Physik

Bei der Streuung (auch diffuse Reflexion genannt) werden die einfallenden Lichtstrahlen von rauhen Oberflächen entsprechend dem Reflexionsgesetz nach allen Seiten zurückgeworfen. Gegenstände werden nur wahrgenommen, wenn von deren Oberfläche Licht in unser Auge gestreut wird.  

Ein Lichtstrahl wird beim Übergang von einem optisch dichten in ein optisch dünnes Medium vom Lot weg gebrochen, im umgekehrten Fall zum Lot hin. Der Grund dafür ist eine leichte Abnahme der Lichtgeschwindigkeit in dichteren Stoffen.

Optisch dünne Medien wie Luft: c = c_Vakuum

Optisch dichte Medien wie Wasser, Glas: c < c_Vakuum

 Verhältnis der Lichtgeschwindigkeiten in den beiden vom Lichtstrahl durchlaufenen Medien:

n= c(1)/c(2)

Messung durch Bestimmung des Grenzwinkels für die Totalreflexion (Abbe-Refraktometer).  

Sie haben konvexe (nach aussen gekrümmte) Gläser. Sammellinsen bündeln einen Lichtstrahl durch Brechung in einem Brennpunkt.  

Der Abstand zwischen Linsenachse und Brennpunkt nennt man  

Je grösser die Brechkraft, desto grösser die Krümmung der Linse.  

Sammellinsen entwerfen reelle Bilder, falls der abzubildende Gegenstand ausserhalb der Brennweite steht. Reelle Bilder stehen auf dem Kopf und können auf einem Film oder einer Leinwand abgebildet werden. Bsp.: Mikroskopobjektiv, Diaprojektor, Augenlinse 

Sammellinsen entwerfen virtuelle Bilder, falls sich der Gegenstand innerhalb der Brennweite befindet. Diese sind aufrecht, vergrössert und befinden sich im Gegenstandsraum. Sie sind Scheinbilder, d.h. dort wo sie erscheinen nicht auf einem Film oder einer Leinwand darstellbar. Bsp.: Lupe, Mikroskopokular 

Sie haben konkave (nach innen gekrümmte) Gläser und zerstreuen einen Lichtstrahl durch Brechung. Zerstreuungslinsen haben keinen wirklich existierenden Brennpunkt. Ein scheinbarer Brennpunkt entsteht, wenn man die Lichtstrahlen zurück verlängert. Den Abstand von der Linsenachse bis zu diesem Punkt nennt man ebenfalls Brennweite. Sie ist bei Zerstreuungslinsen immer negativ, was auch zu einer negativen Brechkraft führt. Zerstreuungslinsen entwerfen virtuelle Bilder. 

Hornhaut, Iris mit Pupille, Linse mit Zilliarmuskel, Glaskörper, Netzhaut. Die Iris dosiert die Lichtintensität. Die Augenlinse entwirft auf der Netzhaut ein verkleinertes, reelles Bild (auf dem Kopf stehend).  

Entfernte Gegenstände werden gut, nahe Gegenstände unscharf wahrgenommen. Das Auge eines Weitsichtigen ist zu kurz und die Brechkraft der Augenlinse zu klein. Scharfe Bilder entstehen erst hinter der Netzhaut.

Mit einer Sammellinse wird die Brechkraft des Auges verstärkt und das Abbild nach vorne auf die Netzhaut verschoben. 

Nahe Gegenstände werden gut, entfernte Gegenstände unscharf wahrgenommen. Der Augapfel ist zu lang und die Brechkraft der Augenlinse zu gross. Scharfe Abbilder entstehen schon vor der Netzhaut.

Mit einer Zerstreuungslinse wird die Brechkraft verkleinert und das Bild nach hinten auf die Netzhaut verschoben.  

Die Krümmungsfähigkeit der Augenlinse (Akkommodationsvermögen) lässt mit zunehmendem Alter nach. Nahe Gegenstände werden unscharf wahrgenommen.

Korrektur mit Sammellinsen. Lesebrille.  

Das Objektiv entwirft ein vergrössertes, reelles Bild im Tubus. Das Okular entwirft ein weiter vergrössertes virtuelles Bild davon, das wir betrachten.

Vergrösserung = Objektivvergrösserung * Okularvergrösserung

Das Auflösungsvermögen ist ein Mass für die Fähigkeit, nahe beieinanderliegende Punkte getrennt abzubilden. Die Auflösung wird umso schlechter, je stärker die Vergrösserung ist. Eine Verbesserung der Auflösung wird durch Immersionsöl erreicht. Dieses vermindert Brechung und Reflexionen am Deckglas und an der Frontlinse.

Die Apertur ist ein Mass für den Raumwinkel, den ein Objektiv überblick

Unterschiedlich dichte Medien (Zellkerne, Zytoplasma, Wasser) verursachen eine Phasenverschiebung im Lichtstrahl. Diese Phasenverschiebungen werden durch Interferenzen in Grauwerte übersetzt. 

Durch Polarisatoren werden Lichtwellen erzeugt, welche dieselbe Schwingungsrichtung besitzen. Durch die Probe wird die Schwingungsrichtung des polarisierten Lichtes gedreht. Der Analysator macht diese gedrehten Wellen sichtbar und setzt Kontraste in Farben um.

Vergrösserung: Maximal 4000 

Auflösungsvermögen: Maximal 200 nm

Einsatzbereich: Hämatologie, Histologie, Bakteriologie, Klinische Chemie; Urine 

Funktionsweise der Technik:
Das Objektiv entwirft vom Objekt ein vergrössertes, reelles Zwischenbild im Tubus des Mikroskops. Dieses Zwischenbild betrachten wir mit dem Okular (wirkt wie eine Lupe), das ein weiter vergrössertes, virtuelles Bild entwirft, das wir betrachten. 

Vergrösserung: Maximal 4000 

Auflösungsvermögen: Maximal 200 nm 

Einsatzbereich: Lebende, ungefärbte Zellen, Glomeruläre Erythrozyten

Funktionsweise der Technik:
Die Lichtwellen werden beim Durchtritt durch die Probe je nach Brechungs-index und Schichtdicke unterschiedlich stark abgebremst. Dies führt zu einer Phasenverschiebung der Wellen. Diese Phasenver-schiebungen werden bei Überlagerung der Wellen in Grauwerte umgewandelt.  

Vergrösserung: Maximal 4000

Auflösungsvermögen: Maximal 200 nm

Einsatzbereich: Optisch aktive Substanzen wie Kohlenhydrate, Proteine, Mineralien usw. 

Funktionsweise der Technik:
Die Schwingungsebene von polarisiertem Licht wird durch optisch aktive Stoffe je nach Schichtdicke und Wellenlängen um einen bestimmten Winkel gedreht. Mit Hilfe von Polarisationsfiltern können Kontraste in Farben umgesetzt werden.  

Vergrösserung: Bis 500'000 

Auflösungsvermögen: TEM: 0.2 nm; REM: 3 nm 

Einsatzbereich: TEM: Viren und Bakterien, DNA; REM: 3-D-Darstellung von Oberflächenstrukturen kleinster Objekte 

Funktionsweise der Technik:
Anstelle von Licht werden durch Hochspannung beschleunigte und gebündelte Elektronen verwendet, die ebenfalls Welleneigenschaften aufweisen. Die sehr kleinen Wellenlängen der Elektronen bewirken ein sehr viel besseres Auflösungsvermögen. 

Vergrösserung: Maximal 4000 

Auflösungsvermögen: Maximal 200 nm 

Einsatzbereich: Genetik, Immunchemie, Bakteriologie 

Funktionsweise der Technik:
Beleuchtung mit UVStrahlung. Diese werden durch fluoreszierende Stoffe in sichtbares Licht umgewandelt, welches betrachtet werden kann. 

Gravitation, elektrische und magnetische Kräfte, starke Kernkraft, schwache Kernkraft

Jede Einwirkung auf einen Körper, die seine Form, seinen Bewegungszustand oder seine Bewegungsrichtung ändert, heisst Kraft.  

 Kraft = Masse * Beschleunigung F = m * a [Newton; N] 

Jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung, solange die Summe der Kräfte, die auf ihn einwirken, Null ergibt. 

ist eine Folge der Erdanziehungskraft

Die Gewichtskraft ist im Gegensatz zur Masse eine ortsabhängige Grösse, da die Erdanziehungskraft mit grösser werdendem Abstand zum Erdmittelpunkt kleiner wird. 

F_G = m * g

Ein Hebel ist eine Stange, die um eine feste Achse drehbar gelagert ist.  

Ein Hebel steht unter der Wirkung zweier Kräfte F1 und F2 mit den Kraftarmen a1 und a2 im Gleichgewicht, wenn für die Produkte aus Kraft und Kraftarm gilt:

F₁ * a₁ = F₂ * a₂ 

Die Fliehkraft tritt auf, wenn ein Körper eine Kreisbahn beschreibt. Sie ist eine Folge der Trägheit des Körpers und ist abhängig von seiner Masse, seiner Geschwindigkeit und dem Radius der Kreisbahn.

F_Z = (m * v²)/ r

Die Fliehkraft nimmt mit dem Quadrat der Drehzahländerung zu oder ab. Dabei verändert sich die Zentrifugierzeit umgekehrt proportional zum Quadrat der Drehzahländerung. 

Bsp.: Die Umdrehung vpn 100U/min wurde auf 300U/min erhöht: Das ist ein Faktor von 3 und braucht 9 mal weniger Zeit.

In der Zentrifuge lassen sich mit Hilfe der Fliehkraft Suspensionen und Emulsionen trennen. Die Teilchen mit der grösseren Masse (Dichte) werden dabei stärker nach aussen gedrückt und sammeln sich am Boden des Zentrifugierglases an.  

Einheiten: [1 N/m² = 1 Pascal (Pa)] 1 bar = 1000 mbar = 100'000 Pa

ist eine Folge der Gewichtskraft der Flüssigkeit und ist abhängig von der Tiefe h und der Dichte der Flüssigkeit:  

p = h * ρ * g 

Der Luftdruck ist eine Folge der Gewichtskraft und der Wärmebewegung der Luftpartikel. Er nimmt wie die Dichte der Luft mit zunehmender Höhe ab.  

Druckmessung mit Quecksilberbarometer: Ein mit Quecksilber gefülltes Glasrohr taucht in eine kleine Quecksilberwanne. Der Luftdruck steht mit dem Schweredruck der Quecksilbersäule im Gleichgewicht. Die Höhe der Quecksilbersäule ist deshalb ein direktes Mass für den Luftdruck.  

Kraft, welche das Blut durch die Pumptätigkeit des Herzes auf die Gefässwände ausübt.  

Mit Hilfe einer aufblasbaren Manschette wird die Armarterie abgeklemmt. Dann lässt man die Luft langsam aus der Manschette entweichen. Mit Hilfe eines Stethoskops (Strömungsgeräusche) stellt man den Manschettendruck fest, bei dem das Blut wieder in die Arterie einzufliessen beginnt (oberer Wert) und bei dem die Strömungsgeräusche wieder verschwinden (unterer Wert).

Blutdruckwerte haben die Einheit mm Hg.