Der Brennpunkt: Wo Bilder in die Unendlichkeit entkommen
1 · Vorhersagen
Was passiert mit der Bildentfernung, wenn sich ein Objekt der Brennweite einer Sammellinse von außerhalb nähert?
- Der Bildabstand schrumpft gegen Null.
- Der Bildabstand bleibt in etwa konstant.
- Der Bildabstand wächst unbegrenzt und divergiert bis ins Unendliche, sobald das Objekt den Brennpunkt erreicht.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Fokuspunktvoreinstellung und drücken Sie Zurücksetzen. Die Brennweite des Objektivs ist auf 10 cm festgelegt.
- Aktivieren Sie die Bildentfernungsanzeige.
- Stellen Sie die Objektentfernung für jeden Versuch ein (Annäherung an die Brennweite von darüber hinaus) und notieren Sie die Bildentfernung.
3 · Daten sammeln
| Objektabstand d_o (cm) | Bildabstand d_i (cm) |
|---|---|
| 11.00 | |
| 12.00 | |
| 15.00 |
Zeichnen Sie für Ihre drei Versuche den Bildabstand d_i (y-Achse) gegen den Objektabstand d_o (x-Achse) auf. Schießt es nach oben, wenn d_o sich 10 cm nähert?
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch d_i = d_o·f/(d_o − f) mit f = 10 cm. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie anhand der Dünnlinsengleichung, warum d_o − f, das sich Null nähert (von der positiven Seite), d_i in Richtung positiver Unendlichkeit schickt.
5 · Vertiefen
- Wenn das Objekt genau im Brennpunkt sitzt, verlassen die Strahlen die Linse vollkommen parallel – ein Bild „im Unendlichen“. Erklären Sie, warum ein Leuchtturm oder Suchscheinwerfer seine Glühbirne genau im Brennpunkt der Linse (oder des Spiegels) platziert.
- Dieser genaue Aufbau – eine Quelle im Brennpunkt, die parallele Ausgangsstrahlen erzeugt – wird Kollimator genannt und dient zur Erzeugung paralleler Strahlen für Laborinstrumente. Warum benötigen Wissenschaftler für bestimmte Experimente möglicherweise einen Strahl perfekt parallelen Lichts?
Die Physik hinter diesem Experiment
Gleichung einer dünnen Linse in der Nähe des Brennpunkts
Wenn sich die Objektentfernung d_o der Brennweite f nähert, geht der Nenner (d_o − f) in d_i = d_o·f/(d_o − f) gegen Null, wodurch die Bildentfernung ins Unendliche geht – das Bild „entweicht“ zu einem Punkt im Unendlichen.