Heinrich{Heine{Universit at D usseldorf

Heinrich{Heine{Universitat Dusseldorf
Physikalisches Praktikum fur Nebenfachstudenten
Versuch 512: Augenmodell
Aufgabe: a) An einem dem menschlichen Auge analogen Modell sind die Brennweiten und Brechkrafte fur die Gesamtsysteme \nah\ und \fern\ und die zugehorigen Einzelkomponenten (\Hornhaut\ und \Augenlinse\) zu bestimmen.
b) Die Nahpunkte sind fur das normalsichtige, kurzsichtige und weitsichtige Augenmodell experimentell zu ermitteln und mit den mit Hilfe der Abbildungsgleichung (s.u.)
berechneten zu vergleichen. Theoretisch uberlege man, wie sich der Fernpunkt bei
fehlsichtigem (kurz- bzw. weitsichtigem) Auge verschiebt.
Vorausgesetzte Kenntnisse:
1. Grundbegrie der geometrischen Optik: Reexions-, Brechungsgesetz, Denition Brechzahl.
2. Abbildung von Linsen: Denition von Hauptebene, Brennweite und Bestimmung der Brennweite, Bild- und Gegenstandsweite; Einstellung eines parallelen Strahlenganges durch Autokollimation.
3. Verallgemeinerte Denition der Brechkraft und Form der Abbildungsgleichung, wenn Gegenstands- und Bildraum durch Medien unterschiedlicher Brechzahl ausgefullt werden. Brechkraft
bei der Kombination von Linsen (= Linsensysteme).
4. Aufbau des menschlichen Auges, abbildende Eigenschaften und Akkomodation; Ursachen, Wirkung und Korrektur von Augenfehlern.
Erlauterungen zur Versuchsdurchfuhrung und Auswertung:
Das menschliche Auge stellt ein optisches System dar, bestehend aus einer von zwei verschiedenen
Medien begrenzten Linse (Hornhaut) und einer beidseitig im (nahezu) gleichen Medium bendlichen
Linse (Augenlinse). Das vorliegende Augenmodell bildet das optische System des Auges mit einer
wassergefullten (=^ Kammerwasser und Glaskorper) Plexiglaswanne nach, in deren Stirnseite eine
spharische Glasache die Hornhaut des Auges simuliert und in die ein Schirm als Augenhintergrund
und je eine Linse zur Bestimmung des Fern- und Nahpunktes des Systems eingehangt werden konnen
(vgl. vC/Kl, S.216).
Wird eine Linse bzw. ein Linsensystem nicht beidseitig vom gleichen Medium umgeben, so sind die
gegenstandsseitige Brennweite f und die bildseitige Brennweite f verschieden und verhalten sich
wie die zugehorigen Brechzahlen (n,n ). Fur die verallgemeinerte Denition der Brechkraft gilt:
n
n
=
=D
D =
f
f
Ein System aus zwei nahe beieinander angeordneten Linsen mit den Brechkraften D1 = n =f1
und D2 = n =f2 lasst sich durch eine aquivalente Linse mit der Brechkraft D ersetzen, fur die
naherungsweise gilt:
D = D1 + D2
Die Abbildung eines Gegenstandes mit einem Linsensystem erfolgt nach der allgemeinen Form der
Abbildungsgleichung mit der Gegenstandsweite a und der Bildweite a .
f
f
n n
+
=
1
bzw.
+ a =D
a
a
a
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Hinweis: Zusatzlich konnen Sie die Wirkungsweise von Brillenglasern bei fehlsichtigem Auge untersuchen. Durch
Hintereinandersetzen von zwei Brillenglasern lasst sich auerdem die praktische Anwendung von Gleichung
(2) zeigen. Mit einer Lochblende konnen Sie (analog zur Pupille des Auges) den Tiefenscharfebereich fur
das Modell vergroern.
Literatur:
van Calker/Kleinhan: Physikalisches Kurspraktikum fur Mediziner und Naturwissenschaftler (1989),
S. 201-208 u. 215-217
Geschke:
Physikalisches Praktikum (2001)
Tipler:
Physik fur Wissenschaftler und Ingenieure (2006)