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Optik für Kinder
Konkave vs. konvexe Linsen
Was sind Linsen?
Linsen brechen Licht auf nützliche Weise. Die meisten Geräte zur Lichtsteuerung enthalten eine oder mehrere Linsen. Manche verwenden nur Spiegel, die fast die gleichen Funktionen wie Linsen erfüllen können.
Es gibt zwei grundlegende, einfache Linsentypen.
Konvexe Linse
Konvexe oder positive Linsen bündeln bzw. fokussieren das Licht und können ein Bild erzeugen.
Konkave Linse
Konkave oder negative Linsen streuen (streuen) die Lichtstrahlen.
Auch gemischte Linsenformen sind möglich.
Normalerweise breitet sich Licht geradlinig aus, bis es von etwas abgelenkt wird. Diese geraden Lichtwege werden Lichtstrahlen genannt. Durch die Kombination mehrerer konvexer oder konkaver Linsen lässt sich der Lichtweg brechen.
Abbildung 1. Sehen Sie, was mit dem Lichtweg passiert, wenn Sie mehrere konvexe oder konkave Linsen kombinieren.
Einfache oder komplexe Linsen?
Einfache Linsen erzeugen keine sehr scharfen Bilder. Daher entwickeln Linsenkonstrukteure und Optikingenieure komplexe Linsen, die durch die Kombination einfacher Linsentypen eine bessere Bildqualität erzielen. Dafür nutzen wir spezielle Computerprogramme, da dieser Vorgang Milliarden von Berechnungen erfordern kann.
Verschiedene Geräte verwenden unterschiedliche Linsentypen. Klicken Sie auf die Pfeile, um einige Beispiele anzuzeigen.
Handy
Dieses Gerät verwendet...
Kamera
Dieses Gerät verwendet...
Mars-Rover
Dieses Gerät verwendet...
Quelle: https://www.jpl.nasa.gov/edu/resources/teachable-moment/meet-perseverance-nasas-newest-mars-rover/
Lupe: Ein einfaches optisches Gerät
Dieses Diagramm veranschaulicht, wie eine Lupe Lichtstrahlen bricht, um Objekte größer erscheinen zu lassen. Viele optische Geräte nutzen dieses Grundprinzip der Lichtbrechung, um Auge und Gehirn zu täuschen, sodass das Licht von einem anderen (meist größeren oder näheren) Objekt zu kommen scheint .
Auf der Webseite von Molecular Expressions finden Sie eine anschauliche Demonstration zur einfachen Vergrößerung (öffnet ein neues Fenster und erfordert ein Java-Plugin). Sie können die Lupe auf und ab bewegen, um die Bildveränderung zu beobachten.
Mach ein Quiz!
Linsen sind überall und haben einen Zweck. Versuche herauszufinden, welche Linse wofür verwendet wird...
1. Ein großes Bild auf einem Bildschirm anzeigen?
2. Dinge sehen, die weit entfernt sind?
3. Sehr kleine Dinge sehen?
4. Im Dunkeln sehen?
5. Bilder von Dingen aufnehmen, die man sich später ansehen möchte?
6. Sehschwäche korrigieren?
A) Teleskop
D) Projektor
B) Nachtsichtgerät
E) Brille
C) Kamera
F) Mikroskop
1. D
2. A
3. F
4. B
5. C
6. E
Optik in Astronomie und Weltraumforschung
Die Optik blickt auf eine lange Geschichte in der Astronomie und Weltraumforschung zurück. Galilei (1564–1642) war einer der Ersten, der mit einem kleinen Teleskop den Mond und andere Objekte am Nachthimmel beobachtete und seine Beobachtungen dokumentierte.
Er entdeckte...
- Dass der Mond bergähnliche Merkmale aufweist
- Dass Jupiter eigene Monde hat
- Dunkle Bereiche auf der Sonne, sogenannte Sonnenflecken
- Planeten erscheinen in Teleskopen als kleine Scheiben, weil sie relativ nah sind, während Sterne immer wie Punkte aussehen, weil sie so weit entfernt sind.
Verbesserte bodengebundene Teleskope und spezielle optische Instrumente wie Spektrometer ermöglichten es den Menschen, viele Geheimnisse des Universums zu entdecken. Auch heute noch nutzen und verbessern wir bodengebundene Teleskope und wissenschaftliche optische Instrumente.
Seit 1957 spielt die Optik eine wichtige Rolle im Raumfahrtzeitalter. Den Anfang machten bodengebundene Teleskope zur Verfolgung von Raketen und Satelliten. Bald darauf entwickelten Wissenschaftler Erdsatelliten mit Kameras, Teleskopen und anderen optischen Instrumenten – viele zur Beobachtung der Erde, viele weitere zur Erforschung von Sternen und Planeten. Wenig später begannen auch die USA und die damalige Sowjetunion, Raumsonden aus der Erdumlaufbahn zu entsenden, um Mond, Venus, Mars und schließlich sogar Pluto zu erforschen. 2015 flog die NASA-Sonde New Horizons als erste Raumsonde an Pluto und seinen Monden vorbei.
Das Hubble-Weltraumteleskop ist wohl das bekannteste optische System im Weltraum, und mehrere Ingenieure von Optical Research Associates (ORA, heute Teil von Keysight) arbeiteten an der Entwicklung und anderen Aspekten der Reparaturoptik. ORA wurde für diese und weitere Weltraumarbeiten sogar mit dem NASA Public Service Group Achievement Award ausgezeichnet. Auf dieser Website erfahren Sie mehr über die Funktionsweise von Hubble.
Die NASA startete 2021 ein weiteres Teleskop, das James-Webb-Weltraumteleskop. Es umkreist die Sonne und kann lichtschwache Galaxien im frühen Universum wie kein anderes Instrument zuvor aufspüren und erforschen. In unserer eigenen Galaxie kann es den für das sichtbare Licht undurchsichtigen Staub und das Gas von Sternentstehungsgebieten durchdringen und die Atmosphären von Exoplaneten untersuchen.
Wenn Sie sich für andere Planeten interessieren, können wir vielleicht durch die Mars-Rover mehr erfahren. Wir sind stolz darauf, dass das optische Entwicklungsteam von Keysight das Mastcam-Z-Zoomobjektiv für den Mars-Rover Perseverance entwickelt hat, der im Februar 2021 auf dem Mars landete. Das Mastcam-Z-Instrument dient als wissenschaftliches „Auge“ des Rovers und ist am Mast montiert. Das „Z“ in Mastcam-Z steht für „Zoom“. Es stellt einen Meilenstein in der Geschichte der Weltraumforschung dar: Es ist das erste Zoomobjektivsystem, das in einem Instrument für die Tiefraumforschung zum Einsatz kommt.
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