Wie ist der Brennpunkt einer Linse definiert?
Der Brennpunkt (auch Fokus genannt, Symbol: $F$) einer Linse ist physikalisch wie folgt definiert:
1. Grundlegende Definition
Der Brennpunkt ist der Punkt, an dem sich Lichtstrahlen (oder deren rückwärtige Verlängerungen) schneiden, die parallel zur optischen Achse auf die Linse treffen.
Man unterscheidet dabei zwischen den zwei Hauptarten von Linsen:
2. Der Brennpunkt bei der Sammellinse (Konvexlinse)
Bei einer Sammellinse (nach außen gewölbt) werden parallel einfallende Lichtstrahlen durch die Brechung so abgelenkt, dass sie hinter der Linse in einem Punkt zusammenlaufen.
- Art des Brennpunkts: Man spricht von einem reellen Brennpunkt, da sich die Lichtstrahlen dort tatsächlich treffen.
- Wirkung: Hier kann man z. B. mit Sonnenlicht Papier entzünden (daher der Name „Brennpunkt“).
3. Der Brennpunkt bei der Zerstreuungslinse (Konkavlinse)
Bei einer Zerstreuungslinse (nach innen gewölbt) werden parallel einfallende Lichtstrahlen so gebrochen, dass sie auseinanderlaufen (divergieren). Sie scheinen dabei von einem Punkt vor der Linse herzukommen.
- Art des Brennpunkts: Man spricht von einem virtuellen (scheinbaren) Brennpunkt. Die Lichtstrahlen treffen sich nicht wirklich dort, aber ihre rückwärtigen Verlängerungen schneiden sich in diesem Punkt.
4. Wichtige Kenngrößen im Zusammenhang
- Brennweite ($f$): Das ist der Abstand zwischen der Mitte der Linse (Hauptebene) und dem Brennpunkt. Je stärker die Linse gekrümmt ist, desto kürzer ist die Brennweite und desto stärker wird das Licht gebrochen.
- Optische Achse: Die gedachte Symmetrielinie, die senkrecht durch die Mitte der Linse verläuft. Der Brennpunkt liegt immer auf dieser Achse.
- Zwei Brennpunkte: Da Licht von beiden Seiten durch eine Linse fallen kann, besitzt jede Linse zwei Brennpunkte (einen auf der Vorder- und einen auf der Rückseite), die bei einer symmetrischen Linse gleich weit vom Mittelpunkt entfernt sind.
Zusammenfassung
Der Brennpunkt ist das Sammelzentrum für parallel zur Achse einfallendes Licht. Bei Sammellinsen ist er ein echter Treffpunkt der Strahlen, bei Zerstreuungslinsen der Punkt, von dem die Strahlen scheinbar ausgehen.