Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr
Entdecke die Funktionen von Lupe, Mikroskop und Teleskop! Eine Lupe vergrößert Objekte um ein Vielfaches. Ein Mikroskop ermöglicht eine höhere Vergrößerung mit zwei Linsen. Teleskope vergrößern den Sehwinkel und fanden Anwendung in der Astronomie und der Seefahrt. Interessiert? Das und mehr im Text!
- Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr – Biologie
- Wie funktioniert eine Lupe?
- Wie funktioniert ein Mikroskop?
- Wie funktioniert ein Fernrohr?
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Grundlagen zum Thema Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr
Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr – Biologie
Hast du schon einmal in einem alten Kriminalfilm gesehen, wie Gegenstände mit einer Lupe abgesucht wurden, um zum Beispiel Fingerabdrücke zu finden? Oder hast du mit einem Fernrohr beziehungsweise Teleskop den Sternenhimmel beobachtet? Vielleicht hast du auch schon einmal ein Mikroskop im Biologieunterricht verwendet? All diese Instrumente haben gemeinsam, dass sie Objekte stark vergrößern** können. Du möchtest wissen, wie das funktioniert? Das erfährst du einfach für Kinder und Jugendliche erklärt in diesem Text.
Wie funktioniert eine Lupe?
Einfach erklärt ist die Funktion der Lupe eine Vergrößerung von Objekten. Dazu wird ein speziell geschliffenes Glas benötigt, das dann als Linse bezeichnet wird. Die Linse ist so geschliffen, dass das Glas in der Mitte dicker als am Rand ist. Man spricht auch von konvexen Linsen, was „nach außen gewölbt“ bedeutet. Diese Art der Linse wird auch Sammellinse genannt, da parallel einfallende Lichtstrahlen an einem Punkt gebündelt werden. Dadurch entsteht ein vergrößertes, virtuelles und aufrechtes Bild. Durch eine Lupe können Objekte zehn- bis zwanzigfach vergrößert erscheinen. Lupen finden auch in vielen Berufen Anwendung. Uhrmacher und Feinmechaniker verwenden Lupen beispielsweise bei Reparaturen. Man kann damit aber auch kleine Käfer oder andere Insekten beobachten. Vielleicht probierst du es ja einmal selbst aus?
Und was hat die Lupe mit dem Mikroskop zu tun? Wie unterscheiden sie sich?
Wie funktioniert ein Mikroskop?
Einfach erklärt hat das Mikroskop die Funktion, eine höhere Vergrößerung zu erzeugen als eine Lupe. Auch beim Mikroskop kommen Linsen zum Einsatz. Beim Mikroskop werden zwei Linsen anstelle von nur einer wie bei der Lupen verwendet. Die erste Linse befindet sich im Objektiv direkt über dem Präparat, das du betrachten möchtest. Das Bild wird über Spiegelsysteme zum Okular geleitet, durch das du hindurchschaust. In diesem befindet sich eine zweite Linse zur Vergrößerung. Das Hintereinanderschalten der Linsen führt zu einer weitaus höheren Vergrößerung. Nehmen wir an, dass die Linse im Objektiv das Objekt um das Vierzigfache vergrößert. Die Linse im Okular hat nochmals eine zehnfache Vergrößerung. Um herauszufinden, wie groß die Gesamtvergrößerung deines Objekts ist, wird die Vergrößerung des Objektivs mit der Vergrößerung des Okulars multipliziert. Damit wird das Objekt dann insgesamt um das 400-Fache vergrößert erscheinen.
Damit das Objekt unter dem Mikroskop scharf erscheint, sollte das Präparat so dünn wie möglich sein. Denn durch ein Mikroskop kann man immer nur eine bestimmte Ebene scharf erkennen. Alles, was unterhalb oder oberhalb dieser Ebene liegt, erscheint unscharf und verschwommen. Dazu kann man mit einem Einstellrad den Tisch des Mikroskops, auf dem das Präparat liegt, hoch- und runterfahren. So kann man sich durch das Objekt hindurchbewegen und verschiedene Ebenen nacheinander scharf einstellen. Darüber hinaus wird das Objekt oftmals durch eine Lichtquelle beleuchtet, damit man die vergrößerten Strukturen gut erkennen kann. Besonders in der Wissenschaft und Medizin finden Mikroskope Anwendung. Du kannst damit beispielsweise Pantoffeltierchen beobachten.
Wie funktioniert ein Fernrohr?
Einfach erklärt hat das Fernrohr die Funktion, den Sehwinkel zu vergrößern. Wie das Mikroskop besteht auch das Fernrohr aus zwei Linsen, weshalb es auch als Linsenfernrohr bezeichnet wird. Es gibt sowohl Fernrohre mit zwei Sammellinsen wie beim Mikroskop als auch mit einer Sammellinse im Objektiv und einer konkaven Zerstreuungslinse im Okular. Die Zerstreuungslinse wird zum Rand hin dicker.
Auch hier erscheinen Objekte um ein Vielfaches näher, da sie stark vergrößert werden. Die Entwicklung von Fernrohren spielte eine wichtige Rolle in der Astronomie, also der Sternenkunde. Fernrohre fanden auch Anwendung in der Seefahrt, um beispielsweise das Wetter zu beobachten oder Flaggen zu erkennen. Es ist also eine Art mobiles Mikroskop, wobei die Objekte nicht präpariert oder beleuchtet werden müssen. Moderne Fernrohre bestehen aus verschiedenen Spiegel- und Linsensystemen, sie werden auch als Teleskope bezeichnet. Der Zweck bleibt gleich, es können kleine beziehungsweise weit entfernte Objekte sichtbar gemacht werden.
In dem Bild siehst du den Aufbau und die Funktionen der Lupe, des Mikroskops und des Fernrohrs im Vergleich.
Linse im menschlichen Auge – Biologie
Nicht nur bei Instrumenten kennt man Linsen, denn sie kommen auch bei uns Menschen vor, nämlich in unserem Auge. Die menschliche Linse ist jedoch nicht starr, sondern beweglich und mit Flüssigkeit gefüllt. Durch Muskeln, die an der Linse befestigt sind, kann diese ihre Form und Linsenkrümmung verändern. Je nachdem ob wir in die Ferne schauen oder etwas aus der Nähe betrachten, wird das Gesehene so scharf gestellt. Das einfallende Licht wird durch die Linse gebrochen und auf die dahinterliegende Netzhaut projiziert. Über den Sehnerv wird das Bild dann an das Gehirn weitergeleitet.
Lupe, Mikroskop und Fernrohr – Zusammenfassung
In diesem Text und Video hast du die Funktionsweisen von Lupe, Mikroskop und Fernrohr kennengelernt. Du weißt jetzt, was eine Sammellinse ist und dass Mikroskope und Fernrohre aus zwei Linsensystemen bestehen. Du kennst ebenfalls ihre Anwendungen und hast etwas über die Linse des menschlichen Auges erfahren. In dieser Tabelle sind noch einmal der Aufbau und Anwendungsbeispiele für Lupe, Mikroskop und Fernrohr zusammengefasst.
| Aufbau | Anwendungsbeispiel | |
|---|---|---|
| Lupe | eine Sammellinse | Beobachten von Insekten |
| Mikroskop | zwei Linsen: Objektiv und Okular | Bakterien und Körperzellen betrachten |
| Fernrohr | zwei Linsen: Objektiv und Okular | Sterne betrachten, Vögel beobachten |
Wenn du mehr über die Mikroskopie erfahren möchtest, schau dir auch die Videos Geschichte der Mikroskopie und Mikroskop – Präparate und Schneidetechnik an.
Um dein neues Wissen zu überprüfen, fang gleich mit der Bearbeitung der Übungen an. Viel Spaß!
Transkript Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr
Manche Dinge sind soooo spannend, da müssen wir unbedingt genauer hinsehen. Mit dem bloßen Auge können wir aber einfach nicht genug erkennen. Und nun? Lass uns die "Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr" betrachten, dann finden wir vielleicht das passende Gerät. Hast du schon mal einen alten Krimi geguckt, in dem Spuren am Tatort mit einer Lupe gesucht wurden? Oder hast du schon mal mit einem Fernrohr in den Himmel geschaut? Oder Pflanzenzellen im Biounterricht mit einem Mikroskop untersucht? Egal welche Erfahrungen du bereits machen konntest, all diese Geräte haben gemeinsam, dass sie Objekte in ihrem Bild stark vergrößern können. Und wie DAS funktioniert, ist unglaublich spannend. Betrachten wir als erstes die Lupe. Die vergrößernde Wirkung einer Lupe kann sehr hilfreich sein. Zum Beispiel, wenn man Strukturen einer Pflanze genauer beobachten möchte. Wie funktioniert eine Lupe? Eine Lupe besteht aus einem speziell geschliffenen Glas. Dieses nennt man "Linse". Die Linse ist so geschliffen, dass sie in der Mitte dicker und somit nach außen gewölbt ist. Diese Form heißt "konvex". Warum sieht man durch die Lupe etwas vergrößert? Wenn du zum Beispiel einen Käfer vor dir siehst, dann reflektiert dieser das Licht. Dieses Licht fällt in dein Auge und du erkennst den Käfer. Wenn du nun eine Lupe über den Käfer hältst, wird das Licht durch die besondere Form der Linse gebrochen und der Käfer erscheint größer als er eigentlich ist. Mit einer handelsüblichen Lupe kann man Objekte zehn bis sogar dreißigfach vergrößern. Na und was machst du, wenn so eine Vergrößerung noch nicht ausreicht und du zum Beispiel vierhundertfach vergrößern willst? Ganz logisch, dann brauchen wir eine Vergrößerung einer Vergrößerung. Wie könnten wir das hinkriegen? Durch ZWEI Linsen! Genial, genau DIE finden wir in einem Mikroskop. Ein Mikroskop ist ganz grob SO aufgebaut. Hier kommen wir der Funktionsweise des Mikroskops schon näher. Dein Präparat liegt auf dem Objekttisch unter dem Objektiv. Schaltest du nun die Lichtquelle ein und schaust dir dein Objekt unter dem Mikroskop an, so wird das Bild zuerst durch eine der verschiedenen Linsen im Objektiv vergrößert. Über Spiegelsysteme wird das Bild zum Okular geleitet, in dem sich eine zweite Linse befindet. Da haben wir's: die Vergrößerung der Vergrößerung. Hast du mit deinem Objektiv beispielsweise vierzigfach vergrößert und dein Okular vergrößert zehnfach, kommst du auf eine vierhundertfache Vergrößerung des Objekts. Damit du dein Objekt unter dem Mikroskop sehen kannst, darf es nicht zu dunkel sein. Du musst es also schön dünn schneiden, damit es gut durchleuchtet werden kann. Lupen und Mikroskope haben ja schon einiges drauf. Wie funktioniert ein Fernrohr beziehungsweise Fernglas? Ein Fernrohr nutzen wir zum Beispiel, um Vögel in der Ferne zu beobachten oder die Nachbarn. Es funktioniert ebenfalls über Linsen und kann wie ein mobiles Mikroskop betrachtet werden. Wobei die Objekte natürlich nicht erst präpariert werden müssen. Wäre wahrscheinlich auch eher ungünstig, kleine Scheibchen von Vögeln abzuschneiden. Das erste Fernrohr bestand aus zwei speziell geschliffenen Linsen, die hintereinander angebracht waren. Das Licht wurde so gebrochen, dass Dinge, die weit entfernt waren, optisch herangezogen wurden. Moderne Fernrohre enthalten meist ein ganzes System aus Linsen und Spiegeln. Der Zweck ist derselbe: weit entfernte Dinge werden besser sichtbar gemacht. Ein besonderes Fernrohr ist das Teleskop. Es ermöglicht es uns, sehr weit entfernte, oftmals lichtschwache Objekte sehen zu können. So konnten wir Menschen Sterne erstmals näher beobachten. Schauen wir einmal, was das alles mit unserem Auge zu tun hat. Eines der wichtigsten Elemente des Auges ist tatsächlich auch eine Linse. Sie ermöglicht uns scharfes Sehen. Anders als in einer Lupe, einem Mikroskop oder Fernrohr, ist die Linse im Auge allerdings nicht starr, sondern beweglich und mit Flüssigkeit gefüllt. An der Linse sind sogenannte Ziliar-Muskeln befestigt, die die Linsenkrümmung verändern können. Je nachdem, ob du Dinge in der Ferne oder ganz nahe Objekte betrachtest, wird das Gesehene durch die veränderte Linsenkrümmung scharf gestellt. Das Licht wird von der Linse gebrochen und gebündelt auf die Netzhaut projiziert. Über den Sehnerv wird das Bild an das Gehirn weitergeleitet. Wow, wieder viel gelernt heute! Nehmen wir das Wichtigste noch einmal unter die Lupe, höhö. Lupe, Mikroskop und Fernrohr sind optische Geräte, die aus einer oder mehreren Linsen bestehen. Durch sie können wir besonders kleine Dinge oder Objekte, die weit weg sind, größer beziehungsweise näher sehen. Auch das Auge besitzt eine Linse. Durch ihre Verformbarkeit und die variable Lichtbrechung können wir scharf sehen. Käfer, Vögel, Sterne, nun wissen wir, welche Geräte wir brauchen!
Die Funktionsweise von Lupe, Mikroskop und Fernrohr Übung
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Bestimme, wobei es sich um den Blick durch ein Mikroskop handelt.
TippsMit einem Mikroskop können einzelne Zellen betrachtet werden.
Im Gegensatz zum Mikroskop dient ein Fernrohr dazu, etwas in der Ferne zu sehen.
LösungEin Mikroskop kann sehr kleine Strukturen wie Zellen und ihre Bestandteile sichtbar machen. Es besteht aus zwei Linsen, dem Objektiv und dem Okular. Die Vergrößerung der beiden Linsen wird miteinander multipliziert. Hat das Objektiv zum Beispiel eine 40-fache Vergrößerung und das Okular eine 10-fache, ergibt sich eine Gesamtvergrößerung um das 400-Fache.
Die Aufgabe beinhaltet ein mikroskopisches Bild, das den Querschnitt der Sprossachse einer Pflanze zeigt.
-
Benenne die Bestandteile des Mikroskops korrekt.
TippsDie obere Linse wird Okular genannt.
Das dargestellte Mikroskop wird auch Durchlichtmikroskop genannt. Bei so einem Mikroskop wird das Präparat von unten beleuchtet.
LösungAuf dem Bild siehst du ein Durchlichtmikroskop, bei dem sich die Lichtquelle unten befindet. Es besteht aus zwei Linsen: dem Okular oben und dem Objektiv unten. Das Präparat ist das vorbereitete Objekt, das betrachtet werden soll und sich auf dem Objekttisch befindet. Der Abstand zwischen dem Objekttisch und dem Okular lässt sich über das Einstellrad regulieren.
Wenn die Lichtquelle nun angestellt wird, wird das Bild zunächst in einer der Linsen des Objektivs vergrößert. Über Spiegelsysteme wird das Bild zum Okular geleitet. Hier wird das vergrößerte Bild noch einmal vergrößert. Es handelt sich also um die Vergrößerung einer Vergrößerung. -
Gib die Anzahl der Linsen der Lupe, des Mikroskops und des Teleskops sowie die entsprechenden Objekte an, die mit ihnen betrachtet werden können.
TippsDie Linsen des Mikroskops werden Okular und Objektiv genannt.
Zu jedem optischen Gerät gehören drei Elemente.
LösungDie Lupe, das Durchlichtmikroskop und das Teleskop sind Werkzeuge zur optischen Vergrößerung. Sie unterscheiden sich in ihrer Funktion, was auch an der Anzahl ihrer Linsen liegt:
- Die Lupe besteht aus einer konvexen Linse. Handelsübliche Lupen haben eine 10-fache bis 30-fache Vergrößerung. Damit sind sie optimal geeignet, um Briefmarken oder Insekten, wie zum Beispiel Käfer, zu vergrößern.
- Ein Durchlichtmikroskop besteht aus zwei Linsen: dem Objektiv und dem Okular. Die Vergrößerung der beiden Linsen wird miteinander multipliziert, was z. B. zu einer 400-fachen Vergrößerung führen kann. Mit einer solchen Vergrößerung kann man zum Beispiel Pflanzenzellen oder Blutkörperchen gut beobachten.
- Ein Linsenteleskop besteht aus mindestens zwei Linsen. Diese werden so angeordnet, dass sie weit entfernte Objekte optisch näher erscheinen lassen. Dadurch können wir Himmelskörper wie den Mond oder Sterne detaillierter beobachten.
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Erläutere die Funktionsweise verschiedener optischer Werkzeuge sowie die des Auges.
TippsHier siehst du den schematischen Aufbau des menschlichen Auges. Die Form der Linse ist abhängig von den Ziliarmuskeln.
Achtung! Ein Begriff passt in keine der Lücken.
LösungDie Grundlage für die Vergrößerung von Objekten ist die Linse. Die Lupe besitzt eine davon, während das Mikroskop zwei hat. Daher kann das Mikroskop stärker vergrößern als die Lupe. Beide Geräte dienen der Vergrößerung von kleinen Objekten.
Es gibt auch Werkzeuge zur Vergrößerung von fernen Objekten. Ein solches Werkzeug ist zum Beispiel das Fernglas oder das Fernrohr. Das Teleskop ist hierbei eine Sonderform, um sehr weit entfernte Objekte zu betrachten. Ein Beispiel hierfür wäre der Mond.
Auch in unseren Augen ist die Linse eines der wichtigsten Elemente. Im Gegensatz zu den optischen Werkzeugen ist die Linse allerdings nicht starr, sondern flexibel. Durch die sogenannten Ziliarmuskeln wird die Form der Linse verändert.
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Entscheide, welches Objekt auf welche Weise betrachtet werden kann.
TippsMit dem Mikroskop kann man kleinere Strukturen erkennen als mit der Lupe.
Zur Vogelbeobachtung werden häufig Ferngläser oder Fernrohre verwendet.
LösungEs gibt verschiedene Möglichkeiten, Dinge in verschiedenen Größen und Entfernungen zu sehen:
- Mit unseren bloßen Augen können wir Gesichter in der Nähe gut erkennen.
- Mit einer Lupe können wir kleine Objekte, wie zum Beispiel Insekten, betrachten.
- Wenn die Objekte noch kleiner sind, wie beispielsweise Pflanzenzellen, können wir ein Mikroskop benutzen.
- Dinge, die uns klein erscheinen, weil sie weit entfernt sind, wie zum Beispiel Vögel, können wir mit einem Fernglas oder Fernrohr vergrößert betrachten, sodass wir sie deutlicher erkennen.
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Ermittle, um welches Linsensystem es sich handelt.
TippsAuf dem Bild siehst du den Aufbau eines ursprünglichen Fernrohrs.
LösungEine Lupe ist ein relativ einfaches optisches Werkzeug, das im Wesentlichen aus einer einzelnen, starren Linse besteht.
Ein Mikroskop ist im Vergleich zur Lupe komplexer aufgebaut, neben den zwei Linsen besitzt es auch eine eigene Lichtquelle.
Ein ursprüngliches Fernrohr kann man sich als ein einfaches optisches Gerät mit zwei hintereinanderliegenden Linsen vorstellen. Heutzutage sind Fernrohre häufig ganze Systeme aus Linsen und Spiegeln, auf diese Weise kann man damit auch sehr weit entfernte, lichtschwache Objekte betrachten.
Unser Auge funktioniert ähnlich wie optische Werkzeuge, doch die Linse ist elastisch und gelartig. Sie kann ihre Krümmung durch Ziliarmuskeln verändern.
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