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 3 konzentrische Schichten: Äußere Augenhaut: Hornhaut und Lederhaut ( das weiße des Auges ) Mittlere Augenhaut: Iris = Regenbogenhaut, Aderhaut Innere Augenhaut: Netzhaut: Blinder Fleck, gelber Fleck

Äußere Augenhaut Hornhaut: - Brechkraft in Luft: 41 Dioptrien Lederhaut: - das weiße des Auges - setzen Augen- muskeln an Brechkraft Auge gesamt 60 dpt

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

Blinder Fleck → Sehnerv Stelle der Netzhaut, an der keine Lichtsinnzellen sitzen → Sehnerv

Gelber Fleck Größte Dichte an Sehzellen Mitte der Netzhaut Durchmesser 5 mm

Stäbchen und Zapfen Verhältnis von Stäb. zu Zapfen auf gesamter Netzhaut 5:2 Äußerste 1,5mm breite Zonen höchste Stäbchendichte: Hell-Dunkel In der folgenden Zone (0,5mm) nimmt Stäbchenanteil ab Gelber Fleck enthält nur Zapfen: für Farbensehen Experiment!

Bilderzeugung Häufige Darstellung nur mit Brechung durch die Augenlinse Sind noch andere Linsen /Medien daran beteiligt?

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 Muskulatur des Ziliarkörpers reguliert Krümmungsgrad Kontraktion dieser glatten Muskulatur führt zur Erschlaffung Zonulafasern, durch Eigenelastizität krümmt sich Linse

Akkommodation schematisch Physiologische Mechanismus muss in der Physik nicht untersucht werden, nur interessant ob Linse abgeflacht oder nicht Strahlen von nah müssen durch eine stärker gekrümmte Linse

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 Physiologische Mechanismus muss in der Physik nicht untersucht werden, nur interessant ob Linse abgeflacht oder nicht Strahlen von nah müssen durch eine stärker gekrümmte Linse

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

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