Farbwahrnehmung – Zapfen ermöglichen das Farben sehen
Entdecke die Welt der Farbwahrnehmung: Von der Bedeutung des Lichts bis zur Funktionsweise unserer Augen. Verstehe, warum wir Farben sehen und wie Störungen auftreten. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!
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Lerntext zum Thema Farbwahrnehmung – Zapfen ermöglichen das Farben sehen
Farbwahrnehmung – Biologie
Warum ist Farbwahrnehmung wichtig? Anders als viele Tiere besitzen wir Menschen eine Farbwahrnehmung. Das Farbsehen brachte dem Menschen einen evolutionären Vorteil: Das Sehen von Farben ermöglichte etwa, Beeren, Früchte oder Nüsse voneinander zu unterscheiden und so die richtige Nahrung zu finden.
In diesem Lerntext erfährst du einfach erklärt, warum wir Farben sehen können und wie die Farbwahrnehmung beim Menschen in unserem Auge funktioniert.
Was ist Licht? – Definition
Wann erscheint ein Gegenstand farbig? Um diese Frage beantworten zu können, müssen wir zunächst verstehen, was Licht ist.
Licht breitet sich als elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Wellenlänge im Nanometerbereich aus. Eine Wellenlänge gibt an, wie weit die Entfernung zwischen zwei Wellenspitzen ist. Die Wellenlänge eines Lichtstrahls bestimmt dabei seine Farbe. Dabei besteht weißes Licht aus einem Gemisch verschiedener elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Wellenlänge. Mithilfe eines Glasprismas kannst du aus dem weißen Licht die unterschiedlichen Spektralfarben sichtbar machen. In dem Prisma werden die Lichtwellen unterschiedlich stark abgelenkt, sodass du die Spektralfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett wie einen Regenbogen sehen kannst.
| Wellenlängenbereich in nm | |
|---|---|
| ${\color{Red}\text{Rot}}$ | ${\color{Red}\text{700 bis 630}}$ |
| ${\color{Orange}\text{Orange}}$ | ${\color{Orange}\text{630 bis 590}}$ |
| ${\color{Yellow}\text{Gelb }}$ | ${\color{Yellow}\text{590 bis 560}}$ |
| ${\color{Green}\text{Grün}}$ | ${\color{Green}\text{560 bis 490}}$ |
| ${\color{Blue}\text{Blau/Indigo}}$ | ${\color{Blue}\text{490 bis 450}}$ |
| ${\color{Purple}\text{Violett}}$ | ${\color{Purple}\text{450 bis 400}}$ |
Für uns Menschen ist nur ein kleiner Teil elektromagnetischer Wellen sichtbar. Das sehr langwellige infrarote und das sehr kurzwellige ultraviolette Licht ist für uns unsichtbar. Ein Gegenstand erscheint immer dann farbig, wenn er Licht reflektiert, also zurückwirft. Ein roter Ball etwa reflektiert rotes Licht und erscheint für unser Auge deshalb rot.
Wie funktioniert Farbwahrnehmung? – Definition und Erklärung
Nur wenn ausreichend Licht vorhanden ist, können wir einen Gegenstand farbig erkennen. Warum sieht man in der Dämmerung nur schwarz-weiß und tagsüber farbig? Das hat mit dem Aufbau der Netzhaut und den unterschiedlichen Lichtsinneszellen in unserem Auge zu tun. Hierbei unterscheidet man zwischen Stäbchen und Zapfen. Bei Dämmerung und in der Nacht werden die Stäbchen auf der Netzhaut aktiviert, mit denen wir nur Graustufen erkennen können. Das Farbsehen ist durch die Zapfen auf der Netzhaut möglich. Es gibt drei unterschiedliche Zapfentypen, die rot-, grün- oder blauempfindlich sind. Das bedeutet, dass die unterschiedlichen Zapfen den Wellenlängenbereich der jeweiligen Farbe unterschiedlich gut absorbieren und dadurch unterschiedlich stark angeregt werden.
Beispielsweise erregt bei der Farbwahrnehmung kurzwelliges, blaues Licht andere Zapfentypen als das langwellige rote Licht, sobald Lichtreize auf die Netzhaut treffen. Bei der Farbwahrnehmung werden Erregungen der Zapfen in der Netzhaut und im Gehirn so weiterverarbeitet, dass eine einheitliche Farbempfindung entsteht.
Aber weshalb können wir so viel mehr Farben als nur Rot, Grün und Blau sehen? Aus den drei Grundfarben – Rot, Grün und Blau – können durch Überlagerung (additive Mischung) die Farben Gelb, Violett und Blaugrün entstehen. Damit kann ein farbentüchtiger Mensch bis zu sieben Millionen verschiedene Farben und Helligkeitsabstufungen erkennen, die sich durch unterschiedliche Mischverhältnisse der Grundfarben ergeben.
Störungen in der Farbwahrnehmung
Warum nehmen wir Farben unterschiedlich wahr? Die Farbwahrnehmung ist von der Verteilung der Zapfen im Auge abhängig, die bei jedem Menschen unterschiedlich ist. Manche Menschen können bestimmte Farben oder Farbabstufungen gar nicht oder nur schlecht wahrnehmen. Ursachen können sein, dass die Zapfen für eine Grundfarbe fehlen oder beschädigt sind. Über Testbilder kann ermittelt werden, ob Menschen eine Farbfehlsichtigkeit haben. Eine sehr bekannte Farbsinnstörung ist die Rot-Grün-Schwäche.
Dieser Lerntext
In diesem Lerntext lernst du, warum wir eine unterschiedliche Wahrnehmung von Farben haben und woran es liegt, dass manche Menschen keine Farben sehen können. Grundlage der menschlichen Farbwahrnehmung sind die drei verschiedenen Zapfentypen im Auge. Dir wird erklärt, wie wir mit nur drei Zapfentypen so viele verschiedene Farben wahrnehmen können und was eine Farbe überhaupt ist.
Nun weißt du, warum wir in der Dämmerung keine Farben sehen können, wie viele Farben ein Mensch sehen kann und wie Menschen Farben sehen. Im Anschluss kannst du dein neu erworbenes Wissen mit Übungen und einem Aufgabenblatt testen. Viel Spaß!
Farbwahrnehmung – Zapfen ermöglichen das Farben sehen Übung
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Erkläre, wie die menschliche Farbwahrnehmung funktoniert.
TippsZapfen sind die Sinneszellen des Menschen, die das Farbensehen möglich machen.
Additive Mischung bedeutet, dass sich das Licht verschiedener Wellenlängen überlagert.
LösungDer Mensch besitzt drei verschiedene Zapfentypen. Jeder dieser Zapfentypen wird von Licht unterschiedlicher Wellenlänge erregt. Kurzwelliges blaues Licht erregt also einen anderen Zapfentyp als das langwellige rote Licht. Die Farbwahrnehmung des Menschen entsteht durch additive Mischung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau. So entsteht beispielsweise aus rotem und grünem Licht, das übereinander gelagert ist, der Sinneseindruck Gelb.
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Beschreibe die unterschiedlichen Wellenlängen des sichtbaren Lichts.
TippsInfrarotes und ultraviolettes Licht kann der Mensch nicht sehen.
Licht mit Wellenlängen größer als 780 nm nennt man Infrarot und kleiner als 380 nm Ultraviolett.
LösungLicht ist elektromagnetische Strahlung. Dabei besteht weißes Licht aus einem Gemisch elektromagnetischer Wellen mit verschiedenen Wellenlängen. Die Wellenlängen werden in Nanometern gemessen. Rotes Licht hat eine größere Wellenlänge als blaues Licht. Das rote Licht hat eine Wellenlänge von etwa 700 nm, blaues Licht von ungefähr 470 nm.
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Beschreibe den Aufbau des menschlichen Auges.
TippsDie Iris wird auch Regenbogenhaut genannt. Sie ist der Bereich des Auges, der gefärbt ist. Sie funktioniert wie eine Blende.
LösungDer Glaskörper ist ein gallertartiger Teil des Auges, welcher das gesamte Auge ausfüllt. Er bewirkt durch Druck von innen, dass das Auge seine Form behält. Die Netzhaut ist die lichtempfindliche Schicht im inneren Teil des Auges. Sie enthält viele Sinneszellen (Zapfen und Stäbchen), die miteinander netzartig verbunden sind. Die Aderhaut versorgt das Auge durch ihre zahlreichen Blutgefäße mit Nährstoffen und Sauerstoff. Derjenige Bereich auf der Netzhaut, der die meisten Lichtsinneszellen enthält, wird gelber Fleck genannt. Hier befinden sich fast nur Zapfen. Es ist die Stelle des schärfsten Sehens. Im Bereich des blinden Flecks enthält die Netzhaut fast keine Lichtsinneszellen. Dies ist auch die Stelle, an der der Sehnerv entspringt. Die Lederhaut umschließt das Auge völlig und verleiht ihm Stabilität.
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Erkläre, in welcher Reihenfolge die Lichtstrahlen auf die Bestandteile des menschlichen Auges treffen.
TippsDie Hornhaut ist der vordere gewölbte Teil des Auges.
Überlege, welche Bestandteile sich an welcher Stelle des Auges befinden. Wo muss demnach ein Lichtstrahl zuerst eintreffen?
Der Sehnerv leitet alle Informationen der Stäbchen und Zapfen an das Gehirn weiter.
LösungEin Lichtstrahl trifft zunächst auf die Hornhaut. Sie liegt im vorderen Bereich des Auges und schützt diese. Das Licht wird dann von der Linse gebündelt und weitergeleitet bis zur Netzhaut. Hier befinden sich die Sinneszellen des Auges: die Stäbchen und Zapfen. Alle Nervenfasern des Auges werden zum Sehnerv gebündelt, der die Informationen aller Sinneszellen zum Gehirn weiterleitet.
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Treffe Aussagen zu Störungen der Farbwahrnehmung.
TippsDer Ausfall und die Beschädigung der Zapfen kann zum gleichen Ergebnis führen.
LösungUrsache für eine Störung der Farbwahrnehmung kann sowohl der Ausfall oder das Fehlen eines Zapfentyps sein als auch die Beschädigung einiger Zapfen. Beides kann zum gleichen Resultat führen. Demnach ist es nicht möglich, von einem nicht sichtbaren Testbild automatisch auf den Ausfall eines Zapfentyps zu schließen. Die häufigste Störung der Farbwahrnehmung ist die Rot-Grün-Schwäche.
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Nenne Charakteristika von Stäbchen und Zapfen.
TippsUnterschiedliche Zapfen werden von Licht unterschiedlicher Wellenlängen erregt.
LösungBei den Sinneszellen der menschlichen Netzhaut werden zwei Typen von Sinneszellen unterschieden: die Stäbchen, die vorwiegend für das Nacht- und Dämmerungssehen zuständig sind, und die Zapfen, die für die Farbwahrnehmung verantwortlich sind und so insbesondere bei Tageslicht arbeiten. Zahlenmäßig sind die Stäbchen den Zapfen mit 110 Millionen Stäbchen auf der Netzhaut weit überlegen. Von den Zapfen, von denen es drei verschiedene Typen gibt, sind ca. sechs Millionen Stück auf einer menschlichen Netzhaut zu finden.
Auge – Aufbau und Funktion
Sehvorgang im Auge – Adaptation und Akkommodation
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Optische Täuschungen
Der Sehpurpurzyklus – Entstehung eines negativen Nachbildes
Farbwahrnehmung – Zapfen ermöglichen das Farben sehen
Sehvorgang – Wahrnehmung bewegter Bilder
Sehvorgang – scharfes Sehen, räumliches Sehen
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Erkrankungen und Schutz der Augen
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