Beschreibung
Experiment zum Kepler-Fernrohr
Anfangs 17. Jahrhundert wurde das Fernrohr durch Zufall von einem holländischen Brillen-schleifer Namens Hans Lepperhey erfunden. Berichte über das erste Fernrohr verbreiteten sich schnell in ganz Europa und auch die hervorragenden Wissenschaftler Galileo Galilei und Johan-nes Kepler erfuhren davon.
Beide perfektionierten das Fernrohr auf ihre eigene Art.
Okular/Streulinse
Galilei baute das niederländische Fernrohr von
Lipperhey nach und konnte es verbessen.
Das entstandene Fernrohr hatte als Objektiv eine nach
aussen gewölbte Sammellinse und als Okular eine
Streulinse, welcheeine kleinere Brennweite
als die Sammellinse hatte.
Da das Okular eine negative Brennweite besass,
musste es sich innerhalb der Brennweite des Objektivs befinden, damit das neu entstandene, virtuelle, aufrechte und seitenrichtige Bild auch vergrössert, heller und schärfer erschien.
Zum Beispiel als Opernglas wird das Prinzip des Galilei-Fernrohrs auch heute noch gebraucht.Objektiv/Sammellinse
(Abb. 1 Strahlengang in einem Galilei-Fernrohr)
Im Gegensatz zu Galilei hat Kepler statt einer Streulinse als Okular eine Sammellinse benutzt. Der Abstand zwischen dem Okular und dem Objektiv bestand darin, dass die beiden Brennweiten der jeweiligen Linsen addiert wurden und somit trafen sich die Brennpunkte zwischen den beiden Linsen.
Da sich aber der Strahlengang im Fernrohr kreuzte, entstand ein auf dem Kopf stehendes, seitenverkehrtes, jedoch reelles,
helleres, schärferes und vergrössertes Bild. Indem Kepler eine Sammellinse zusätzlich einbaute, konnte er die räumliche Orientierung des beobachteten Objekts wie das Original ausrichten.
(Abb. 2 Strahlengang in einem Kepler-Fernrohr)
In unserem Experiment zeigen wir mit Hilfe von zwei Sammellinsen und einem Laserpointer, wie sich der Sehwinkel durch ein Fernrohr vergrössert und so das entstehende Bild vergrössert wird. Mit einem geneigtem Winkel nach unten richten wir den Laserpointer auf das nahe liegende Objektiv mit Brennweite 80cm.
Weg von dem Objektiv, im Abstand von 95cm stellen wir das Okular 1 mit Brennweite 15cm auf. Somit sollte sich der Brennpunkt bei 80cm und 15cm schneiden. Das kann man auch leicht erkennen, wenn wir den Laserpointer einschalten.
Mit einer Nebelmaschine machen wir den fast nicht erkennbaren, giftgrünen Laserstrahl noch mehr sichtbar und man kann deutlich nachvollziehen, dass sich der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel im gleichen Verhältnis wie die beiden Brennweiten zueinander verhalten.
Das heisst, dass das entstehende Bild etwa 5-fach vergrössert sein sollte. Jedoch können wir das nicht überprüfen, da man nicht direkt in den Laserstrahl sehen sollte. (Abb. 3)
Um zu sehen wie sich der Laserstrahl verändert, wenn wir die Brennweiten durch andere ersetzen, tauschen wir das Okular 1 mit Brennweite 15cm, mit der Okular 2 aus, welche die Brennweite 5 cm beträgt.
Okular 2
Objektiv
15 cm
Auge
80 cm
(abb. 3)
Okular 3
Objektiv
α
5 cm
Auge
Strahl s
β
80 cm
(abb. 4)
Wir haben festgestellt, dass man durch Verschieben und Ersetzen von den Okularen mit den jeweiligen Brennweiten, die gewünschte Vergrösserung erzielen kann.
"Redaktion" | 2018-12-28 |
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