Lochkamera in der Physik - experimentieren und erklären

Das Prinzip der Lochkamera ist grundlegend uralt. Schon Aristoteles soll sich während einer Sonnenfinsternis über optische Abbildungen Gedanken gemacht haben: Er saß unter dem Blätterdach von Bäumen und entdeckte auf dem Erdboden zahlreiche Bilder der Sonnensichel. Er erkannte, dass diese durch die kleinen Blattlücken als direkte Abbildung der Sonne entstanden. Als Camera Obscura wurde dann die Lochkamera von vielen Künstlern genutzt, um möglichst realistische Landschaftsaufnahmen zu malen. Denn die Abbildungen sind überraschend scharf, allerdings oft sehr dunkel.

Die Lochkamera - ein eigenes Physikexperiment durchführen

Für dieses einfache und trotzdem eindrucksvolle Experiment benötigen Sie nur Gegenstände, die Sie im Haushalt sowieso schon haben.

1. Stechen Sie mit einer etwas dickeren Nadel ein Loch in die Mittel eines großen Stücks fester Pappe - dies ist Ihre Lochkamera.
2. Mit dieser Pappe können Sie schon ein umgekehrtes Bild zum Beispiel einer Kerze auf ein Stück weißes Papier projizieren. Verdunkeln Sie dazu den Raum.
3. Eindrucksvoller wird das Physikexperiment jedoch, wenn Sie sich an einem sonnigen Tag in einem Zimmer mit Fenster aufhalten.
4. Stellen oder setzen Sie sich an die Wand, die dem Fenster gegenüberliegt.
5. Halten Sie nun die Pappe mit dem Loch senkrecht ins Lich und ein Stück weißes Papier in den Schatten der Karte hinter dem Loch. Das einfallende Licht wirft ein (wieder auf dem Kopf stehendes) Bild vom Fenster auf das weiße Papier.
6. Alternativ können Sie die Fensterabbildung natürlich auch auf die gegenüberliegende Wand werfen. Überraschend ist die große Schärfe des Bildes.
7. Vergrößert man das Loch in der Pappe zum Beispiel mit einer Bleistiftspitze, wird das Bild zwar heller, jedoch auch verschwommener.

Eine "richtige" Lochkamera können Sie übrigens aus einer Schuhschachtel oder einer runden Kaffeedose bauen. Die eine Seite der Schachtel bzw. Dose enthält das Loch (in den Deckel stanzen), auf der anderen Seite bringen Sie transparentes Butterbrotpapier (mit Klebestreifen befestigen) als Bildschirm an. Stellen Sie unterschiedlich große Löcher aus Pappe her, die Sie als Blende vor Ihre Lochkamera schalten können.

Die Lochkamera - so funktioniert es

Um zu verstehen, wie es zu der Abbildung mit der Lochkamera kommt, greifen Sie auf das Strahlenmodell des Lichts in der Physik zurück.

1. Dabei kommen die Lichtstrahlen in geraden Linien von jedem Punkt der Kerze oder des Fensters durch das Loch auf das Papier.
2. Weil allerdings das Loch so klein ist, erreicht nur ein kleiner Teil dieses Lichts auch das weiße Papier. Prinzipiell könnte man sich sogar vorstellen, dass von jedem leuchtenden Punkt der Kerze bzw. des Fensters nur ein (oder nur wenige) Lichtstrahlen auf das Papier fallen. So entsteht das Abbild.
3. Das Bild steht auf dem Kopf, weil das Licht vom oberen Teil des Fensters das Loch durchquert und dann zum unteren Ende des Abbildes gelangt. Licht aus den unteren Bereichen der Landschaft gelangt nach oben.
4. Bei einem kleinen Loch ist das Bild dunkel und scharf, denn nur wenige Lichtstrahlen erzeugen die einzelnen Abbildungspunkte.
5. Vergrößert man das Loch, so wird das Bild heller. Allerdings erzeugen jetzt mehrere Lichtstrahlen einen Bildpunkt, der dann größer und damit verschwommener wird. Anschaulich lässt sich dies als Lichtkegel interpretieren: Die Abbildung wird umso schärfer, je schmaler dieser Kegel ist.

Wahr oder vielleicht auch nicht? Im 17. Jahrhundert soll es angeblich eine solche Camera Obscura in der Nähe eines Parks gegeben haben. Vornehme Besucher konnten gegen Bezahlung dort hinein und die (mehr oder weniger) amourösen Abenteuer der Parkbesucher betrachten. Allerdings soll das, was es dort zu sehen gab, nur inszeniert gewesen sein. Denn während die Besucher in dem dunklen Raum standen und gebannt auf die (anregenden) Bilder starrten, wurden ihnen die Brieftaschen gestohlen.