Das Auge - Didaktik der Physik
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Das Auge Physikalische Sichtweisen von Nina Völkel Marcel Pösselt und Thomas Stenzel Roter Faden Entwicklung des Auges vom Einzeller zum Menschen Das menschliche Auge Fehlsichtigkeiten beim menschlichen Auge Was ist ein Auge? Lichtsinnesorgan Reiz: EM-Wellen 200 – 800 nm Sehfarbstoffe absorbieren Energie (Rezeptorzellen) Zunehmende Konzentration → erhöhte Empfindlichkeit Verschiedenste Erscheinungsformen Augenflecke Vereinzelte Rezeptoren an bestimmten Stellen oder ganzem Körper verbunden mit Nervensystem nur Hell-Dunkel-Wahrnehmung ggf. Wahrnehmung der Lichtstärke Würmer, Muscheln, Seesterne etc. Das Flachauge Lichtsinneszellen in Gruppen reagieren teilw. auf unterschiedliche Wellenlängen / Intensitäten ungefähres Richtungssehen durch Position am Körper z.B. Quallen Das Becherauge (1) Sehzellen liegen vom Licht abgewandt in einem Becher aus lichtundurchlässigen Pigmentzellen Richtungssehen möglich neurale Verrechnung unterschiedlich lokalisierter Augen z.B. Lanzettenfischchen Das Becherauge (2) mehrere Sinneszellen in einem Becher spezifisches Muster je nach Einfallsrichtung ein Auge genügt zum Richtungssehen z.B. Strudelwurm Das Napfauge Sinneszellen dem Licht zugewandt Weiterentwicklung des Flachauges ermöglicht Bestimmung der Intensität und der Einfallsrichtung des Lichts, aber kein Bildsehen z.B. Schnecken Das Lochauge verbessertes Napfauge (Netzhaut) Prinzip der Lochkamera Bildsehen und Entfernungssehen, allerdings lichtschwach und unscharf z.B. einige Tintenfische Das Blasenauge Augeninnenraum vollständig vom Außenmedium abgeschlossen (Hornhaut) mit lichtdurchlässigen Sekreten gefüllt (Linse ohne Akkommodation) evolutionäre Vorgänger des Auges der Wirbeltiere z.B. höhere Tintenfische, Schnecken Das Facettenauge Gesamtbild ist ein Mosaik aus allen Einzelbildern Anzahl: einige Hundert bis zu einigen Zehntausend Auflösung durch Anzahl der Einzelaugen begrenzt → weit geringer als Linsenauge zeitliche Auflösung bei Facettenaugen weit höher sein als bei Linsenaugen (ca. zehnmal so hoch) Farbempfindlichkeit in den UV-Bereich verschoben größtes Blickfeld aller bekannten Lebewesen z. B. Spinnen, Insekten etc. lassen sich in Evolutionsgeschichte nicht einordnen Das menschliche Auge Äußere Augenhaut Hornhaut: - Brechkraft in Luft: 41 Dioptrien Lederhaut: - das weiße des Auges - setzen Augenmuskeln an Mittlere Augenhaut Iris = Regenbogenhaut: - bildet Pupille, Blende - reguliert Lichteinfall Aderhaut: - versorgt anliegende Schichten mit Nährstoffen Mittlere Augenhaut Ziliarkörper: - dient zur Aufhängung der Linse und Akkommodation Innere Augenhaut Netzhaut: - enthält Lichtsinneszellen - Blinder Fleck - Gelber Fleck Blinder Fleck Stelle der Netzhaut, an der keine Lichtsinnzellen sitzen → Sehnerv Gelber Fleck Größte Dichte an Sehzellen Mitte der Netzhaut Durchmesser 5 mm Stäbchen und Zapfen Bilderzeugung Häufige Darstellung nur mit Brechung durch die Augenlinse Optische Daten des menschlichen Auges Brechzahlen: - Kammerwasser und Glaskörper: 1,3365 - Linse: 1,42 – 1,46 Optische Daten des menschlichen Auges Brennwerte: - bei Fernakkommodation: insgesamt ca. 58 dpt durch Hornhaut/Kammerwasser: 41 dpt durch Linse 17 dpt (29% des Gesamtwertes) Optische Daten des menschlichen Auges Brennwerte: - bei Nahakkommodation auf 0,1m insgesamt ca. 68 dpt durch Hornhaut/Kammerwasser: 41 dpt durch Linse 27 dpt Bessere Darstellung Hornhaut und Augenlinse als Kombi-Linse - je nach Zustand plankonvex oder bikonvex - Abhängig von Akkommodation Akkommodation Nah- und Ferneinstellung durch Änderung der Linsenkrümmung Akkommodation Akkommodation schematisch Das Normalsichtige Auge • • • • Vertikaler Durchmesser des Augapfels: 24 mm Krümmungsradius der Hornhaut: 8 mm Durchmesser der Linse: ca. 10 mm Dicke der Linse: 3,6 – 4,4 mm Kurzsichtigkeit Kurzsichtigkeit Augenachse anormal lang oder Brechkraft der Medien zu stark. Fernpunkt in endlicher Entfernung vom Auge Nahpunkt näher am Auge Weitsichtigkeit Weitsichtigkeit Augenachse anormal kurz oder Brechkraft der Medien zu schwach Nahe Gegenstände unscharf Dadurch meist leichtes Schielen Weit entfernte Gegenstände leicht unscharf Weitere Typen von Fehlsichtigkeit Stabsichtigkeit durch unregelmäßige Hornhautform Altersweitsichtigkeit durch abnehmende Akkommodationsfähigkeit Statistische Daten 19% 40% 9% 32% Normalsichtig Kurzsichtig Weitsichtig Altersweitsichtig Mögliche Ursachen von Fehlsichtigkeit Zusammenhang zwischen Lesen und Entstehen von Kurzsichtigkeit Schlafen bei Licht fördert das Längenwachstum des Augapfels Korrektur von Kurzsichtigkeit Korrektur von Weitsichtigkeit Korrektur von Fehlsichtigkeit Für Kurzsichtige konkave Linsen (Zerstreuungslinsen) Für Weitsichtige konvexe Linsen (Sammellinsen) Die Dioptrienzahl Positive dtp: Sammellinse Negative dtp: Zerstreuungslinse Brillenstärke in dtp ist gleich dem Kehrwert der Brennweite in Metern In der Regel Stärken zwischen -7 und +4 Dioptrien Rechenbeispiel am Modell Länge normalsichtiges Auge: 0,17 m entspricht: 5,88 dpt Länge weitsichtiges Auge: 0,15 m entspricht: 6,45 dpt Es fehlen: 6,45 dpt – 5,88 dpt = 0,57 dpt entspricht: 1,75 m Quellen Unterricht Physik (Nr. 56, 82, 85 und 86) www.wikipedia.de div. 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