Das Auge

Lichtdetektive
Das Auge
Das Auge
Unser Auge ist sehr kompliziert aufgebaut. Um zu verstehen, wie es funktioniert,
haben wir einige Experimente für dich vorbereitet:
 Bevor du mit dem Experimentieren anfängst, schau dir das Bild zum Aufbau
unseres Auges an und vergleiche es mit dem Augenmodell, das auf dem Tisch
steht.
Aufbau unseres Auges
Augenmodell
Wie erkennt unser Auge eigentlich bunte Farben?
Auf der Netzhaut befinden sich 126 Millionen (das sind 126 000 000) Sinneszellen.
120 Millionen davon werden Stäbchen genannt. Sie reagieren schon auf sehr
schwache Lichtreize, geben aber keine Information über Farben ab. Die erkannten
Schatten und Umrisse werden nur in Graustufen erfasst. Die restlichen 6 Millionen
Sinneszellen heißen Zapfen. Sie reagieren unterschiedlich stark auf verschiedenfarbiges Licht. In der Mitte der Netzhaut befinden sich die Zapfen, am Rand die
Stäbchen.
Auf der Netzhaut befinden sich 126 Millionen (das sind 126 000 000) Sinneszellen.
Die 120 Millionen Stäbchen reagieren auf Schatten und Umrisse, die 6 Millionen
Zapfen reagieren dagegen auf farbiges Licht. Die Zapfen befinden sich in der Mitte
der Netzhaut, die Stäbchen dagegen sind am Rand.
1
Lichtdetektive
Das Auge
Die Hornhaut
ist die äußerste Schicht des Auges. Sie ist durchsichtig und
leicht gekrümmt. Kennst du ihre Aufgabe?
a) Experiment: Nimm die Brille für Kurzsichtige in die Hand und bewege sie über
diesen Text!
b) Ergebnis - Was ist dir aufgefallen?
Die Schrift ist deutlich zu erkennen. Durch das getönte Glas erscheint das Bild gelbbraun. Je näher die Brille vom Text weg und hin zum Auge gezogen wird, um so
kleiner wird die Schrift und das gesamte Bild. Die reale Größe der Schrift (des Bildes)
wird nicht überschritten. Setzt man die Brille ganz auf, wird alles unscharf.
2
Lichtdetektive
Das Auge
Die Pupille ist die Öffnung, durch die das Licht ins Auge fällt.
Kennst du ihre Aufgabe?
Für dieses Experiment brauchst du den mit schwarzem Klebeband verklebten Eimer,
die drei schwarzen Kartons mit jeweils einem ausgeschnittenen Loch, die Lampe und
die Spielfigur.
Versuchsaufbau:
Stelle die Spielfigur auf das runde Plättchen und beleuchte sie mit der Lampe.
Setze dich gegenüber der Lampe hin und nimm den Eimer in die Hand. Die
Eimerunterseite (Seite mit dem Loch) zeigt zur Spielfigur, die Eimerinnenseite
(das weiße Papier) zeigt zu dir. Setze das Kartonstück mit dem größten Loch vor
das große Loch in der Eimerunterseite.
Versuchsanleitung:
Finde die Spielfigur auf deiner „Leinwand”!
Erkennst du etwas?
Die Spielfigur sieht man als großen Fleck auf der Leinwand, Näheres erkennt
man jedoch nicht.
Setze danach die anderen Kartonstücke vor das große Loch im Eimer.
Was hat sich verändert?
Je kleiner das Loch wird, umso kleiner und dunkler wird der Fleck. Die Figur ist
jedoch deutlicher zu erkennen.
Durch welches Loch erkennst du die Spielfigur am Besten?
Am Hellsten durch das große Loch, am „Schärfsten” durch das kleine Loch.
Steht die Spielfigur auch hier auf dem Kopf?
Ja, die Beine „hängen” oben.
3
Lichtdetektive
Das Auge
Erklärung:
Schaut euch das Bild gemeinsam an und versucht, es zu verstehen!
Experiment mit der Lochbrille:
Setze deine Brille ab, falls du eine trägst. Betrachte nun eine Stelle, die du ohne
Brille unscharf siehst (zum Beispiel direkt vor deinen Augen) und setze die Lochbrille
auf! Siehst du einen Unterschied?
Das Bild wird wieder scharf.
Überlege dir, welche Vor- und Nachteile eine Lochbrille hat!
Vorteile
nicht zerbrechlich
kratzfest
billiger
Nachteile
Bild ist dunkler
Brille sieht nicht schön aus
Augen sieht man nicht mehr.
Auf dem Tisch liegt noch eine weitere Lochbrille. Diese hat auf jeder Seite nur ein
Loch. Funktioniert das Experiment zur Lochbrille auch hier?
Vermutung:
Probiere es aus!
Ergebnis: Ja, es funktioniert.
4
Lichtdetektive
Das Auge
Warum ist das so? – Oder warum erkennst du keinen
großen Unterschied?
Nimm das laminierte Blatt mit dem Querschnitt des Auges zur Hand. Bei
normalsichtigen Menschen funktioniert das Auge optimal.
Schalte die Lampe an und platziere sie so, dass der mittlere Strahl auf der
eingezeichneten Linie liegt. Lege dann die Linse 1 passend (mittig auf die
gestrichelte Linie bei O2) auf das Blatt.
Was beobachtest du?
Die Strahlen treffen auf der Netzhaut in einem Punkt zusammen.
Nur wenn die Strahlen so auf die Netzhaut treffen, bekommt man auch ein scharfes
Bild.
Was passiert bei fehlsichtigen Menschen?
Lege dafür statt der Linse 1 die Linse 2 oder Linse 3 in der gleichen Position auf das
Blatt!
Was hat sich nun verändert?
Linse 2: Die Strahlen treffen bereits vor der Netzhaut in einem Punkt zusammen.
Linse 3: Die Strahlen treffen erst hinter der Netzhaut in einem Punkt zusammen.
Was heißt das für das Bild?
Das Bild ist scharf.

Das Bild ist unscharf.

Setzt man die Lochbrille auf, so werden einige Strahlen ausgeblendet.
Was passiert, wenn in unserem Modell (benutze wieder Linse 2 oder 3) die äußeren
Strahlen ausgeblendet werden?
Lege dazu die braunen Aufstelldreiecke vor die entsprechenden Strahlöffnungen!
Wie verändert sich die Auftrefffläche der Strahlen auf der Netzhaut?
Die Strahlen liegen näher beieinander.
Die Strahlen sind weiter auseinander.


Wird das Bild (in unserer Wahrnehmung) dadurch schärfer oder unschärfer?
Da die Strahlen näher beieinander liegen, wird das Bild schärfer.
5
Lichtdetektive
Das Auge
Setze folgende Wörter in die passenden Lücken:
klein
scharf
dunkel
Netzhaut
in einem Punkt
Trifft nur noch der mittlere Lichtstrahl auf unser Auge ( Lochbrille mit nur einem
Loch), so ist das Bild zwar scharf, da das Licht nur in einem Punkt auf der
Netzhaut auftrifft, aber dafür ist das Bild dunkel und sehr klein.
Experiment - Wie reagiert die Pupille auf Licht?
Diesen Versuch führt ihr am Besten zu zweit durch. Ihr braucht dazu nur die Lampe
(Die BP prüft davor, ob die Lampe heiß ist!).
Setzt euch einander gegenüber und stellt die Lampe zwischen euch. Schaue deinem
Partner oder deiner Partnerin direkt in die Augen.
Wie verändert sich die Pupille beim Ein- und beim Ausschalten der Lampe?
Die SuS können hier einfach ihre Beobachtungen aufschreiben. Der Merksatz steht
bereits unten.
Auf eurem Tisch liegt eine Blende. Drehst du an ihrem Hebel, so wird das Loch
größer oder kleiner. In unserem Augenmodell wird die Pupille durch eine Blende
dargestellt.
6
Lichtdetektive
Das Auge
Der Sehvorgang
Stelle nun die Lampe vor den Gegenstand und schalte sie an!
Auf der Netzhaut siehst du nun ein Bild. Kelvin hat es für dich so beschrieben:
Ist das Bild auf der Netzhaut tatsächlich
nicht mehr bunt?
Ja

Nein

Ist das Bild seitenverkehrt?
Ja

Nein

Hat sich noch etwas verändert?
Das Bild steht auf dem Kopf. Die
Spielfigur ist auf der Netzhaut vergrößert
dargestellt.
Die Linse
Im letzten Experiment konntest du die Spielfigur auf der Netzhaut relativ scharf
sehen. Für diese Schärfe sind die Hornhaut und die Linse verantwortlich.
Experiment: Was passiert, wenn du die Linse aus dem Augenmodell herausnimmst?
Vermutung:
Probiere es aus! Nimm die Linse aus dem Augenmodell heraus.
Ergebnis: Das Bild wird unscharf. Ansonsten ändert sich nichts.
Bei Fehlsichtigen ist die Linse leicht verändert. Du hast dies bereits im Experiment
zur Lochbrille untersucht. Um wieder scharf sehen zu können, tragen Fehlsichtige
eine Brille.
7
Lichtdetektive
Das Auge
Kurzsichtigkeit:
Bei kurzsichtigen Menschen ist entweder der Augapfel zu lang, oder die Brechkraft
der Linse ist zu stark. Sie sehen nahe Gegenstände gut, in die Ferne sehen sie
schlecht.
Nimm wieder das laminierte Blatt mit dem Querschnitt des Auges zur Hand. Lege wie
vorher die Linse 2 passend (mittig auf die gestrichelte Linie bei O2) auf das Blatt.
Zeichne deine Beobachtung in das Bild ein. Lichtstrahlen von nahen Gegenständen
landen bereits auf der Netzhaut.
Das scharfe Bild entsteht vor der Netzhaut des Auges, da die Strahlen schon vorher
in einem Punkt zusammentreffen.
Eine Brille besteht aus zwei Linsen. Probiere nun aus, welche Form die Linsen bei
kurzsichtigen Menschen haben!
Falls du bereits an der Station zu den Lichtwegen warst, kannst du die Aufgabe
bestimmt sofort lösen!
Lege entweder Linse 4 oder Linse 5 mittig auf die gestrichelte Linie bei O1.
Hinweis: Damit das Bild wieder scharf wird, müssen alle Lichtstrahlen in einem
Punkt auf der Netzhaut zusammenkommen.
Welche Linse lässt das Bild scharf aussehen? Kreuze an!
8
Lichtdetektive
Das Auge
Weitsichtigkeit:
Bei Menschen, die weitsichtig sind, ist entweder der Augapfel zu kurz oder die
Brechkraft der Linse zu schwach. Sie sehen in die Nähe schlecht und in die Ferne
gut.
Lege die verwendeten Linsen beiseite und Linse 3 passend (mittig auf die
gestrichelte Linie bei O2) auf das Blatt.
Zeichne deine Beobachtung in das Bild ein. Lichtstrahlen von fernen Gegenständen
landen bereits auf der Netzhaut.
Das scharfe Bild entsteht erst hinter der Netzhaut, da die Strahlen hinter der
Netzhaut in einem Punkt zusammentreffen.
Welche Linsen tragen weitsichtige Menschen in ihrer Brille?
Probiere es aus und kreuze die passende Linse an!
9