Hallo,
ich beschäftige mich gerade mit der Funktionsweise eines Mikroskops und mich würde interessieren, wieso die Auflösung abhängig von Wellenlänge des Lichts und numerischer Apertur ist. Also soweit ich weiß, berechnet man ja die minimale Auflösung wie folgt:
resolution = wavelength / (2 * NA)
NA - numerische Apertur des Objektivs
wavelength - Wellenlänge des Lichtes
Ich kann mir das aber „räumlich“ nicht vorstellen, warum gerade die Wellenlänge die Auflösung beeinflusst… Weiß jemand eine gute grafische Darstellung dazu? Oder kann es mir so „praktisch“ beschreiben, dass ich mir vorstellen kann, wie die Wellenlänge das Auflösungslimit beeinflusst?
Viele Grüße,
July
Hallo July,
Ich kann mir das aber „räumlich“ nicht vorstellen, warum
gerade die Wellenlänge die Auflösung beeinflusst… Weiß
jemand eine gute grafische Darstellung dazu? Oder kann es mir
so „praktisch“ beschreiben, dass ich mir vorstellen kann, wie
die Wellenlänge das Auflösungslimit beeinflusst?
hier erst mal ein Link: http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtmikroskop
Man wird zwar vom konstruktiven Strahlengang beliebige Vergrößerungen erhalten, jedoch wird man immer an eine Auflösungsgrenze stoßen, da das Licht Wellencharakter hat und somit die Bündelung von Strahlen auch Interferenzerscheinungen (Auslöschung/Verstärkung und alles dazwischen) unterliegt. Stelle Dir zwei Taschenlampen vor, mit denen man von verschiedenen Positionen auf eine Fläche leuchtet – normalerweise wird die Fläche immer heller sein, als wenn man mit nur einer Lampe leuchtet. Macht man das Ganze mit zwei kohärenten Strahlen einer Laserquelle, wäre es möglich, dass am Auftreffpunkt Dunkelheit herrscht bzw. dass ein Interferenzmuster entsteht, welches anschaulicherweise direkt mit der Wellenlänge des verwendeten Lichtes zusammenhängt. In diesen Bereichen hat das Bild also nicht mehr nur von den Helligkeiten der Quellen zu tun, sondern vor allem mit Intereferenzerscheinungen.
Gruß
Dieter
Hallo July,
Ich kann mir das aber „räumlich“ nicht vorstellen, warum
gerade die Wellenlänge die Auflösung beeinflusst
machen wir mal die Lichtwellen etwas größer, so ca. 10 bis 100 cm.
Dann lassen wir diese Wellen auf Dich los.
Die Wellen von ca. 10 cm passen nicht um Dich herum, ohne mit Dir in ‚Berührung‘ zu kommen, die von 100 cm durchaus.
D.h., die Wellen von 10 cm können Dich sehen oder auflösen, die von 100 cm nicht.
Gandalf
Hallo Gandalf,
Du meinst mit „größer machen“ die Wellenlänge vergrößern?
Das klingt plausibel 
Aber hängt es dann nicht auch davon ab, wie dick ich in der Dimension bin, aus der das Licht kommt? Angenommen, es kommt von vorn auf mich zu und ich hab ne klasse Oberweite, werde ich dann nicht eher entdeckt, wie jemand flachbrüstiges (also schon bei langwelligerem Licht)?
(Bitte um Nachsicht mit mir Physik-Unwissenden…)
July
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Hallo July,
Aber hängt es dann nicht auch davon ab, wie dick ich in der
Dimension bin, aus der das Licht kommt? Angenommen, es kommt
von vorn auf mich zu und ich hab ne klasse Oberweite, werde
ich dann nicht eher entdeckt, wie jemand flachbrüstiges (also
schon bei langwelligerem Licht)?
genau so ist es.
Wenn Du groß genug bist für die Wellenlnge, bzw. die Wellenlänge klein genug für Dich, wirst Du gesehen, sonst nicht.
(off topic: Licht scheint männlich zu sein denn natürlich wirst Du als vollbusige Schönheit von Männern besser wahrgenommen denn als flachbusiges Mauerblümchen scnr 
)
(Bitte um Nachsicht mit mir Physik-Unwissenden…)
Aber immer doch.
Gandalf
Hmm, noch eine dumme Frage:
Hat dann die Intensität des Lichtes, also die Amplitute nicht auch einen Einfluss? Dann würde sich zwar das Minimum in Strahlungsrichtung nicht verändern, doch aber in x/y-Richtung, oder?
(Licht = männlich? Jetzt weiß ich, dann muss mein Freund wohl zu den kurzwelligen Exemplaren gehören )
Grüße,
July
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Hi July,
Hat dann die Intensität des Lichtes, also die Amplitute nicht
auch einen Einfluss?
nein, hat sie nicht.
Dann würde sich zwar das Minimum in
Strahlungsrichtung nicht verändern, doch aber in x/y-Richtung,
oder?
Es gibt den Unterschied zwischen Longitudinal- und Transversalwellen. Grob gesagt geht es bei L vor und zurück (z.B. beim Licht) und bei T. hoch und runter (z.B. beim Schall).
(Licht = männlich? Jetzt weiß ich, dann muss mein Freund wohl
zu den kurzwelligen Exemplaren gehören )
nicht nur der
Gandalf
Hallo Gandalf,
jetzt hast Du mich komplett verwirrt. Wenn ein Lichtteilchen nun in Wellenbewegung (longitudinal) auf mich zukommt (also keine schwingungen in x/y-richtung, sondern vor/zurück), wie kann es mich dann „verfehlen“???
Dann saust es doch 100% durch mich durch, oder?
bin einfach schwer von begriff…
July
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Hallo,
jetzt hast Du mich komplett verwirrt. Wenn ein Lichtteilchen
nun in Wellenbewegung (longitudinal) auf mich zukommt (also
keine schwingungen in x/y-richtung, sondern vor/zurück), wie
Ein Photon macht keine Wellenbewegung. Es ist wichtig zum Verständnis, vom Wellencharakter des Lichtes auszugehen und nicht vom Teilchencharakter. Die Intereferenzvorgänge sind unmittelbar für die Auflösung verantwortlich.
Gruß
Dieter
Entschuldige Dieter,
ich komm einfach nicht mit…
mir fehlt irgendwie das vorstellungsvermögen was sich wie wellt und interferriert…
Viele Grüße,
July
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Hallo July,
lies Dir mal meine Antwort weiter unten durch, auch den Link besuchen. Vielleicht hilft das besser. Hast Du schon mal Interferenzversuche beobachtet? Falls nicht, solltest Du vielleicht mal in den physikal. Bereich der Uni gehen. Ansonsten findest Du sicher im Wikipedia was zum Thema.
Gruß
Dieter
Wikipedia und andere Artikel im Internet hab ich mir schon mehrfach durchgelesen, auch Deine Antwort. Leider fehlt mir bisher der Aha-Effekt. Ich bin wohl wirklich 'ne physikalische Niete.
July
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Hallo July,
Wikipedia und andere Artikel im Internet hab ich mir schon
mehrfach durchgelesen, auch Deine Antwort. Leider fehlt mir
bisher der Aha-Effekt. Ich bin wohl wirklich 'ne physikalische
Niete.
das glaube ich nicht, also dass Du da eine Niete seist. Ich überlege mir aber mal ein Anschauungsbeispiel die nächsten Tage, wenn Du so lange noch warten kannst und Dich das so interessiert.
Gruß
Dieter
Hallo July,
Ich kann mir das aber „räumlich“ nicht vorstellen, warum
gerade die Wellenlänge die Auflösung beeinflusst… Weiß
jemand eine gute grafische Darstellung dazu? Oder kann es mir
so „praktisch“ beschreiben, dass ich mir vorstellen kann, wie
die Wellenlänge das Auflösungslimit beeinflusst?
Du siehst ja etwas, weil irgendwas im Weg der Lichtwellen die Ausbreitung derselben stört. Diese Störung wird von Deinen (evtl. mit Mikroskop bewehrten) Augen wahrgenommen und als Bild der Störung interpretiert. Um die Ausbreitung der Wellen zu stören, muss die Störung aber mindestens von der Größenordnung der Wellenlänge sein.
Eine einfache Analogie: Zieh Dir Fäustlinge an, schließe die Augen, betaste eine Münze und versuche herauszufinden, was auf die Münze draufgeprägt ist. Das ist schwierig. Ziehe die Handschuhe aus und taste die Münze mit den Fingerkuppen ab: schon besser! Jetzt nimm den Fingernagel, kratze über die Oberfläche und versuche, das Bild zusammenzusetzen. Dann nimm eine Nadel, gehe zeilenweise über die Oberfläche und setze das Bild zusammen (gedanklich). Du wirst merken: Je feiner Dein Untersuchungsinstrument, desto feiner die Details, die Du auflösen kannst (sofern die Prägung das hergibt) und umgekehrt: je kleiner die Details sind, die Du untersuchen möchtest, desto kleiner muss Dein Instrument sein. Und beim Licht bedeutet das eben eine kleinere Wellenlänge.
Grüße, Thomas
(Für besserwisserische Physiker: Nahfeldeffekte lassen wir mal außen vor, bis zur Erfindung des RTM habt Ihr auch so gedacht.)
Hallo Thomas,
wir Naturwissenschaftler sind gar nicht soo böse!
Ich finde Deine anschauliche Erklärung sehr gut, damit Du ein wenig besänftigt wirst, musst Du mit einem Stern klar kommen, ok.
Gruß
Dipl.-Physiker Volker
Hallo Volker,
wir Naturwissenschaftler sind gar nicht soo böse!
Ich finde Deine anschauliche Erklärung sehr gut, damit Du ein
wenig besänftigt wirst, musst Du mit einem Stern klar kommen,
ok.
schon mal auf meine Vika geklickt? Ich wollte mich nur gegen Kritik immunisieren
Grüße, Thomas
Hallo Thomas,
schon mal auf meine Vika geklickt? Ich wollte mich nur gegen
Kritik immunisieren
Ne, das muss ich mir endlich mal angewöhnen!
Ein schönes WE,
Gruß Volker