Physics 4 you Oberstufenaufgabe
Lupe unter Wasser
Heute befassen wir uns mit einem Thema, das Du vielleicht noch aus der Mittelstufe kennst: Der Lichtbrechung.
Wenn ein Lichtstrahl von einem Medium in ein anderes mit unterschiedlichem Brechungsindex übergeht, wird er gebrochen.
Wohin das Licht gebrochen wird, hängt dabei vom Unterschied der Brechungsindizes beider Medien und dem Einfallswinkel des Strahls auf die Grenzfläche ab. Berechnen lässt sich der Weg des gebrochenen Lichtstrahls dann über das "snellius'sche Brechungsgesetz".
Das Phänomen der Lichtbrechung ist auch entscheidend für die Funktion einer Linse. Licht kann anhängig von der Linsenform und der Stelle, an der es auf die Linse trifft in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden. Dadruch lassen sich Lichtstrahlen mit Hilfe von Linsen in viele unterschiedliche Formen bringen und natürlich auch fokussieren.
So weit, so alltäglich. Das folgende Rätsel könnte trotzdem deine grauen Zellen anregen ;)
Lupe unter Wasser
Was passiert, wenn Du eine Lupe (bei ansonsten gleichen Bedingungen, wie an der Luft) unter Wasser benutzt?
- Die Vergrößerung ist schwächer als an der Luft
- Die Vergrößerung ist stärker als an der Luft
- Die Vergrößerung ist in beiden Fällen genau gleich
- Die Abbildung wird unscharf
Lösung:
Richtig ist Antwort a. Eine Lupe funktioniert auch unter Wasser, allerdings ist ihre Vergrößerung schwächer.
Das hängt mit dem Funktionsprinzip der Lupe zusammen. Aufgrund ihrer Brechungseigenschaften und ihrer Krümmung,
bündelt sie das Leinfallende, parallele Lichtstrahlen und fokussiert sie in Entfernung der Linsenbrennweite f.
Der Brechungswinkel hängt vom Verhältnis der Brechungsindizes der beiden Ausbreitungsmedien ab.
Wasser hat einen höheren Brechungsindex als Luft (n = 1,33) und unterscheidet sich damit weniger stark vom Brechungsindex der meisten Lupengläser (n = 1,5).
Das hat zur Folge, dass das einfallende Licht weniger stark gebrochen wird und die Linse effektiv eine längere Brennweite bekommt.
Befindet sich das beobachtete Objekt innerhalb der Brennweite, ist die Vergrößerung umso stärker je kleiner die verwendete Brennweite ist.
Als Folge erscheint ein Objekt, das unter Wasser mit einer Lupe beobachtet wird, zwar immer noch vergrößert, die Vergrößerung ist
aber deutlich geringer als in der Luft.
