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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
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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
Äußere Augenhaut • Hornhaut: - Brechkraft in Luft: 41 Dioptrien • Lederhaut: - das weiße des Auges - setzen Augen- muskeln 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 Licht- sinneszellen - Blinder Fleck - Gelber Fleck
BlinderFleck • Stelle der Netzhaut, an der keine Lichtsinnzellen sitzen → Sehnerv
Gelber Fleck • Größte Dichte an Sehzellen • Mitte der Netzhaut • Durchmesser 5 mm
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
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 • Augenachse anormal lang oder Brechkraft der Medien zu stark. • Fernpunkt in endlicher Entfernung vom Auge • Nahpunkt näher am Auge
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
Mögliche Ursachen von Fehlsichtigkeit • Zusammenhang zwischen Lesen und Entstehen von Kurzsichtigkeit • Schlafen bei Licht fördert das Längenwachstum des Augapfels
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