Natur und Technik (Physik) 7 · © Philipp Gillemot, Bonn 2014
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