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Optische Instrumente: Lupe, Mikroskop und Fernrohr

PhysikOptikAlter 14–15

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Strahlengänge der Lupe (V = s₀/f bei entspanntem Auge, 1 + s₀/f im Nahpunkt), des Mikroskops (reelles Zwischenbild, V ≈ (t/fₒ)(s₀/fₑ)) und des Linsen- oder Spiegelfernrohrs (V = fₒ/fₑ in Normaleinstellung). Das Rayleigh-Kriterium θ = 1,22λ/D zeigt, wann zwei Sterne bei veränderter Öffnung und Wellenlänge aufgelöst werden, das Lichtsammelvermögen wächst mit D², ein Atmosphärendiagramm zeigt, welche Wellenbereiche Weltraumteleskope brauchen, und ein Spektroskop vergleicht die dunklen Linien eines Sterns mit H, He, Na, Ca und Fe.

Lektion: Optische Instrumente; Lupe; Mikroskop; Fernrohr; Auflösungsvermögen

Was sie zeigt

Optische Instrumente lassen kleine oder ferne Dinge größer erscheinen, weil sie den Sehwinkel vergrößern. Eine Lupe erzeugt ein aufrechtes virtuelles Bild; ein Mikroskop ergänzt ein Objektiv, das ein reelles vergrößertes Bild für das Okular erzeugt; das Objektiv eines Fernrohrs, eine Linse oder ein Hohlspiegel, bildet ein fernes Objekt in seiner Brennebene ab. Eine größere Öffnung sammelt mehr Licht (∝ D²) und zeigt feinere Details, begrenzt durch die Beugung (Rayleigh-Kriterium). Dünne Linsen, achsennahe Strahlen; das Atmosphärendiagramm ist ein vereinfachter Mittelwert bei klarem Himmel.

So funktioniert es

Ändern Sie auf Lupe die Brennweite und die Gegenstandsweite oder klicken Sie auf Entspanntes Auge oder Bild in 25 cm. Stellen Sie auf Mikroskop Objektiv, Okular und Abstand der Linsen ein und klicken Sie auf Normaleinstellung. Wählen Sie auf Fernrohr Linsenfernrohr oder Spiegelteleskop und ändern Sie fₒ, fₑ und die Öffnung. Ändern Sie auf Auflösungsvermögen Öffnung, Wellenlänge und Winkelabstand, bis die Sterne gerade aufgelöst sind. Wählen Sie auf Atmosphäre und Spektren einen Wellenbereich, dann einen Stern, und haken Sie Elemente an, um seine Linien zuzuordnen.

Einstellbare Parameter

  • Bildschirm Lupe, Mikroskop, Fernrohr, Auflösungsvermögen, Atmosphäre und Spektren
  • Brennweite der Lupe f 2,5–10 cm
  • Gegenstandsweite an der Lupe u 1–10 cm
  • Objektiv des Mikroskops fₒ 0,4–2 cm
  • Okular des Mikroskops fₑ 2–8 cm
  • Abstand der Linsen im Mikroskop 12–25 cm
  • Gegenstandsweite am Objektiv uₒ 0,41–3,2 cm
  • Bauart des Fernrohrs Linsenfernrohr, Spiegelteleskop
  • Objektiv des Fernrohrs fₒ 40–200 cm
  • Okular des Fernrohrs fₑ 0,5–10 cm
  • Okular verschoben Δ -1–0,5 cm
  • Öffnung D 0,5–1000 cm
  • Wellenlänge λ 400–700 nm
  • Winkelabstand der Sterne θ 0,01–100 ″
  • Stern Stern A (wie die Sonne), Stern B (heiß, blauweiß), Stern C (kühl, orange)
  • Wellenbereich Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, Ultraviolett, Sichtbares Licht, Infrarot, Mikrowellen, Radiowellen

Fragen zum Erkunden

  1. Warum liefert ein Fernrohr mit langbrennweitigem Objektiv und kurzbrennweitigem Okular eine große Winkelvergrößerung?
  2. Wie ändern sich die gesammelte Lichtmenge und der kleinste auflösbare Winkel, wenn Sie die Öffnung verdoppeln?
  3. Warum müssen Röntgen- und UV-Teleskope im Orbit arbeiten, während Radioteleskope am Boden funktionieren?

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