Das afokale Teleskop: Zwei Linsen, keine Nettofokussierung
1 · Vorhersagen
Bei einem afokalen (Kepler-)Teleskop werden Objektiv und Okular so platziert, dass ihre Brennpunkte übereinstimmen – paralleles Licht rein, paralleles Licht raus. Ergibt eine kürzere Okularbrennweite eine höhere oder geringere Teleskopvergrößerung?
- Ein kürzeres Okular ergibt eine geringere Vergrößerung.
- Die Brennweite des Okulars hat keinen Einfluss auf die Vergrößerung.
- Höher: Die Vergrößerung ist das Verhältnis der Brennweite des Objektivs zur Okularbrennweite. Wenn Sie also die Brennweite des Okulars verkleinern, erhöht sich das Verhältnis.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Teleskopvoreinstellung und drücken Sie Zurücksetzen. Das Ziel hat f = 100 cm; Die beiden Linsen sind durch ihre kombinierten Brennweiten getrennt (afokaler Zustand).
- Aktivieren Sie die Anzeige der Winkelvergrößerung.
- Stellen Sie die Brennweite des Okulars für jeden Versuch ein (Objektiv auf f = 100 cm fixiert) und notieren Sie die resultierende Vergrößerung.
3 · Daten sammeln
| Okularbrennweite f_e (cm) | Winkelvergrößerung M |
|---|---|
| 10.00 | |
| 20.00 | |
| 30.00 |
Zeichnen Sie M (y-Achse) gegen 1/f_e (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf.
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch M = −f_o/f_e mit f_o = 100 cm. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum die Vergrößerung negativ ist (ein invertiertes Bild, typisch für ein einfaches Kepler-Teleskop) und warum eine kürzere Okularbrennweite die Größe von M erhöht.
5 · Vertiefen
- Im Gegensatz zum Okular (das die Vergrößerung einstellt) bestimmt der Durchmesser der OBJEKTIV-Linse (in diesem Modell nur mit Brennweite nicht angezeigt), wie viel Licht das Teleskop sammelt und wie hoch sein endgültiges Auflösungsvermögen ist. Erklären Sie, warum Astronomen mehr Wert auf die Apertur (Objektivdurchmesser) eines Teleskops legen als nur auf dessen Vergrößerung.
- „Afokal“ bedeutet, dass paralleles einfallendes Licht paralleles austretendes Licht erzeugt – das Teleskop selbst hat keine einzige Gesamtbrennweite, anders als ein Kameraobjektiv oder eine Lupe. Erklären Sie, warum dieses Design ideal ist, um sehr weit entfernte Objekte (effektiv im Unendlichen) mit entspanntem Auge zu betrachten.
Die Physik hinter diesem Experiment
Winkelvergrößerung des Teleskops
Die Winkelvergrößerung eines afokalen Kepler-Teleskops beträgt M = −f_o/f_e, das Verhältnis der Brennweite des Objektivs zur Brennweite des Okulars. Ein längeres Objektiv oder ein kürzeres Okular erhöhen beide die Vergrößerung.