Referat Das Auge, Häufige Augenfehler, Optische Instrumente, Mechanische Schwingungen

PHYSIK

Das Auge

Akkomodation = regelt Schärfe

Nahpunkt = geringste Entfernung, auf der man scharf sieht (10cm)

deutliche Sehweite = 25cm, kann ohne Anstrengung scharf ssehen

Es gibt zwei Arten von Zellen im Auge:

>Zäpfchenzellen

drei Arten:

rot

grün

blau

grösste Dichte am gelben Fleck

>Stäbchenzellen

für Dämmerungsehen

im gelben Fleck gibt es keine.

blinder Fleck

Nervenbündel verlassen den Augapfel

Häufige Augenfehler

Kurzsichtigkeit

Auge hat zu hohe Brechkraft, Bild liegt vor Netzhaut, Hilfe: Zerstreuungslinse verringert Brechkraft

Weitsichtigkeit

Auge hat zu geringe Brechkraft, Bild liegt hinter Netzhaut, Hilfe: Sammellinse

Altersweitsichtigkeit

Elastizität und Akkomodationsfähigkeit nimmt ab, sieht nur in Entfernung scharf

Grauer Star

Die Linse ist getrübt

Brechkraft des Auges

Sie wird in Dioptrien gemessen = Kehrwert der Brennweite

1dpt = 1

f(in m)

1dpt: f = 1m

5dpt: f = 1/5m = 20cm

Die gesamte Dioptrienanzahl im Auge beträgt 60dpt. Linse: 15dpt

Aufllösungsvermögen des Auges

ist die kleinste Entfernung, die zwei Gegenstände haben dürfen, damit das Auge sie noch getrennt wahrnehmen kann. Entscheidendes Kriterium ist der Sehwinkel, unter dem die zwei Gegenstände erscheinen. Die Bildpunkte der Gegenstände müssen auf verschiedene Sehzellen fallen, deshalb hat der gelbe Fleck das grösste Auflösungsvermögen. Der minimalste Sehwinkel, der auftreten darf, ist 1/60° = 1 Bogenminute.

Räumliches Sehen

Durch die zwei verschiedenen Augen entstehen zwei verschiedene Bilder, die das Gehirn weiterverarbeitet und so dem Bewusstsein als Raumwahrnehmung vermittelt.

Kino und Fernsehen

Kette von Standbildern, das Auge kann sie nicht mehr unterscheiden

Kino: 32 Bilder in der Sekunde

Fernsehen: 25 Bilder in der Sekunde ( sie sind in 50 Halbbilder geteilt, Zeilen: zuerst gerade, dann ungerade )

Optische Instrumente

Fotoapparat

hat als Objektiv ein korrigiertes Linsensystem. Um an Entfernungen anzupassen, wird die Bildweite verändert (durch herein- und herausdrehen des Objektivs).

Schärfentiefe - Tiefenschärfe

ist der Bereich, der auf dem Film scharf abgebildet ist. Dieser Entfernungsbereich ist umso grösser, je kleiner die Bildöffnung ist. Nachteil: Lichtmenge durch Blitz oder längere Belichtungszeit ausgleichen.

Lupe

ist eine Sammellinse, eigentliche Aufgabe ist den Sehwinkel zu vergrössern, deshalb direkt vors Auge geben.

Das Bild ist virtuell, aufrecht und vergrössert.

Vergrösserung = Sehwinkel mit Lupe        = deutliche Sehweite

Sehwinkel ohne Lupe           ca. Brennweite

In grösserer Entfernung sind alle Bilder verkehrt ( = Sammellinse )

Mikroskop

Es entsteht ein reelles, vergrössertes und verkehrtes Bild. Es ist nur ein Zwischenbild; es wird durch das Okular betrachtet, das als Lupe wirkt. Die Vergrösserung ist das Produkt der Objektvergrösserung (10-60fach ) und der Okularvergrösserung (5-15fach ).

Fernrohr

1.) astronomisches Fernrohr = Kepler-Fernrohr

besteht aus zwei Sammellinsen, eine mit grosser Brennweite als Objektiv, eine mitkleiner Brennweite als Okular. Der Abstand ist so gewählt, dass die inneren Brennpunkte zusammen-

fallen = telezentrisches System.

Vergrösserung = Brennweite Objektiv  = Verhältnis

Brennweite Okular

Bilder sind seitenverkehrt und verkehrt.

Feldstecher = astronomisches Fernrohr: Bild wird durch zwei total reflektierende Prismen seiten richtig und aufrecht gemacht.

2.) holländisches Fernrohr

besteht aus einer Sammellinse mit grosser Brennweite als Objektiv und einer Zerstreuungslinse als Okular. Im Prinzip ist auch dieses System telezentrisch, es fallen die äusseren Brennpunkte zusammen. Der Abstand der beiden Linsen ist die Differenz der beiden Brennweiten, daher ist dieser Fernrohrtyp kleiner = Opernglas. Es liefert aufrechte Bilder.

Diaprojektor

Kondensor = Linsensystem, das möglichst viel Licht durch das Dia werfen soll.

Mechanische Schwingungen

harmonische Schwingungen = Sinusschwingungen

Eine Marke, die gleichmässig auf einem Kreis läuft, wirft einen Schatten, der eine Sinusschwingung beschreibt. Der Punkt, der auf der x-Achse liegt, heisst Ruhelage des Schattens. Der maximale Abstand zu dieser Ruhelage heisst Amplitude. Bei einer gleichmässigen Kreisbewegung ist die Winkelgeschwindigkeit konstant, der Winkel     lässt sich durch ausdrücken. Man nennt ihn den Phasenwinkel der Schwingung.

Die momentane Auslenkung aus der Ruhelage heisst Elongation = Abstand zur Ruhelage.

Man kann nun ein rechtwinkeliges Dreieck einzeichnen. Daraus ergibt sich ein Zusammenhang zwischen      und y: y(t) = r sin(wt) = eine mathematische Beschreibung der Bewegung des Schattens.

Geschwindigkeit des Schattens: v_y = v cos(wt)           

vmomentane Geschwindigkeit der Kreisbewegung (immer normal zum Radius )

v_y..Geschwindigkeitskomponente ( = Anteil ) in y-Richtung

Beschleunigung des Schattens: a_y = -w² y(t) [ r sin(wt) = y(t) ]

Zentripetalbeschleunigung zwingt Körper auf Kreisbahn und ist immer zum Zentrum gerichtet. Sie hat die Grösse: w²r = v²

r

Damit es zu einer Sinusschwingung kommt, muss die Beschleunigung a_y proportional zur Ruhelage y sein. Sie müssen aber verschiedene Richtungen haben.

Eine Beschleunigung wird immer durch eine Kraft hervorgerufen.

y hat 1 als Hochzahl => lineares Gesetz

Sinusschwingung => jede Schwingung mit kleiner Auslenkung aus der Ruhelage

Schwingungsdauer ist von der Masse unabhängig ( 10mal messen = 10mal messen mit doppeltem Gewicht )

Federpendel:

Kraftgesetz entspricht einer harmonischen Schwingung => die Schwingungszeit ist von der Amplitude ( max. Abstand ) unabhängig => hook`sches Gesetz = Federgesetz

Gedämpfte und ungedämpfte Schwingungen

gedämpft = wenn die Amplitude ( und damit die Energie )der Schwingung abnimmt. Eigentlich ist jede Schwingung gedämpft.

ungedämpft = die durch Reibung verlorene Energie muss wieder ersetzt werden ( z.B.: Schaukel am Ende der Schwingung einen Schubs geben, automatisch: Rückkoppelung ).

Erzwungene Schwingungen und Resonanz

schwingungsfähigem Körper kurzzeitig Energie zugeführt => freie Schwingung, mit einer Frequenz, die man Eigenfrequenz nennt.

erzwungene Schwingung = Schwingung ist durch periodische Krafteinwirkung gezwungen, mit anderen Frequenz zu schwingen. Amplitude hängt von Frequenz und Dämpfung ab.

Resonanz = Resonanzfall => Körper wird durch Frequenz, die seiner eigenen entspricht, zum Schwingen gebracht. Die Amplitude ist dann sehr gross. Die Resonanz kann auch zur Zerstörung führen.

Frequenz = Anzahl der Schwingungen =     1 = 1Hertz

Zeit sec

äussere Frequenz langsamer als eigene => Körper schwingt im Gleichtakt mit; Phasenverschiebung ist 0.

Resonanzfall : Phasenverschiebung = 90° bzw.             rad.

Aussere Frequenz grösser => Phasenverschiebung ist 180° bzw.         rad. Beiden Schwingungen sind im Gegentakt.

+ sehr gut formuliert, klar und verständlich

+ gut aufgebaut

- enthält eigentlich 2 Themengebiete, die wenig miteinander zu tun haben (Auge, mech. Schwingungen),

- beide Themengebiete werden eher kurz und nicht besonders ausführlich behandelt