Optische Linsen - Sammel- und Zerstreuungslinsen [Physik im Überblick]
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https://www.youtube.com/watch?v=umCDj5TixKQ

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 Schon mal überlegt, was für ein Wahnsinnsstück Technik ihr da jeden Tag mit euch rumtragt? Ich meine natürlich eure Augen. Heute schauen wir uns mal
0:07 die Physik dahinter an und wie sie unsere Welt erschaffen. Also, was haben wir vor? Zuerst geht's um die Grundlagen, also die Magie von Linsen.
0:16 Dann schauen wir uns das Auge als eine Art Biokamera an, checken den Autofokus und am Ende, ja, am Ende klären wir, wie eine simple Brille unsere Sicht wieder
0:26 hinkriegt. Okay, fangen wir ganz von vorne an bei den Linsen, denn die sind quasi die Bausteine für alles, was mit sehen zu tun hat. Um das Auge zu
0:37 verstehen, müssen wir erstmal kapieren, wie diese Dinger das Licht überhaupt formen. Wie kann das sein, oder? Dass wir Sterne sehen und gleichzeitig die
0:45 Buchstaben hier. Die Antwort, die liegt in der Physik, genauer gesagt in der Lichtbrechung. Und dafür gibt es im Grunde zwei ganz einfache Typen von
0:53 Linsen, die das perfekt beherrschen. Und hier sind sie, unsere beiden Hauptdarsteller, die Sammelinse und die Zerstreuungslinse.
1:02 Die sind die Helden unserer kleinen Geschichte hier. Und ihr Trick ist eigentlich ganz einfach. Sie biegen das Licht. Fachlich nennt man das Refraktion
1:10 oder eben Lichtbrechung. Schaut mal hier, da sieht man es perfekt. Die Sammellinse, die ist in der Mitte dicker, bündelt die Lichtstrahlen
1:20 auf einen einzigen Punkt. Und die Zerstreuungslinse, die dünnere in der Mitte, macht genau das Gegenteil. Sie streut die Strahlen. Klingt simpel,
1:28 oder? Aber genau dieses Prinzip ist die absolute Grundlage für alles, was jetzt kommt. So, jetzt, wo wir das mit den Linsen geklärt haben, können wir uns dem
1:38 echten Meisterwerk der Natur widmen, dem menschlichen Auge. Stellt es euch einfach vor wie eine eingebaute Biokamera
1:46 und das ist wirklich keine Übertreibung. Euer Auge funktioniert fast exakt so wie eine Digitalkamera. Die physikalischen Prinzipien sind genau die gleichen, nur
1:56 na ja, die Bauteile sind halt biologisch. Und hier sehen wir die Parallelen mal ganz klar aufgelistet. Hornhaut und
2:04 Linse, das ist das Kameraobjektiv, das Licht bündelt. Die Iris, die regelt, wie viel Licht reinkommt. Ganz genau wie die Blende bei einer Kamera. Und die
2:13 Netzhaut hinten. Tja, das ist euer Bildsensor, der das Licht in elektrische Signale umwandelt. Jetzt kommt der Clue. Das Bild, das auf eurer Netzhaut
2:22 ankommt, ist verkleinert, reell und es steht auf dem Kopf. Japp. richtig gehört. Alles was ihr seht wird erstmal verkehrt herum hinten im Auber
2:32 abgebildet. Euer Gehirn ist dann der Supercomputer, der das Bild in Echtzeit für euch wieder umdreht. Ziemlich verrückt, oder? Aber eine Sache kann
2:41 unsere Bioamera viel besser als die meisten normalen Kameras nahtlos scharf stellen. Und wie das geht? Das Zauberwort heißt Akkmodation.
2:50 Akkommodation bedeutet im Grunde nichts anderes, als dass das Auge seine eigene Brechkraft ständig anpasst. Egal, ob ihr was in der Ferne anschaut oder direkt
2:59 vor eurer Nase, es ist quasi ein eingebauter, dynamischer Autofokus. Und ich sag's euch, da kommen selbst die teuersten Kameraobjektive kaum
3:08 hinterher. Und wie macht das Auge das? Das ist echt geniale Ingenieurskunst der Natur. Schauen wir in die Ferne, entspannt sich ein kleiner Muskel der
3:17 Ziliarmuskel. Dadurch wird die Linse flacher gezogen. Wollen wir aber was nahes scharf sehen, spannt sich dieser Muskel an. Die Linse kann sich
3:25 entspannen, wird runder, kugelförmiger und bricht das Licht dadurch stärker. Ein super cleverer Mechanismus und diese Fähigkeit ist enorm. Bei jungen Leuten
3:36 liegt dieser Akkummodationsbereich bei etwa 15 Dioptrinen. Das ist eine ganze Menge, eine wirklich beeindruckende Fokussierungsleistung.
3:45 Tja, und das ist leider auch der Grund, warum viele von uns irgendwann eine Lesebrille brauchen. Mit dem Alter verliert die Linse an Elastizität. Sie
3:54 wird steifer und kann sich nicht mehr so gut krümmeln. Diese Fokussierleistung kann dann auf nur noch eine Dioptrie absinken und genau das nennt man dann
4:03 Altersweitsichtigkeit. Aber so genial das Auge auch ist, perfekt ist es nicht. Wie jedes optische System hat es auch seine Macken. Kleine
4:12 Fehler, sogenannte Abbildungsfehler, die dafür sorgen können, dass das Bild eben nicht immer gestochen scharf ist. Ein Beispiel dafür ist die chromatische
4:20 Aberation. Klingt kompliziert, ist aber einfach erklärt. Das Auge bricht Licht unterschiedlicher Farben nicht exakt gleich. Blaues Licht wird ein kleines
4:30 bisschen stärker gebrochen als rotes. Und das Ergebnis, das sind diese feinen bunten Ränder, die man manchmal um helle Oblekte vor dunklem Hintergrund zieht.
4:38 Kennt ihr vielleicht. Und dann gibt's noch die sphärische Aaration. Das Problem hier ist, dass Lichtstrahlen am Rand der Linse anders gebrochen werden
4:47 als die in der Mitte. Das führt dann zu Unschärfe oder so einem leichten Haloeffekt. Passiert halt, weil die Linse eine Kugelform hat und die ist
4:54 physikalisch gesehen nicht die absolut perfekte Form, um alle Strahlen auf einen einzigen Punkt zu bündeln. So, das Auge hat also ein paar kleine Fehler.
5:04 Was tun wir dagegen? Tja, die Lösung ist genial einfach und bringt uns zurück zum Anfang unserer Geschichte. Wir benutzen einfach zusätzliche Linsen. Die
5:14 häufigsten Seeprobleme sind ja Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit. Und im Grunde sind das beides nur Fokussierungsfehler.
5:20 Bei der Kurzsichtigkeit ist das Auge sozusagen zu stark. Das Bild entsteht vor der Netzhaut. Bei der Weitsichtigkeit ist es zu schwach. Das
5:28 Bild würde erst hinter der Netzhaut scharf werden. Und die Korrektur ist dementsprechend auch total logisch. Bei Kurzsichtigkeit setzen wir eine
5:36 Zerstreuungslinse davor. Die fächert das Licht schon ein bisschen auf und der Brennpunkt wandert nach hinten genau auf die Netzhaut. Bei Weitsichtigkeit machen
5:44 wir es umgekehrt. Da hilft eine Sammellinse, die dem Auge quasi unter die Arme greift und das Licht stärker bricht. Genial einfach, oder? Dass das
5:52 so gut klappt, ist übrigens kein Zufall oder herumprobieren. Dahinter steckt knallharte Physik, genauer gesagt die Linsengleichung. Mit dieser Formel kann
6:02 ein Optiker ganz exakt ausrechnen, welche Stärke eine Linse haben muss, um eine Seeschwäche perfekt auszugleichen und die Welt wieder scharf zu machen.
6:11 Also, was ist unser Auge nun? Ein fehlerhaftes Instrument oder doch ein Meisterwerk der Evolution? Wahrscheinlich ist die Antwort, es ist
6:20 beides. Eine absolut brillante, sich selbst fokussierende Kamera, die aber eben wie alles andere auch an die fundamentalen Gesetze der Physik
6:29 gebunden ist. So, das war's für heute. Wenn euch diese kleine Reise durch die Physik des Sehens gefallen hat, dann lasst uns doch gerne
6:38 ein Like und ein kostenloses Abo da. Das hilft uns wirklich sehr, mehr solcher Erklärungen für euch zu machen. Vielen Dank fürs Zuschauen und bis zum nächsten
6:47 Mal.