Impulse Physik Mittelstufe eWissen
Demoversion-Bild
Getty Images Plus, München (iStock/gianliguori)

An einem sonnigen Tag sieht man bei einem Waldspaziergang helle runde Flecke am Boden. Das Licht der Sonne strahlt durch die unregelmäßigen Lücken im Blätterdach. Warum aber sind diese „Sonnentaler“ kreisrund?

Die einfachste Kamera

Im Zeitalter von Kameras mit Millionen von Speicherpunkten kann man sich kaum mehr vorstellen, dass man ganz ohne digitale Hilfsmittel ein Bild erzeugen kann. Darum denkt auch beim oben abgebildeten Waldweg niemand an eine Kamera. Aber die einfachste Kamera, die sogenannte camera obscura (lat. für dunkles Zimmer) gibt es schon seit zweitausend Jahren. Sie besteht aus einem dunklen Raum (Kammer, Pappkarton oder eben ein schattiger Waldweg), in den nur durch ein kleines Loch Licht gelangt.

Die Abbildung zeigt, wie in einer Lochkamera das Bild einer Kerze entsteht: Von jedem Punkt der leuchtenden Flamme breitet sich das Licht geradlinig in alle Richtungen aus. Je ein schmales Lichtbündel gelangt durch das kleine Loch (die „Blende“) und erzeugt auf dem gegenüberliegenden Schirm ein Bildscheibchen. Insgesamt ergibt sich das Bild der ganzen Flamme. Das Bild steht jedoch auf dem Kopf und ist seitenverkehrt. Genauso verhält es sich beim Waldweg. Die kleinen Lücken im Blätterdach wirken wie Blenden und wie die Flamme wird hier die kreisrunde Sonne auf den Weg abgebildet.

Schmale Lichtbündel – scharfe Bilder
Marzell, Alfred, Schwäbisch Gmünd
Breite Lichtbündel – große Lichtflecke
Marzell, Alfred, Schwäbisch Gmünd

Je kleiner das Loch, desto dunkler, aber schärfer ist das Bild; je größer die Blende, desto heller, aber unschärfer ist das Bild. Denn bei einer großen Blende gelangen breite Lichtbündel ins Innere der Kamera, die sich auf dem Schirm überlappen. Es entsteht kein scharfes Bild mehr.

Mangels Zoomobjektiv muss man sich vor dem Fotografieren mit der Lochkamera Gedanken über die Größe des Bildes B und des Gegenstands G machen. Wie groß das Bild auf dem Schirm wird, hängt von der Größe des abgebildeten Gegenstands G, von seiner Entfernung zur Blende g und vom Abstand des Schirms zur Blende b ab. Je näher man bei einer bestimmten Gegenstandsgröße an den Gegenstand heran geht, desto größer ist das Bild auf unserem Schirm.

Geometrische Konstruktion der Bildgröße
Marzell, Alfred, Schwäbisch Gmünd

Lochkamera

Brandcode GmbH, München; Fremdmaterial: v. Dawid Moroz. © + (P): Soundholder. Pond5 Inc.; (Swipes And Whooshes Metal Grille Fast And Short Swings Stereo Ortf 8040); © + (P): Sounddogs.com. Pond5 Inc.; (Pops Pops Bubble Burst Pop Various Cartoonish); Verlag/Subverlag: Ernst Klett Verlag GmbH, Sprecher: Katja Körber, Produktionsfirma: Buchfunk; (Erklärvideo, Optik, Lochkamera, Bildentstehung, Textvertonung); Wildermuth, Werner, Würzburg; (Optik, Lochkamera, Konstruktion, dreidimensional, Aufgabe); Wildermuth, Werner, Würzburg; (Optik, Lochkamera, Konstruktion, dreidimensional, Lösung)

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Lochkamera

Starte die Simulation. Verändere die Positionen von Gegenstand, Lochblende und Schirm und beobachte, wie sich das Bild des Gegenstandes verändert.

Verändere in den erweiterten Einstellungen auch die Größe des Gegenstandes und die Größe der Blende und beobachte wiederum, wie sich das Bild des Gegenstandes verändert.

Eine Anordnung aus Lochblende und Schirm mit einem Gehäuse bezeichnet man als Lochkamera.

Auf dem Schirm einer Lochkamera entsteht ein Bild. Je kleiner die Blendenöffnung ist, desto schärfer, aber dunkler ist das Bild.

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Bilder mit der Lochkamera

Die drei abgebildeten, unterschiedlich hellen Fotos wurden mit einer Lochkamera gemacht, wobei die Lochdurchmesser 0,5 mm, 1 mm und 2 mm betrugen. Ordne die angegebenen Werte den drei Bildern zu und begründe deine Entscheidung.

Michael Wagner, Korntal-Münchingen
Michael Wagner, Korntal-Münchingen
Michael Wagner, Korntal-Münchingen

Je kleiner die Blendenöffnung, umso schärfer und dunkler ist das Bild. Erstes Foto: d = 0,5 mm, zweites Foto: d = 1 mm, drittes Foto: d = 2 mm. Damit auch das erste und das zweite Foto ausreichend hell werden, muss man die Belichtungszeit erhöhen. Je kleiner der Lochdurchmesser ist, desto länger muss das Bild belichtet werden.