Abbildung an einer Sammellinse
Modell
Statt der Linse wird ihr Mittelpunkt, die Brennweite f und die zugehörigen Brennpunkte F und F‘ gezeichnet, um mit den drei ausgezeichneten Lichtwegen eine optische Abbildung zu konstruieren. Abgebildet wird der Gegenstandspunkt an der Spitze eines Pfeils mit der Gegenstandgröße G auf der optischen Achse. Seine Position wird durch die Gegenstandsweite g bestimmt. Die Lichtwege kreuzen sich hinter der Linse im Bildpunkt B an der Spitze eines Pfeils auf einem Schirm. Da der Pfeil auf dem Schirm nach unten zeigt, deutet das Modell an, dass das reelle Bild wie zuvor bei der Abbildung an einer Lochblende auf dem Kopf steht und seitenverkehrt ist.
Verändere mit dem Schieberegler die Gegenstandsweite, sodass sich sowohl die Bildweite b als auch die Bildgröße B dynamisch anpassen.
Hypothese
Linsengleichung
Das Modell gibt damit, was die Bildweite angeht, den Zusammenhang wieder, der in der Linsengleichung gegeben ist:
Wenn bei gegebener Brennweite ein Summand größer wird (kleinere Gegenstandweite), dann wird der andere kleiner (größere Bildweite).
Lupe
Sobald die Gegenstandsweite kleiner ist als die Brennweite, verschwindet das Bild auf der Bildseite und taucht auf der Gegenstandsseite auf. Es entsteht aus den rückwärtigen Verlängerungen. Sie deuten damit das vergrößerte Bild an, dass mit dem Auge gesehen werden kann, wenn die Sammellinse als Lupe verwendet wird.
Experiment
Zur Demonstration einer optischen Abbildung an einer Sammellinse wird im Experiment ein leuchtender Buchstabe L als Gegenstand verwendet. Er kann mithilfe eines entsprechenden Dias und einer Experimentierleuchte auf einer optischen Bank erzeugt werden. Die Sammellinse bildet den Buchstaben scharf auf einem Schirm ab, sobald der Schirm an die richtige Stelle geschoben wird. Welche Stelle das ist, kann aus dem dynamischen Modell abgeleitet werden, sobald alle Parameter des Experiments im Modell eingestellt wurden. Es steht – wie im Modell gezeigt – auf dem Kopf und ist seitenverkehrt.
Darüber hinaus kann das Modell mithilfe von AR direkt in den Aufbau eingeblendet werden, sodass der modellierte Bildpfeil neben dem Bild auf dem realen Schirm betrachtet werden können. Die Größe beider Bilder stimmt ungefähr überein, was dafür spricht, dass die drei ausgezeichneten Lichtwege die physikalischen Eigenschaften optischer Abbildungen beschreiben.
Selbst die Entstehung des vergrößerten virtuellen Bildes, das durch die Sammellinse als Lupe von dem Buchstaben gesehen werden kann, lässt sich in AR überprüfen.
