Was ist die kleinste Größe, die ein menschliches Auge sehen kann?

Während eines Biologieexperiments in der Schule, bei dem wir Wasserpflanzen unter dem Mikroskop betrachteten, sagte mein Lehrer etwas darüber, dass es für das menschliche Auge unmöglich ist, die Zellen ohne eine Art Lupe zu sehen. Also sah ich das als Herausforderung an und beschloss zu prüfen, ob ich die Zellen sehen konnte. Und nachdem ich die Blätter ganz nah an mein Gesicht gehalten hatte, konnte ich tatsächlich winzige Rechtecke sehen.

Da ich jetzt neugierig darauf war, beschloss ich, noch ein paar Dinge nachzuschlagen. Zuerst habe ich versucht, die tatsächliche Größe der Wasserpflanzenzellen herauszufinden. Basierend auf diesem 640-fach vergrößerten Bild , das Zellen mit einer Breite von 5 mm und einer Länge von 10 bis 15 mm auf dem Bild aufweist (was einer Breite von ungefähr 8 µm und einer Länge von 15 µm entspricht).

Ich habe das damals lange im Hinterkopf gelassen, aber ich habe nur auf meinen Baumwollärmel geschaut und winzige Fasern bemerkt. Nicht die, die miteinander verwoben sind, sondern die, die sich davon abheben. Nach dem Nachschlagen stellt sich also heraus, dass Baumwollfasern 10 µm breit sind .

Also fragte ich mich, was ist die kleinste Größe, die ein menschliches Auge tatsächlich sehen kann ? Laut einer ganzen Reihe von Quellen im Internet sind es entweder 200-400 µm , 100 µm oder 58-75 µm . Ich höre auch sehr oft „die Breite eines menschlichen Haares“, aber diese können zwischen 17 und 181 µm liegen .

Viele Pflanzenzellen sind sichtbar, Zwiebelzellen sind ein gutes Beispiel. Was das Sehen angeht , das hängt von Ihrer Definition des Sehens ab .
Nun, ich meine so etwas wie die Fähigkeit, eine Form einer bestimmten Größe zu unterscheiden (also in diesem Fall eine Pflanzenzelle oder eine Baumwollfaser).

Antworten (1)

Sehr schöne Frage!

Zunächst einmal wird die „kleinste Größe“, die ein menschliches Auge wahrnehmen kann, als Sehschärfe bezeichnet und kann auf verschiedene Weise ausgedrückt werden. Sie lässt sich nicht einfach durch Größenmaße ausdrücken, da Objekte mit fester Größe aus der Ferne ( Perspektive ) als kleiner wahrgenommen werden . Ein bekanntes Beispiel ist die Bahnstrecke:

Perspektive

Daher muss die Sehschärfe als Funktion des Betrachtungsabstands gemessen werden, dh in Grad der visuellen Wahrnehmung. Gemessen in Grad beträgt die Sehschärfe des durchschnittlich normalsichtigen Menschen 1/60 Grad oder 1 Bogenminute (1 MAR) ( Webvision , Kapitel „Visual Acuity“, von Kalloniatis & Luu ) .

Unter Verwendung der Grundstruktur des Auges und etwas Trigonometrie kann man die kleinste sichtbare Größe ableiten:

Grundstruktur des Auges

Die trigonometrische Formel wird zu: 2 d × t a n ( a 2 ) wobei d der Betrachtungsabstand und alpha ( a ) die in Radiant ausgedrückte Sehschärfe ( π × d e g r e e s 180 ) ( NDT-Ressourcenzentrum ).

Unter der Annahme der kürzesten Entfernung, die ein Erwachsener fokussieren kann (~100 mm) und einer durchschnittlichen maximalen Sehschärfe von 1 MAR, reduziert sich die kleinste sichtbare Größe auf 29 Mikrometer .

Ein kleines Kind kann auf Entfernungen von bis zu ~50 mm fokussieren und eine Sehschärfe von 0,4 MAR haben, was 6 Mikrometer ergibt .

Beachten Sie, dass 1 MAR 288 Mikrometer auf der Netzhaut und etwa 180 Photorezeptoren umfasst. Die optischen Beschränkungen des Auges (z. B. Beugung durch die Linse und Lichtstreuung durch die Nervenzellen in der Netzhaut) begrenzen die Auflösung des menschlichen Auges unterhalb der theoretischen „Pixelgrenze“ des Auges.

Zusammenfassend sollte man also je nach Alter in der Lage sein, Ziele in der Größenordnung von 6 bis 29 Mikron zu sehen. Die unteren Grenzen dieses Bereichs liegen tatsächlich im Bereich der von Ihnen beschriebenen Wasserpflanzenzellen und Stofffasern.

PS - Die beschriebenen Werte sind repräsentativ für ideale Bedingungen, dh Situationen mit viel Licht und hohem Kontrast.

Wirklich gut ausgearbeitete Antwort. Vielen Dank! Die Bedingungen waren in der Tat ideal, wie Sie beschrieben haben, es gab ziemlich viel Licht, und wie Sie auf dem Bild sehen können, haben Wasserpflanzenzellen tatsächlich einen ziemlich starken Kontrast zu den Zellwänden. Gute Antwort!
Dies mag unter einigen Annahmen ("ideale Bedingungen") zutreffen, aber im Allgemeinen ist das Problem komplexer. Bei der Sehschärfe geht es um die Auflösung von Details (z. B. die Fähigkeit, einen Charakter zu erkennen) und nicht darum, Dinge zu sehen oder nicht zu sehen. Wir können zum Beispiel Sterne sehen, obwohl sie hundertmal „zu klein“ sind (Betrachtungswinkel viel kleiner als 1 Bogenminute). Die Sterne sind also idealer als ein Ideal? Genau, denn sie sind extrem hell = kontrastreich. Winzige helle Partikel auf schwarzem Hintergrund wären auch unter dem Mikroskop besser sichtbar (bei ausreichender Beleuchtung).
Absolut, diese Antwort ist unter idealen Bedingungen, wie in der Antwort angegeben. Es dreht sich alles um Kontraste. Ohne Kontrast kein Sehen.
Hervorragende Arbeit Herr AliceD
Was ist die kleinste Größe, die ein menschliches Auge sehen kann?
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