Die Lochkamera

Die Lochkamara, oder Camera obscura (lat. Kammer – dunkel) besteht im Wesentlichen aus einem dunklen Raum, einer Lochblende und einem Schirm.

Das Licht, das am Turm gestreut wird, trifft auf die Lochblende und von dort auf den Schirm. In Abhängigkeit von der Größe der Blende, kann ein mehr oder weniger scharfes Bild des Turms beobachtet werden.

  • Bild 1 – große Blende
  • Bild 2 – mittlere Blende
  • Bild 3 – kleine Blende

Um von dem Turm ein so gutes Bild zu erhalten, muss der Raum, in den man sich befindet sehr dunkel sein, damit unsere Pupillen stark geweitet sind.

Einfacher lassen sich selbstleuchtende Körper beobachten, da von ihnen mehr Licht ausgeht. Der Klassiker bei der Verwendung der Lochkamera ist die Kerze. Wie schon beim Turm, zeigen die Abbildungen auch hier das Bild der Kerze bei einer großen, mittleren und kleinen Blende.

Wir stellen fest:

  • Je größer die Blende, desto heller das Bild, weil mehr Licht in die Kamera trifft.
  • Je kleiner die Blende, desto schärfer das Bild. Warum ist das so?

Je größer die Blende, desto breiter ist auch das einfallende Lichtbündel. Das wollen wir an einem einzelnen Lichtbündel beobachten. Das Lichtbündel, das von der Spitze der Kerzenflamme ausgeht, hat am Schirm eine bestimmte Breite. Die Breite des Lichtbündels entspricht der Breite der Spitze der Kerzenflamme. Daher wird die Spitze unscharf. Das lässt sich für alle weiteren Lichtbündel wiederholen. Die größere Helligkeit des Bildes verursacht eine größere Unschärfe.

Je kleiner die Blende, desto schmaler die Lichtbündel. Das Bild wird schärfer.

kleine Blendenöffnung
große Blendenöffnung

Berechnungen an der Lochkamera

Wir sehen, dass links und rechts der Blende ein Dreieck entsteht. Gegenstand und Schirm sind parallel. Nach dem 2. Strahlensatz gilt: 

{\huge \frac{G}{g}= \frac{B}{b}}

Mit dieser Gleichung können wir Vermessungen vornehmen.

Beispiel: Der schiefe Turm von Pisa hat eine Höhe von G= 55 m. Auf der Lochkamera hat der Turm eine Bildgröße von B = 10 cm. Der Abstand von der Blende zum Schirm betrage b = 25 cm. Berechne den Abstand von der Kamera zum Turm.

{\huge \frac{G}{g}= \frac{B}{b}}

{\huge g = \frac{G \, \cdot \, b}{B}}

{\huge g = \frac{55 \, m \cdot 0,25 \, m}{0,1 \, m}}

{\huge g = 137,5 \, m}

Wenn wir die Höhe eines Turms bestimmen wollen, dann können wir die Bildgröße auf unserer Lochkamera ausmessen. Weiter müssen wir die Bildweite b und die Entfernung zum Turm bestimmen.

Die Bildweite b beträgt 25 cm. Die Bildgröße B haben wir mit 15 cm gemessen. Für die Bestimmung der Gegenstandsweite haben wir das GPS unseres Smartphones genutzt und einen Abstand von 600 m gemessen.

Bestimme aus den gegebenen Daten die Höhe des Berliner Fernsehturms und vergleiche mit der tatsächlichen Höhe.

{\huge \frac{G}{g}= \frac{B}{b}}

{ G = \frac{B \, \cdot \, g}{b}}

{ g = \frac{0,15 \, m \cdot 600 \, m}{0,25 \, m}}

{ g = 365 \, m}

Der Berliner Fernsehturm hat eine Höhe von 365 m.

zur Geschichte der Lochkamera

Die Lochkamera soll bereits mehr als 300 Jahre vor Christus bekannt gewesen sein. Die ersten Aufzeichnungen zur Funktion und Beschreibung der Lochkamera stammen vom englischen Mönch Roger Bacon, der im 13. Jahrhundert den Lichtweg und die Bildentstehung beschrieb. Bacon erkannte die Bedeutung von Experimenten für die Naturwissenschaften. Damit war er seiner Zeit weit voraus. Weil seine Erkenntnisse nicht in das Bild der katholischen Kirche passten, musste er einige Zeit im Gefängnis verbringen. Aus Angst vor weiteren Repressionen, traute sich Bacon nicht, seine Erkenntnisse zu Lebzeiten zu veröffentlichen.

Weiter zur Geschichte:  https://yourfoto.de/die-camera-obscura/