Brechung an Sammellinsen

Besondere Lichtstrahlen bei der Brechung an Konvexlinsen:

S1 + S2 Parallelstrahl
S3 +S4 Mittelpunktstrahl
S5 + S6 Brennpunktstrahl
Bei der Lichtbrechung an einer Konvexlinse werden aus allen Parallelstrahlen (sie verlaufen senkrecht zur Mittelachse der Linse) Brennpunktstrahlen (sie verlaufen durch den Brennpunkt). Da der Lichtweg umkehrbar ist, werden auch aus allen Brennpunktstrahlen Parallelstrahlen. Strahlen, die durch den Mittelpunkt der Linse verlaufen (Mittelpunktstrahlen) werden nicht gebrochen. Natürlich erfolgt die Lichtbrechung nicht an der Mittelachse der Linse, sondern an den beiden Übergängen von Luft in Glas und Glas in Luft, die Darstellung wird aber vereinfacht.

Körper bestehen aus vielen einzelnen Punkten. Jeder von ihnen sendet ein Lichtbündel aus, das von der Linse gebrochen wird wie oben erklärt. So entsteht zu jedem Gegenstandspunkt ein Bildpunkt.

Wichtige Größen:
Gegenstandshöhe (G): Die Höhe des Gegenstandes
Bildhöhe (B): Die Höhe der Abbildung des Gegenstandes
Gegenstandsweite (g): Die Entfernung des Gegenstandes von der Linse
Bildweite (b): Die Entfernung der Abbildung des Gegenstandes von der Linse

Für die Sammellinse gilt die Abbildungsformel: B/G = b/g. Kennt man die Brennweite f der Linse, kann man auch die Linsenformel benutzen: 1/g + 1/b = 1/f. Alle Bildpunkte, die von einem Gegenstand in der Gegenstandsweite g entstehen, liegen in der Bildebene. Hinter der Bildebene laufen die Lichtbündel wieder auseinander. Mit abnehmender Gegenstandsweite g wird die Bildweite b größer (aus dem selben Grund wie schon bei 2. erklärt). Daher werden Körper größer abgebildet, je näher sie an den Brennpunkt der Linse heranrücken:


Bilder wie diese, deren Bildpunkte Schnittpunkte von Lichtbündeln sind, heißen reelle Bilder. Wenn man einen Schirm in die Bildebene hält, kann man wegen der Lichtstreuung auf ihm die Abbildung des Gegenstandes sehen. Die Abbildung steht auf dem Kopf und ist seitenverkehrt.

Wenn man einen Schirm vor einen Spiegel hält, sieht man darin kein Spiegelbild. Die Bildpunkte des Spiegelbildes sind nicht Schnittpunkte von Lichtbündeln, daher sind Spiegelbilder virtuelle Bilder (Sie befinden sich nicht wirklich an dem Ort, an dem wir sie sehen, das Gehirn denkt nur, sie wären dort).
Ein ähnliches Phänomen tritt auf, wenn sich der abzubildene Gegenstand zwischen Brennebene und Linse befindet. Die Randstrahlen der Lichtbündel, die von ihm ausgehen, können nicht so stark gebrochen werden, dass sie konvergent (zusammenlaufend) werden. Darum erhält man keinen Bildpunkt. Wenn aber ein solches gebrochenes divergierendes Lichtbündel in unser Auge fällt, so verlegt das Gehirn den Ausgangspunkt des Lichtes in den Punkt, in dem sich die rückwärtig verlälngerten Randstrahlen des Lichtbündels schneiden. In Wirklichkeit geht von diesem Punkt aber kein Licht aus, wir sehen daher ein virtuelles Bild. Es ist vergrößert und aufrecht: