Aufbau und Funktionsweise einer Lochkamera

Im Anfangsunterricht des Fachgebiets Optik beschäftigen wir und mit der geradlinigen Ausbreitung von Licht und der optischen Abbildung von Gegenständen. In diesem Zusammenhang wird auch das Beispiel “Lochkamera” herangezogen, das es (von seinem Aufbau) das einfachste optische Gerät darstellt, mit dessen Hilfe ein Bild von einem Gegenstand erzeugt wird. Da die “original” Lochkamera keine Linse o.ä. optischen Hilfsmittel verwendet, dient die Lochkamera (auch) zum Nachweis der geradlinigen Ausbreitung von Licht.

Eine Lochkamera besteht aus einem lichtundurchlässigen Gehäuse mit einer kleinen Öffnung (Loch) und einem Schirm im Inneren des Gehäuses. Auf diesem Schirm erscheint das Bild des Gegenstandes, das mit der Lochkamera “beobachtet” wird. Zumdemerscheint das Abbild des Gegenstandes auf dem Kopf stehend, im Vergleich zu dem Gegenstand, vor sich der Kamera befindet

Aufbau und Funktionsweise einer Lochkamera

Wie eingangs erwähnt, dient die Lochkamera um die geradlinige Ausbreitung des Lichtes nachzuweisen. Dabei lässt sich das Abbild des Gegenstands auf dem Schirm durch die Konstruktion des entsprechenden Strahlengang erklären. Das Licht trift einen Gegenstand, von diesem Gegenstand wird ein Teil des auftrefenden Lichts wieder reflektiert. Dieses Licht breitet sich nach breitet sich nach allen Seiten geradlinig aus, wo es auch auf die Öffnung der Lochbildkamera trift und auf dem Schirm eine Abbildung erzeugt.

Im Physikunterricht wird in der Regel eine brennende Kerze zum Abbilden in einer Lochkamera verwendet (warum werden wir später erfahren). Dabei breitet sich das Licht der Kerze wieder geradlinig in alle Richtungen auf. Dabei gelangen auch Lichtstrahlen durch die Lochöffnung der Lochkamera und treffen auf den Schirm und erzeugen dort eine Abbildung der Kerze. Konstruieren wir nun den Strahlengang von der Kerze bis zum Schirm der Lochkamera, so beobachten wir, dass in Folge der geradlinigen Ausbreitung des Lichtes stellt der unterste Punkt der Kerze den obersten Punkt auf dem Schirm dar. Der oberste Punkt der Kerze erscheint als unterster Punkt auf dem Schirm. Diese Konstruktion des Strahlengangs bei einer Lochkamera erklärt auch, warum ein auf dem Kopf stehendes Bild des Gegenstandes auf dem Schirm erzeugt wird. Zusätzlich können wir durch die Konstruktion auch erklären, warum die Abbildung auf dem Schirm nicht nur auf dem Kopf steht, sondern auch seitenverkehrt ist.

Werten wir nun ein solches Experiment mit einer Lochkamera aus, so beobachten wir folgende Ergebnisse:

• Im Allgemeinen ist die Abbildung auf dem Schirm bei einer gegebenen Gegenstandsweite umso kleiner, je größer der Abstand zwischen Lochöffnung und Schirm ist

• Ist der Abstand zwischen der Kerze und der Lochöffnung groß und die Lochöffnung selbst klein, so wird ein kleines, scharfes aber lichtschwaches Abbild der Kerze erzeugt

• Ist der Abstand zwischen der Kerze und der Lochöffnung groß und die Lochöffnung auch groß, so wird ein kleines, unscharfes aber lichtstarkes Abbild der Kerze erzeugt

• Ist der Abstand zwischen der Kerze und der Lochöffnung klein und die Lochöffnung auch klein, so wird ein großes, unscharfes, lichtschwaches Abbild der Kerze erzeugt

Dies alles lässt sich auch mit Hilfe einer Formel angeben. Diese Formel kennen wir bereits aus der Konstruktion eines Strahlengangs. Mit Hilfe des zweiten Strahlensatzes lässt sich herleiten:

mit

Gegenstandsgröße =  Größe des Gegenstandes
Bildgröße =  Größe der Abbildung auf dem Schirm
Gegenstandsweite = Abstand zwischen Gegenstand und Lochöffnung
Bildweite = Abstand zwischen Lochöffnung und dem Schirm