Das Auge

Das Auge ist unser wichtigstes Sinnesorgan. Deshalb sollten wir etwas über den Aufbau und die Funktion des Auges wissen. Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau unseres Auges und die Teile, die wir zur Beschreibung des Sehvorgangs in der Physik benötigen.

Längsschnitt durch das Auge

Aufbau

Linse und die Hornhaut bilden zusammen ein Linsensystem, das wie eine Konvexlinse wirkt. Über die Ringmuskeln (Ziliarmuskel) kann die Form der Linse und somit ihre Brennweite variiert werden.

Die Iris hat die Funktion, den Lichteinfall in das Auge zu regeln. Sie öffnet und schließt die Pupille, durch die das Licht in unser Auge gelangt. Je heller es ist, desto weiter ist die Pupille geschlossen.

Die Linse erzeugt ein reelles umgekehrtes Bild auf unserer Netzhaut. Die Informationen der Netzhaut werden über den Sehnerv in unser Gehirn weitergeleitet und dort zu einer Bildinformation verarbeitet.

Linse

Das über die Linse in unser Auge einfallende Licht, erzeugt ein reelles, umgekehrtes Bild auf der Netzhaut.

Die Gegenstände, die wir betrachten, sind im Normalfall weiter von unsern Augen entfernt. Da die Augenlinse eine sehr kleine Brennweite hat (ca. 1,7 cm) , befinden sich die meisten Gegenstände die wir beobachten außerhalb der doppelten Brennweite. Wenn sich ein Gegenstand außerhalb der doppelten Brennweite befindet, dann entsteht das Bild zwischen einfacher und doppelter Brennweite. Es ist reell, kleiner und umgekehrt. (siehe Animation – unten)

Anders als bisher betrachtet, ist bei unserem Auge die Bildweite durch die „Bauform“ unseres Auges vorgegeben. Die Position der Netzhaut ist der Ort, an dem ein scharfes Bild entstehen soll. Damit ist die Bildweite der Abstand von der Linse zur Netzhaut.

Wenn sich die Entfernung zum Gegenstand ändert, dann würde sich auch die Bildweite ändern. Das darf aber in unserem Auge nicht passieren, da wir sonst nicht scharf sehen könnten. Daher muss sich die Brennweite der Linse ändern. Dafür ist der Ringmuskel zuständig. Er kann die Form der Linse und damit die Brennweite in einem begrenzten Rahmen variieren. Diese Fähigkeit des Auges, die Brennweite der jeweiligen Entfernung anzupassen, wird Akkomodation genannt. Das soll die folgende Animation verdeutlichen. Die Form des Auges und damit der Abstand von der Linsenebene zur Netzhaut bleiben unverändert.

zur Animation: Verändere den Abstand des Gegenstandes zum Auge (Gegenstandsweite). Beobachte, wo das Bild entsteht und passe die Brennweite der Linse so an, dass das Bild auf der Netzhaut entsteht. Was beobachtest du für sehr kleine Gegenstandsweiten?

Die Zahlenangaben sind nicht normiert und ohne Einheit. 

Iris und Pupille

Die Iris (manchmal auch als Regenbogenhaut bezeichnet) ist der farbige Bereich in unserem Auge, die „Augenfarbe“. Sie reagiert auf Lichteinfall. Damit wir etwas sehen, muss Licht in unser Auge gestreut werden. Unsere Netzhaut ist aber sehr empfindlich, um auch bei Dunkelheit noch Informationen sammeln zu können. Wenn es sehr hell ist, dann würde unsere Netzhaut mit dem starken Lichteinfall überlastet werden. Ihr kennt das, wenn man aus der Dunkelheit in helles Licht tritt. Dann „blendet“ es. In unser Auge gelangt dann zu viel Licht.

Wenn es heller wird, dann verengt sich die Iris und die Öffnung im Auge, die Pupille wird enger. Das kannst du mit dem kleinen Experiment überprüfen. 

Experiment: Halte ein Auge für ca. 5 min zu. Nimm dazu die flache Hand, oder eine Augenklappe. Drücke nicht in das Auge, weil es nicht rot oder gereizt werden soll. Ziel ist es, dass ein Auge dem Tageslicht ausgesetzt ist, während das andere Auge in Dunkelheit ist.

Gehe jetzt dicht vor einen gut beleuchteten Spiegel (z.B. Badezimmer). Entferne die Hand vom Auge und beobachte das zuvor zugehaltene Auge genau. Achtung, es geht sehr schnell. Wenige Sekunden, nachdem du die Hand entfernt hast, ist nichts mehr zu beobachten.

pupille-gross
Auge bei Dunkelheit
Auge bei starker Beleuchtung

Netzhaut und blinder Fleck

Die Netzhaut (Retina) ist die Projektionsfläche, auf der das Bild des Gegenstands entstehen soll. Die Netzhaut verfügt über verschiedene Sensoren (Zäpfchen und Stäbchen), die Informationen zur Helligkeit und zur Farbe des eintreffenden Lichtes aufnehmen und über den Sehnerv an unser Gehirn weiterleiten.

Die Stelle, an der die Sehnerven gebündelt auf die Netzhaut treffen, bezeichnen wir als blinden Fleck. An dieser Stelle existieren keine Sensoren. Im täglichen Leben spielt der blinde Fleck quasi keine Rolle. Du kannst ihn aber mit einem kleinen „Selbstversuch“ nachweisen.

Experiment: Zeichne auf ein weißes Blatt ein Kreuz und einen Punkt. Beide sollten ca. 1 cm groß sein und einen Abstand von 8 cm haben. Halte ein Auge zu und schaue aus einer Entfernung von ca. 40 cm auf das Blatt. Du solltest Das Kreuz und den Kreis sehen. Verkleinere jetzt langsam den Abstand zum Blatt. Beschreibe deine Beobachtungen.

Brennweite Augenlinse

Linse, Kammerflüssigkeit und Hornhaut bilden zusammen ein Linsensystem. Dieses System wirkt nach außen wie eine Konvexlinse. Mit Hilfe des Ringmuskels kann die Krümmung der Augenlinse und somit ihre Brechkraft angepasst werden. Damit ändert sich die Brennweite.

Die Brechkraft des Linsensystems beträgt ca. 60 dpt. (Dioptrie)

Dioptrie D ist die Einheit, in der Optiker und Augenärzte die Brechkraft einer Linse messen. Dabei gilt:

Eine Konvexlinse aus unsern Versuchen hat die Brennweite 100 mm.

Auge: 60 dpt

{D = \frac{1}{f}}               f – Brennweite

{D = \frac{1}{f} = \frac{1}{100\; mm} = \frac{1}{0,1\; m} = 10\; dpt}

 {f = \frac{1}{D} }

{ f=\frac{1}{60\;dpt} = 0,017 \; m = 17\; mm}

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