Brechung

Einfache Brechung

Strohalm im Wasserglas

Brechung kann man schön an einem Glas mit Zitronenlimo erkennen. Steckt in diesem Glas ein Strohhalm, sieht es unter bestimmten Blickwinkel so aus, als ob der Halm geknickt wäre. Dieser Knick ist immer an der Oberfläche der Flüssigkeit bzw. Genauer an der Grenze zwischen Luft und Flüssigkeit, also zwischen optisch dünner und optisch dichterem Medium.
Dies liegt daran, dass Licht, welches von einem Medium ins andere geht, an der Verbindungsfläche beider Medien gebrochen wird. Wie stark das geschieht, hängt von den physikalischen Eigenschaften der beiden Medien ab.

Brechung von LichtFür den Strohhalm im Wasserglas heißt das nun, dass die Lichtstrahlen vom Strohhalm, die aus dem Wasser kommen, zur Wasseroberfläche hin gebrochen werden, die anderen nicht. Unser Auge weiß aber nichts von geknicktem Licht und dadurch entsteht der Eindruck, der Halm sei geknickt.

Die Linse

Eine Sammellinse

Trifft nun ein Bündel paralleler Lichtstrahlen senkrecht auf eine gewölbte Oberfläche (in diesem Beispiel eine Sammellinse), treten diese nicht mehr parallel aus, sondern sind zur Mittelinie hin gebrochen. Den Punkt an dem sich alle Strahlen treffen nennt man Brennpunkt.
Diesen Effekt nützt man z.B. aus, wenn man mit einem Vergrößerungsglas (einfache Sammellinse) das Sonnenlicht bündelt, um z.B. ein Stück Papier zu entzünden.
Trifft dieses Bündle nicht senkrecht, sondern unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf die Linse, befindet sich der Brennpunkt nicht mehr auf der Mittellinie, sondern ist auf der Brennebene verschoben.

Diese auf beiden Seiten nach außen gewölbten Linsen nennt man auch bikonvex. Das Gegenteil dazu ist konkav, "was nach innen gewölbt" bedeutet. Eine Streulinse ist z.B. bikonkav. Ist eine Seite an einer Linse eben, nennt man das plan.
Hier einige Beispiele für verschiedene Linsen:

konvex-plan, konvex-konkav, bikonkav, plankonkav, bikonvex

Brennweite

Die Brennweite

Die Brennweite (f) ist der Abstand zwischen Brennpunkt (F) und dem dazugehörigen Hauptpunkt (H). Dieser liegt in der vertikalen Mitte der Linse auf der Hauptebene (h). Bei dünnen Linsen liegt er auch ungefähr die horizontale Mitte der Linse.
Bei dicken Linsen und auch bei Objektiven liegen diese nicht mehr in der Mitte, sondern auf den Schnittpunkten der Verlängerungen von eintretenden und austretenden Strahlen. So ergeben sich für jede Linse/ Objektiv zwei Hauptebenen (H und H') und zwei Brennpunkte (F und F'). Die auf der Bildseite (hier: rechts) sind mit einem Strich gekennzeichnet: H' und F'.
Dadurch gibt es auch zwei Brennweiten f und f', wobei gilt: f = f'.

Der Hauptpunkt liegt also auf der Hauptebene, genauso wie der Brennpunkt auf der Brennebene liegt. Diese Brennebene entsteht dadurch, dass parallele Strahlen, die nicht senkrecht auf die Linse treffen, sich in einem Punkt schneiden, der nicht auf der Mittellinie (hier gestrichelt) liegt.

Hauptebene und Brennebene

Wie daraus ein Abbild der Realität wird, bitte folgen: Abbildung mit einer Linse