Bildentstehung bei der Lochkamera










Gliederung:

  1. Geschichtliche Daten

  2. Wie funktioniert die Lochkamera

  3. Bildentstehung

  4. Bildschärfe der Lochkamera

  5. Formeln der Optik

  6. Versuche und eigene Beobachtungen

  7. Quellenverzeichnis





1. Geschichtliche Daten

Die Lochkamera (lat. Camera „Gewölbe“ ; obscura „ dunkel“) war die erste einfache Erfindung um optische Abbildungen zu erzeugen, sie benötigt nämlich keine optische Linsen. Die Lochkamera ist ein dunkler Behälter in dem ein Licht durch eine Öffnung hineinfällt. Wenn man an die Lochkamera eine Sammellinse anbringt spricht man von der Camera obscura. Dieser Begriff kommt aus dem lateinischen und bedeutet so viel wie „dunkles Gewölbe“.

Schon Aristoteles (384 bis 322 v. Chr.) erkannte das Prinzip der Lochkamera. In seinen Schriften Problemata physica beschrieb er zum ersten Mal den Effekt, wie Licht durch ein kleines Loch fällt und dabei ein auf den Kopf stehendes Bild erzeugt. Mit diesen Erkenntnissen führte der Araber Alhazen um 980 die ersten Versuche mit einer Lochkamera durch. In den nächsten Jahren wurde die Lochkamera durch eine Sammellinse verbessert. Daraus entwickelte sich die Camera obscura. So konnten die Astronomen bereits am Ende des 13. Jahrhunderts durch die benutzung der Camera obscura Sonnenflecken und Sonnenfinsternisse beobachten, ohne mit bloßen Auge in die Sonne schauen zu müssen. Erbaut wurden die ersten Cameras obscura von dem Philosophen Roger Bacon (1214-1292). Leonardo da Vinci entdeckte den Vorgang des Strahlengangs im Auge. Im Mittelalter gelang es den Menschen eine Linse zu schleifen, die die kleine Blende in der Lochkamera ersetzte. Der Erfinder Johann Zahn erbaute 1686 eine begehbare Camera obscura in der ein Spiegel in einem 45 Grad Winkel im inneren an die Linse angebracht wurde. Die produzierte ein Bild richtig um auf eine Mattscheibe. Für Künstler wie z.B. Maler Canaletto war diese Erfindung eine große Erleichterung.



















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2.Funktion der Lochkamera :

Alle Punkte eines Gegenstandes senden in alle Richtungen Licht aus, dies hat zu Folge, dass man die Gegenstände von allen Seiten sehen kann. Durch das Loch in der Kamera fällt einer dieser Lichtstrahl auf den Schirm und erzeugt dort einen Lichtfleck in Form des Loches. Der Lichtfleck hat die Farbe des Gegenstandes von dem aus das Licht kommt. Das entstehende Bild steht auf dem Kopf und ist seitenverkehrt. Dass liegt wiederum an den Lichtstrahlen die sich im Loch überkreuzen. Außerdem ist das Bild meist unscharf und lichtschwach.

Verwendet man statt des Loches eine Sammellinse, so werden die Bilder schärfer, da jeder Gegenstandpunkt genau auf einen Punkt gebildet wird.“ (Buch: CVK Physik














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3.Bildentstehung

Diese Skizze zeigt wie die Lichtstrahlen vom Punkt G des Gegenstandes durch die Sammellinse gesendet werden und zum Bildpunkt G1 gelangen. Während die Lichtstrahlen durch die Sammellinse fallen finden in der Sammellinse zwei Brechungen statt L1 (beim Übergang Luft/Glas) und L2 ( beim Übergang Glas/Luft). Bei der 2. Brechung werden die Parallelstrahlen zu Brennpunktstrahlen und Brennpunktstrahlen werden zu Parallelstrahlen. Doch der Mittelpunktstrahl verändert seinen verlauf nicht. Die Lichtgeschwindigkeit in der Luft beträgt ca. 300 000 km/s, im Glas aber nur 200 000 km/s. Das liegt daran, das Glas ein optisch dichteres Medium ist als Luft. Je nach Material ist die Lichtgeschwindigkeit also schneller oder langsamer.


    4. Bildschärfe der Lochkamera:

Wenn der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Lochkamera groß und das Loch klein ist, wird ein kleines, scharfes aber lichtschwaches Bild produziert (siehe Skizze 1).

Wenn der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Lochkamera und das Loch groß sind, wird ein lichtstarkes jedoch aber unscharfes Bild produziert (siehe Skizze 2).

Sind der Abstand und das Loch klein, wird das Bild groß aber unscharf, da zu wenig Lichtstrahlen hinein fallen (siehe Skizze 3).




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    5. Formeln der Optik

Größenverhältnis (2. Strahlensatz):

Bildgröße/Gegenstandgröße = Bildweite/Gegenstandweite

B : G = b : g



Abbildungsformel:

Kehrwert der Brennweite = Kehrwert der Gegenstandweite

+ Kehrwert der Bildweite

1 : f = 1 : g + 1 : b



Brechwert:

Brechwert = Kehrwert der Brennweite

D = 1 : f



























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Quellenverzeichnis:































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