Frage:

Funktioniert eine Lupe auch unter Wasser?

Antwort:

Der einfachste Weg, auf diese Frage eine Antwort zu finden, ist es selbst auszuprobieren: Halten Sie einen kleinen Gegenstand, etwa eine Münze, unter Wasser und schauen Sie ihn durch eine Lupe an, die Sie ebenfalls unter Wasser halten. Wiederholen Sie das Experiment dann außerhalb des Wassers. Sie werden feststellen, dass eine Lupe durchaus auch unter Wasser vergrößert – aber nicht so stark. Doch warum ist das so?

Je nachdem in welchem Medium sich Licht ausbreitet, ist die Lichtgeschwindigkeit verschieden. Mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 000 Kilometern pro Sekunde breitet sich Licht im Vakuum (und näherungsweise auch in Luft) am schnellsten aus. In Glas beispielsweise ist Licht etwa 1,5 mal, in Wasser 1,33 mal langsamer. Wissenschaftler sagen, dass diese Medien optisch dichter sind als Luft. Bewegt sich ein Lichtstrahl nun von einem Medium in ein zweites, das eine höhere optische Dichte hat, wird er nicht nur abgebremst, sondern auch gebrochen.

Dieses einfache optische Phänomen nutzt eine Lupe aus. Die meisten Lupen, die man zu Hause vorfindet, sind Sammellinsen. Parallele Lichtstrahlen werden an einem Punkt hinter der Linse gebündelt, den man Brennpunkt nennt. Als Brennweite bezeichnet man den Abstand dieses Punktes von der Linse. Für eine bestimmte Linse hängt die Brennweite von der optischen Dichte der Linse und von der optischen Dichte des Mediums ab, das sie umgibt.

Um einen Gegenstand mit einer Lupe zu vergrößern, wird dieser hinter die Linse gehalten. Der Abstand zur Linse muss dabei kürzer sein als die Brennweite. Je größer nun der Unterschied zwischen der optischen Dichte der Linse und des umgebenden Mediums ist, desto kürzer ist die Brennweite. Bei einer kurzen Brennweite werden die parallel einfallenden Strahlen zum hin Brennpunkt stärker gebrochen: Das Bild, das wir sehen, ist deshalb größer. Werden die Strahlen weniger stark gebrochen (wie im Fall einer Linse mit großer Brennweite), wird der Gegenstand weniger stark vergrößert.

Man sieht also, dass nicht nur das Material der Linse selbst bestimmt, wie stark eine Lupe einen Gegenstand vergrößert. Auch das Medium, das die Lupe umgibt, spielt eine Rolle. Hat dieses Medium eine geringere optische Dichte als Luft, verringert dies die „Vergrößerungskraft“ der Linse. Unter Wasser vergrößert eine Lupe deshalb weniger stark als in Luft – wenn der Abstand zwischen Lupe und Gegenstand gleich bleibt.