Newtonsche Abbildungsgleichung

Newtonsche Abbildungsgleichung

Datei:Newton-Linsengleichung.SVG
Bildentstehung an einer Linse. Die Größen $ z $ und $ z' $ sind rot markiert.

Die newtonsche Abbildungsgleichung ist eine nach dem englischen Physiker Isaac Newton benannte Formel der Strahlenoptik.

Sie lautet $ f^{2}=z\cdot z' $ und wird vielfach anstelle der Linsengleichung $ {\frac {1}{f}}={\frac {1}{g}}+{\frac {1}{b}} $ verwendet. Hierbei steht z bzw. z’ für die Differenz aus Gegenstandsweite bzw. Bildweite und Brennweite.

Herleitung mit dem Strahlensatz

Betrachtet man den untersten vom Gegenstand G ausgehenden Strahl in der Abbildung, und den obersten zum Bild einfallenden Strahl (also die Strahlen durch die beiden Brennpunkte), so folgt aus dem Strahlensatz

$ {\frac {G}{B}}={\frac {z}{f}}={\frac {f}{z'}} $

Hierbei sind $ G $ und $ B $ die Höhe des Gegenstandes bzw. Bildes. Die newtonsche Abbildungsgleichung ergibt sich unmittelbar aus dem rechten Gleichheitszeichen durch Erweitern mit $ fz' $.

Herleitung aus der Linsengleichung

Die newtonsche Abbildungsgleichung ist äquivalent zur Linsengleichung:

$ {\frac {1}{f}}={\frac {1}{g}}+{\frac {1}{b}} $

Es ergibt sich nach einfachen arithmetischen Umformungen:

$ {\begin{aligned}f&={\frac {g\cdot b}{g+b}}\\f(g+b)&=g\cdot b\\f\cdot g+f\cdot b&=g\cdot b\end{aligned}} $

Nach Addition von $ f^{2}-f\cdot g-f\cdot b $ auf beiden Seiten erhält man

$ {\begin{aligned}f^{2}&=g\cdot b-g\cdot f-b\cdot f+f^{2}\\&=(g-f)(b-f)\end{aligned}} $

was wegen

$ \ z=g-f $ und $ \ z'=b-f $

zum gewünschten Resultat führt.

Quellen