Lochkamera

Lochkamera Übung

• Gib an, was du zum Basteln einer Lochkamera wofür benötigst.

  Tipps

  Wie sieht die fertige Lochkamera aus?

  Welchen Weg nimmt das Licht vor und in der Lochkamera?

  Lösung

  Die selbstgebastelte Lochkamera besteht aus einem schwarzen quaderförmigen Gehäuse. Dieses wird aus festem Karton gebastelt und zusammengeklebt.

  An der einen kleinen Seite des Gehäuses wird eine Alufolie befestigt, in die ein kleines Loch gestochen wird. Durch dieses Loch fällt das Licht vom Objekt in die Kamera.

  Am anderen Ende der Kamera treffen die eingefallenen Lichtstrahlen dann auf eine Schicht Transparentpapier. Dieses ist der Schirm der selbstgebastelten Kamera. Sieht man von hinten auf die Kamera, so kann man dort das Bild des Objektes wie der Kerze beobachten.

  Eine Linse zum Scharfstellen oder andere Funktionen besitzt diese einfache Kamera jedoch nicht.

• Benenne die wichtigsten Schritte in der Geschichte der Lochkamera.

  Tipps

  In welches Jahrhundert ordnet sich welches Ereignis ein?

  Lösung

  Die Geschichte der Lochkamera beginnt bereits vor unserer Zeitrechnung. Im 4. Jh. v. u. Z. entwickelte Aristoteles die Idee einer Lochkamera. Ab dem 13. Jh. wurde die Lochkamera zu wissenschaftlichen Zwecken eingesetzt: so diente sie der Beobachtung der Sonne, um die Augen vor den schädlichen Folgen durch die direkte Betrachtung zu bewahren. Da Vinci untersuchte die Vorgänge in der Lochkamera im 15. Jh. und stellte die Parallelen zwischen der Lochkamera und dem menschlichen Auge her. Die erste transportable Lochkamera baute J. Zahn 1686. Im 18. Jh. wurde die Lochkamera unter anderem von Calanetto als Vorlagemittel für die Zeichnung von Stadtpanoramen verwendet. 1826 gelang es J.N. Niepce, die erste bekannte und erhaltene Fotografie mit einer Lochkamera zu erstellen.

• Erkläre, welches Bild des gezeigten Gegenstandes durch eine Lochkamera erzeugt wird.

  Tipps

  Welche Eigenschaften weist das Bild in einer Lochkamera auf?

  An welchem Merkmal des Originals neben der Farbe kannst du die Bilder gut unterscheiden?

  Lösung

  Lochkameras erzeugen ein farbgetreues Bild. Das Bild einer Lochkamera wird nicht Schwarz-Weiß sondern behält die ursprünglichen Farben wie in diesem Beispiel die Grüntöne bei. Es kann nur sein, dass das Bild insgesamt dunkler erscheint.

  Lochkameras erzeugen ein höhenverkehrtes Bild. Beim Durchgang durch das Loch werden die Lichtbündel so ausgewählt, dass das Bild auf dem Kopf steht. Die Strahlen vom unteren Teil des Objekts werden oben abgebildet und die Strahlen vom oberen Teil des Objekts unten. Das kann man gut an dem dunkelgrünen Schatten des Objektes erkennen. Er muss im Bild oben sein, weil er im Original unten ist.

  Lochkameras erzeugen darüber hinaus auch seitenverkehrte Bilder. Dinge, die ursprünglich links angeordnet waren, erscheinen rechts und umgekehrt. Der Schatten des Objektes befindet sich im Original auf der rechten Seite, daher liegt er im Bild links.

• Finde Gemeinsamkeiten von Lochkamera und menschlichem Auge.

  Tipps

  Lege gedanklich Lochkamera und Auge übereinander. Was fällt dir dabei auf?

  Lösung

  Wie bei der Lochkamera so fällt auch beim menschlichen Auge das Licht durch ein kleines Loch, die Pupille, in das Auge ein. Die Lichtstrahlen durchqueren dann im Auge den Glaskörper so, wie die Lichtstrahlen in der Kamera das luftgefüllte Gehäuse durchqueren. Ebenfalls am hinteren Ende treffen die Lichtstrahlen anschließend auf die Netzhaut, die ebenso einen Schirm darstellt wie am Ende der Lochkamera das Gehäuseende.

  Das menschliche Auge ist jedoch deutlich komplexer als eine Lochkamera. Diese stellt ja unter den Kameratypen auch nur die einfachste Bauform da. Andere Kameras verfügen noch über eine Blende, mit der die Menge des einfallenden Lichtes reguliert werden kann (so auch die Pupillengröße beim Auge). Außerdem gibt es in anderen Kameras und auch im menschlichen Auge eine Linse, die das Scharfstellen unterschiedlich entfernter Objekte ermöglicht. In der Natur treten Augen, die einer Lochkamera sehr ähnlich sind, bei einigen Tieren wie dem Kopffüßer Nautilus auf. Diese so genannten Lochkamera-Augen besitzen keine Linse.

• Benenne die wesentlichen Bestandteile einer Lochkamera.

  Tipps

  Welcher Gegenstand ist die Lichtquelle?

  Wie verläuft der Strahlengang?

  Wo erscheint das Abbild des realen Gegenstandes?

  Lösung

  Die einfachste Kamera der Welt ist einfach zu bauen und besitzt daher auch eine überschaubare Anzahl an Bestandteilen.

  In dem Kameragehäuse befindet sich an der Seite mit dem zu beobachtenden Objekt ein kleines Loch. Durch dieses fallen die Lichtstrahlen des Objektes wie hier der Kerze. Am anderen Ende der Kamera befindet sich der Schirm, der das Bild auffängt.

  Der Schirm kann aus Transparentpapier sein. Dann kann man von außen das Bild des Objektes erkennen. Oder man wählt beispielsweise einen Film, der belichtet wird.

• Analysiere die Vorgänge bei der Bildentstehung an der Lochkamera.

  Tipps

  Zeichne dir die gegebenen Größen G, B, g und b in einer Skizze ein.

  Welche Größen ändern sich wie, welche bleiben unverändert beim Wegschieben der Kerze?

  Welche Aussage kannst du mit Hilfe der Formel über die neue Bildgröße treffen?

  Lösung

  Die Kerze wurde ein Stück von der Lochkamera entfernt. Die Größen $G$, $B$, $g$ und $b$ sind in der Abbildung mit eingezeichnet.

  Bei dieser Verschiebung ändern sich zwei der genannten Größen nicht. Die Objektgröße $G$, also die Höhe der Kerze, bleibt gleich. Ebenso verändert sich die Lochkamera selbst nicht. Sie behält also die Bildweite $b$, ihre Länge, bei. Die Gegenstandsweite $g$ hingegen nimmt zu.

  Konstruiert man den Strahlenverlauf, so sieht man bereits, dass dadurch die Bildgröße $B$ geringer wird, da das Strahlenbündel schmaler wird.

  Diesen Zusammenhang erkennt man auch quantitativ in der angegebenen Formel: $\frac Bb=\frac Gg$. Bleiben $G$ und $b$ konstant, so bewirkt eine Vergrößerung der Gegenstandsweite $g$ im Nenner auf der rechten Seite der Formel eine Verringerung der Bildgröße $B$ im Zähler auf der linken Seite der Formel.