Die einfache Lupe: Winkelvergrößerung
1 · Vorhersagen
Bei einer einfachen Lupe, die man mit entspanntem Auge benutzt, liegt das Objekt genau im Brennpunkt der Linse. Ermöglicht ein Objektiv mit kürzerer Brennweite eine höhere oder geringere Winkelvergrößerung?
- Eine kürzere Brennweite führt zu einer geringeren Vergrößerung.
- Die Vergrößerung hängt nicht von der Brennweite des Objektivs ab.
- Höher – eine kürzere Brennweite ermöglicht es Ihnen, viel näher an das Objekt heranzukommen, als es der Nahpunkt des Auges ohne Hilfsmittel zuließe, wodurch eine größere scheinbare Winkelgröße entsteht.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Preset für die einfache Lupe und drücken Sie „Zurücksetzen“. Das Objekt liegt genau im Brennpunkt des Objektivs (Betrachtung mit entspanntem Blick, virtuelles Bild im Unendlichen).
- Aktivieren Sie die Anzeige der Winkelvergrößerung.
- Stellen Sie die Brennweite des Objektivs für jeden Versuch ein und notieren Sie die resultierende Winkelvergrößerung.
3 · Daten sammeln
| Objektivbrennweite f (cm) | Winkelvergrößerung M |
|---|---|
| 5.00 | |
| 10.00 | |
| 15.00 |
Zeichnen Sie M (y-Achse) gegen 1/f (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf. Geht die Linie gerade durch den Ursprung?
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch M = N/f mit dem Standard-Nahpunktabstand N = 25 cm. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum eine kürzere Brennweite zu einer höheren Vergrößerung führt: Dadurch kann das entspannte Auge das Objekt aus viel größerer Nähe betrachten, als es sein eigener Nahpunkt ohne Hilfsmittel jemals erlauben würde, wodurch das Objekt einen viel größeren Winkel abdeckt.
5 · Vertiefen
- Lupen mit sehr kurzer Brennweite (die ein hohes M ergeben) haben auch sehr kurze Arbeitsabstände (das Objekt berührt fast die Linse), was ab einer bestimmten Vergrößerung unpraktisch wird. Erklären Sie, warum Juwelierlupen und einfache Handlupen selten einen Wert von etwa 10×–20× überschreiten.
- Für eine viel höhere Vergrößerung, als sie mit einer einfachen Linse praktisch erreicht werden kann, greifen Optikdesigner auf Verbundsysteme (wie das Verbundmikroskop-Experiment) um. Erklären Sie, warum die Verkettung zweier mittlerer Vergrößerungsstufen anstelle der Verwendung eines Objektivs mit extrem kurzer Brennweite die praktische Lösung ist.
Die Physik hinter diesem Experiment
Einfache Lupe, Winkelvergrößerung
Eine Lupe, die mit entspanntem Auge verwendet wird, wobei sich das Objekt im Brennpunkt befindet, erreicht eine Winkelvergrößerung M = N/f, wobei N = 25 cm der Standard-Nahpunktabstand ist. Eine kürzere Brennweite bedeutet eine höhere Vergrößerung.