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Das Auge
Physikalische Sichtweisen
von
Nina Völkel
Marcel Pösselt
und Thomas Stenzel
Roter Faden
Entwicklung des Auges
vom Einzeller zum Menschen
Das menschliche Auge
Fehlsichtigkeiten beim menschlichen Auge
Was ist ein Auge?
Lichtsinnesorgan
Reiz: EM-Wellen 200 – 800 nm
Sehfarbstoffe absorbieren Energie
(Rezeptorzellen)
Zunehmende Konzentration
→ erhöhte Empfindlichkeit
Verschiedenste Erscheinungsformen
Augenflecke
Vereinzelte Rezeptoren an bestimmten
Stellen oder ganzem Körper
verbunden mit Nervensystem
nur Hell-Dunkel-Wahrnehmung
ggf. Wahrnehmung der Lichtstärke
Würmer, Muscheln, Seesterne etc.
Das Flachauge
Lichtsinneszellen in Gruppen
reagieren teilw. auf unterschiedliche
Wellenlängen / Intensitäten
ungefähres Richtungssehen durch
Position am Körper
z.B. Quallen
Das Becherauge (1)
Sehzellen liegen vom Licht abgewandt in
einem Becher aus lichtundurchlässigen
Pigmentzellen
Richtungssehen möglich
neurale Verrechnung unterschiedlich
lokalisierter Augen
z.B. Lanzettenfischchen
Das Becherauge (2)
mehrere Sinneszellen in einem Becher
spezifisches Muster je nach
Einfallsrichtung
ein Auge genügt zum Richtungssehen
z.B. Strudelwurm
Das Napfauge
Sinneszellen dem Licht zugewandt
Weiterentwicklung des Flachauges
ermöglicht Bestimmung der Intensität und
der Einfallsrichtung des Lichts, aber kein
Bildsehen
z.B. Schnecken
Das Lochauge
verbessertes Napfauge (Netzhaut)
Prinzip der Lochkamera
Bildsehen und Entfernungssehen,
allerdings lichtschwach und unscharf
z.B. einige Tintenfische
Das Blasenauge
Augeninnenraum vollständig vom
Außenmedium abgeschlossen (Hornhaut)
mit lichtdurchlässigen Sekreten gefüllt
(Linse ohne Akkommodation)
evolutionäre Vorgänger des Auges der
Wirbeltiere
z.B. höhere Tintenfische, Schnecken
Das Facettenauge
Gesamtbild ist ein Mosaik aus allen Einzelbildern
Anzahl: einige Hundert bis zu einigen Zehntausend
Auflösung durch Anzahl der Einzelaugen begrenzt
→ weit geringer als Linsenauge
zeitliche Auflösung bei Facettenaugen weit höher
sein als bei Linsenaugen (ca. zehnmal so hoch)
Farbempfindlichkeit in den UV-Bereich verschoben
größtes Blickfeld aller bekannten Lebewesen
z. B. Spinnen, Insekten etc.
lassen sich in Evolutionsgeschichte nicht einordnen
Das menschliche Auge
Äußere Augenhaut
Hornhaut:
- Brechkraft in Luft:
41 Dioptrien
Lederhaut:
- das weiße des
Auges
- setzen Augenmuskeln an
Mittlere Augenhaut
Iris = Regenbogenhaut:
- bildet Pupille,
Blende
- reguliert Lichteinfall
Aderhaut:
- versorgt anliegende
Schichten mit
Nährstoffen
Mittlere Augenhaut
Ziliarkörper:
- dient zur
Aufhängung
der Linse und
Akkommodation
Innere Augenhaut
Netzhaut:
- enthält Lichtsinneszellen
- Blinder Fleck
- Gelber Fleck
Blinder Fleck
Stelle der Netzhaut,
an der keine
Lichtsinnzellen sitzen
→ Sehnerv
Gelber Fleck
Größte Dichte an
Sehzellen
Mitte der Netzhaut
Durchmesser 5 mm
Stäbchen und Zapfen
Bilderzeugung
Häufige Darstellung nur mit Brechung
durch die Augenlinse
Optische Daten
des menschlichen Auges
Brechzahlen:
-
Kammerwasser und Glaskörper: 1,3365
-
Linse: 1,42 – 1,46
Optische Daten
des menschlichen Auges
Brennwerte:
- bei Fernakkommodation:
insgesamt ca. 58 dpt
durch Hornhaut/Kammerwasser:
41 dpt
durch Linse 17 dpt (29% des
Gesamtwertes)
Optische Daten
des menschlichen Auges
Brennwerte:
- bei Nahakkommodation auf 0,1m
insgesamt ca. 68 dpt
durch Hornhaut/Kammerwasser:
41 dpt
durch Linse 27 dpt
Bessere Darstellung
Hornhaut und Augenlinse als Kombi-Linse
-
je nach Zustand plankonvex oder
bikonvex
-
Abhängig von Akkommodation
Akkommodation
Nah- und Ferneinstellung
durch Änderung
der Linsenkrümmung
Akkommodation
Akkommodation schematisch
Das Normalsichtige Auge
•
•
•
•
Vertikaler Durchmesser des
Augapfels:
24 mm
Krümmungsradius der
Hornhaut:
8 mm
Durchmesser der Linse:
ca. 10 mm
Dicke der Linse:
3,6 – 4,4 mm
Kurzsichtigkeit
Kurzsichtigkeit
Augenachse anormal lang oder Brechkraft
der Medien zu stark.
Fernpunkt in endlicher Entfernung
vom Auge
Nahpunkt näher am Auge
Weitsichtigkeit
Weitsichtigkeit
Augenachse anormal kurz oder Brechkraft
der Medien zu schwach
Nahe Gegenstände unscharf
Dadurch meist leichtes Schielen
Weit entfernte Gegenstände leicht
unscharf
Weitere Typen
von Fehlsichtigkeit
Stabsichtigkeit durch unregelmäßige
Hornhautform
Altersweitsichtigkeit durch abnehmende
Akkommodationsfähigkeit
Statistische Daten
19%
40%
9%
32%
Normalsichtig
Kurzsichtig
Weitsichtig
Altersweitsichtig
Mögliche Ursachen
von Fehlsichtigkeit
Zusammenhang zwischen Lesen und
Entstehen von Kurzsichtigkeit
Schlafen bei Licht fördert das
Längenwachstum des Augapfels
Korrektur von Kurzsichtigkeit
Korrektur von Weitsichtigkeit
Korrektur von Fehlsichtigkeit
Für Kurzsichtige konkave Linsen
(Zerstreuungslinsen)
Für Weitsichtige konvexe Linsen
(Sammellinsen)
Die Dioptrienzahl
Positive dtp: Sammellinse
Negative dtp: Zerstreuungslinse
Brillenstärke in dtp ist gleich dem Kehrwert der
Brennweite in Metern
In der Regel Stärken zwischen -7 und +4
Dioptrien
Rechenbeispiel am Modell
Länge normalsichtiges Auge: 0,17 m
entspricht: 5,88 dpt
Länge weitsichtiges Auge: 0,15 m
entspricht: 6,45 dpt
Es fehlen: 6,45 dpt – 5,88 dpt = 0,57 dpt
entspricht: 1,75 m
Quellen
Unterricht Physik (Nr. 56, 82, 85 und 86)
www.wikipedia.de
div. Lexika