FW 7

Thema: Lupe und Stereolupe (Binokular)


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Bei der Lupe und der Stereolupe (Binokular) handelt es sich um optische Geräte, mit deren Hilfe man Gegenstände wesentlich größer sehen kann als mit bloßem Auge. Ermöglicht wird dieses durch den Einsatz einer oder mehrerer Sammellinse/n.
Je näher ein Gegenstand dem Auge ist, desto größer erscheint er uns (Abb. FW_7-1).
Dieser Mechanismus hat mit der Brechung von Licht an Linsen zu tun, die physikalischen Gesetzmäßigkeiten folgt. Zentrales Bauelement des Auges ist eine sogenannte Sammellinse. Lichtstrahlen, die von einem Objekt ausgehen, werden von dieser Sammellinse so gebrochen, dass ein scharfes Bild des Gegenstandes auf der Netzhaut entsteht. Dieses scharfe Bild wird umso größer, je näher der Gegenstand dem Auge bzw. der zunehmend gekrümmten Linse ist.
Allerdings gibt es für diese Art der Vergrößerung eine Grenze: Ab etwa 12 – 18 cm Entfernung eines Gegenstandes vom Auge des Betrachters (= Nahpunkt) kann selbst bei jungen Menschen kein scharfes Bild mehr auf der Netzhaut des Auges abgebildet werden. Die Ursache dafür liegt in der begrenzten Fähigkeit der Augenlinse sich zu krümmen.

Quelle: pixabay

Abb. FW_7-1 Sehen und Vergrößerung

Um Objekte trotz dieser physikalischen Einschränkungen des menschlichen Auges größer zu sehen, benötigt der Mensch Hilfsmittel.
Schon im Altertum entdeckte man die vergrößernde Wirkung von Wassertropfen (Abb. FW_7-2). Das erste auf dieser Grundlage entwickelte Instrument war der Vergrößerungsstein, der hauptsächlich als Lesehilfe benutzt wurde (Abb. FW_7-3). Er war der Ausgangspunkt für die Entwicklung der Lupe und der Brille.

Quelle: flickr

Abb. FW_7-2 Vergrößerung durch einen Wassertropfen

Quelle: wikimedia

Abb. FW_7-3 Lesestein

Lupe 

Eine Lupe wird auch als Vergrößerungsglas bezeichnet. Lupen gibt es in sehr unterschiedlicher Ausführung: Stiellupen, Schiebelupen, Klapplupen, Standlupen oder Becherlupen (Abb. AB FW_7-4). Je nach Lupe wird das zu betrachtende Objekt meist 4 – 10-fach vergrößert.
Eingesetzt wird die Lupe bei der Untersuchung von kleinen Organismen oder Organismenteilen. Eine Besonderheit ist die Becherlupe. Sehr bewegliche Land- oder Wasser-Kleinlebewesen können mit ihrer Hilfe gut untersucht werden.

Hauptbestandteil jeder Lupe ist eine Sammellinse. Wird diese Linse nah an das zu betrachtende Objekt geführt, wird dieses vergrößert gesehen.
Die Besonderheiten an dem wahrgenommenen Bild sind, dass es nicht auf dem Kopf steht und es sich um ein sogenanntes virtuelles Bild – im Unterschied zum reellen Bild – handelt. Vereinfacht ausgedrückt heißt das: Das Gehirn interpretiert die Netzhautabbildung als einen in Wirklichkeit vorhandenen, besonders großen Käfer. Diesen Käfer gibt es gar nicht (siehe Abb FW_7-5). In Wirklichkeit ist der Käfer viel kleiner. Das Gehirn „weiß“ ja nicht, dass die Lichtstrahlen durch die Lupe „abgeknickt“ werden und verlängert sie in gerader Richtung. Es entsteht der Eindruck eines besonders großen Käfers.
Zur Handhabung einer Lupe ist anzumerken, dass man durch Annähern und Entfernen der Linse vom Objekt herausfinden muss, in welchem Abstand das größtmögliche noch scharfe Bild entsteht.

 

Abb. FW_7-4 Lupenarten (Auswahl)

Die folgende Abbildung stellt den Sachverhalt der Vergrößerung einer Lupe in vereinfachter Art und Weise dar.

Abb. FW_7-5 Vergrößerung eines Objektes durch den Einsatz einer Lupe (vereinfacht)

Wenn man diese Wahrnehmung des Gehirns genauer verstehen möchte, muss man sich intensiver mit optischen Linsen und der Bildentstehung befassen.

Unter anderen helfen dabei die folgenden Links:

Film: http://www.planet-schule.de/sf/filme-online.php?film=9768&reihe=1413 (Zugriff: 2017-04-12)
http://www.planet-schule.de/sf/multimedia-simulationen-detail.php?projekt=sammellinse_basis (Zugriff: 2017-04-12)
http://www.physik.wissenstexte.de/brennpunkt.htm (Zugriff: 2017-04-12)
http://grund-wissen.de/physik/optik/lichtbrechung.html (Zugriff: 2017-04-12)
http://www.leifiphysik.de/optik/optische-linsen/ausblick/lupe (Zugriff: 2017-04-12)

Zu beachten ist, dass die Lupe nicht in die Sonne gehalten wird. Die einfallenden Sonnenstrahlen können gebündelt werden und brennbares Material entzünden!


Stereolupe (Binokular)

Der korrekte Ausdruck für das hier gemeinte Gerät (Abb. FW_7-6) ist „Stereolupe“, da es sich bei der Art und Anordnung der Linsen um zwei Lupensysteme handelt. Häufig wird für dieses Hilfsmittel allerdings auch der Begriff „Binokular“ benutzt. Je nach Modell wird das zu betrachtende Objekt meist 10 – 80fach vergrößert. Missverständlich ist der Begriff „Stereomikroskop“, da ein Mikroskop u.a. grundsätzlich eine wesentlich stärkere Vergrößerung ermöglicht (siehe auch FW 8 „Mikroskop / Mikroskopieren“).

Die Besonderheit der Stereolupe sind die beiden Lupensysteme (= Objektive) im Stereolupenkopf, die aus unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt ausgerichtet sind. Sie ermöglichen so ein räumliches Bild mit Tiefenschärfe. Die Okulare dienen der zusätzlichen Vergrößerung. Die Gesamtvergrößerung (VG) errechnet sich aus der Multiplikation des Vergößerungswertes der Objektive (VOB) mit dem Vergrößerungswert der Okulare (VOK) (z.B. 10 x 6 = 60fach). Mit zunehmender Vergrößerung geht etwas von der räumlichen Sicht bzw. der Tiefenschärfe des Bildes verloren.

Der Einsatz der Stereolupe dient vor allem dazu, ganze Organismen oder Organismenteile zu untersuchen (Bodentiere, Insekten, Blütenteile, etc.).
In der Regel werden die zu untersuchenden Objekte in einen Petrischalendeckel gelegt. Die Beleuchtung erfolgt entweder mithilfe einer von oben strahlenden Lampe (= Auflicht) oder mittels einer von unten auf das Objekt strahlenden Lichtquelle (= Durchlicht).
Auflicht ist besser geeignet für die Untersuchung von Oberflächen und räumlichen Strukturen (z.B. Insekten, -teile). Mit Durchlicht betont man besonders die Form und den Umriss (z.B. Wasserflöhe in einer Petrischale mit etwas Wasser).

Um verschiedene Bereiche zu betrachten, wird das Objekt bzw. die Petrischale mit Daumen und Zeigefingern beider Hände verschoben. Die beiden Klammern sind meistens überflüssig und können nach hinten weggeklappt werden.

Zum Transportieren der Stereolupe wird diese immer mit einer Hand am Arm und der anderen Hand unter dem Fuß festgehalten.

Folgende Tipps können bei der Beobachtung von Tieren mittels Stereolupe hilfreich sein:

  • Bei sich schnell bewegenden kleinen Tieren, z.B. verschiedenen Bodentieren, kann der Boden der Petrischale mit etwas (!) Wasser bedeckt sein. Diese Maßnahme verzögert die Bewegungen der Tierchen.
  • Bei sich schnell bewegenden Tierchen in Flüssigkeiten, z.B. Wasserflöhen oder Hüpferlingen, kann etwas zerrupfte Watte in das Wasser gegeben werden. Die Tierchen bleiben darin hängen.

Quelle: wikimedia

Abb. FW_7-6 Abb. Stereolupe (Binokular)

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