- Scholieren.com

Samenvatting: Licht
Snelheid
De snelheid van licht in een bepaald medium is constant. In vacuüm beweegt licht met een
snelheid van 300.000 km/s. Deze constante geven we weer met het symbool c. De verschillende
frequenties van licht komen overeen met de verschillende kleuren in het zichtbare spectrum en
met andere soorten straling zoals infrarood of ultraviolet licht. De relatie tussen de frequentie, de
snelheid en de golflengte van licht is:
λ=c/f
Interactie tussen licht en materie
Licht kan op drie manier een interactie aan gaan met materie. Licht kan geabsorbeerd worden,
het kan gereflecteerd worden en het kan gebroken worden. De laatste twee worden hier
toegelicht.
Reflectie
In de volgende twee figuren zien we een lichtstraal die reflecteert
op een bepaald materiaal. De hulplijn n wordt de normaal
genoemd en staat loodrecht op het oppervlak van dit materiaal.
De hoeken i en t zijn de hoek van inval en de hoek van
terugkaatsing. De relatie tussen deze twee hoeken is:
i=t
Breking
Als licht van één stof naar een andere beweegt verandert het van richting. Dit
fenomeen heet breking. De hoek tussen de normaal en de gebroken
lichtstraal noemen we r. De verhouding tussen i en r staat in de volgende
formules beschreven:
sin i / sin r = nlucht→stof sin i / sin r = nstof→lucht
nlucht→stof is de brekingsindex als het licht van lucht naar een andere stof
beweegt. nstof→lucht is de brekingsindex als licht van een andere stof naar lucht beweegt. nlucht→stof
kan je in BINAS opzoeken, nstof→lucht niet. In dat geval moet je de volgende formule toepassen:
1 / nlucht→stof = nstof→lucht
Deze formule is niet in BINAS te vinden.
In het geval dat licht van een stof naar lucht beweegt is r altijd groter dan i. In dat geval bestaat
er een bepaalde hoek i, die zo groot is dat r een waarde van 90 graden krijgt en dus evenwijdig
aan het oppervlak van het materiaal gaat lopen (zie de volgende afbeeldingen). Deze speciale
hoek noemen we de grenshoek g. De grootte van g kan worden berekend met de volgende
formule:
sin g = nstof→lucht = 1 / nlucht→stof
Als i groter wordt dan g, dan treedt er geen breking meer
op en hebben we te maken met totale reflectie (i=t). Als i
kleiner is dan g is er meestal een deel van het licht dat
breekt en een deel van het licht dat reflecteert.
Lenzen
Een positieve (bolle) lens heeft twee brandpunten. Het brandpunt is gedefinieerd als het punt
waar alle lichtstralen die evenwijdig lopen aan de hoofdas elkaar snijden. De afstand van de lens
tot F noemen we de brandpuntsafstand f.
Als licht van een voorwerp op een lens valt noemen we de afstand van dit voorwerp tot de lens
de voorwerpsafstand v. De projectie van dit voorwerp bevindt zich op een afstand b van de lens,
genaamd de beeldafstand. De grootte van het voorwerp noemen we V en de grootte van de
projectie noemen we B (zie de volgende afbeelding).
Er zijn een aantal belangrijke relaties tussen deze begrippen. De eerste is:
1/v+1/b=1/f
Om met deze formule te werken is het belangrijk om met breuken te kunnen rekenen. Neem
bijvoorbeeld een voorwerpafstand van 2,0 cm en een brandpuntsafstand van 5,0 cm. Bereken
dan de beeldafstand:
1) 1 / 2,0 + 1 / b = 1/5,0
2) 1 / 2,0 – 1 / 5,0 = 0,30
3) b = 1 / 0,30 = 3,3 cm
De tweede relatie is:
N=b/v=B/V
N de vergroting van de projectie ten opzichte van het oorspronkelijke voorwerp. Bij een
vergroting boven de 1 is de projectie groter dan het voorwerp, tussen de 0 en de 1 is de projectie
kleiner. In BINAS staat wel N = b / v, maar niet N = B / V.
Een andere belangrijke grootheid is de lenssterkte S. De eenheid van S is de dpt (dioptrie):
S = 1/f
Construeren van lichtstralen
We kunnen ook geometrisch de positie en grootte van het voorwerp en het beeld bepalen.
Hiervoor gebruiken we drie bijzondere lichtstralen. Bekijk in het volgende figuur de top van de
pijl. Als we willen weten waar het beeld van deze top zich bevindt, dan tekenen we eerst een
lichtstraal die door het midden van de lens gaat. Deze straal gaat gewoon recht door de lens. Een
tweede straal begint evenwijdig. Dankzij de definitie van het brandpunt weten we dat deze straal
het brandpunt zal kruisen. De derde lijn gaat door het andere brandpunt en beweegt daarna
evenwijdig aan de hoofdas. Waar de drie lijnen elkaar kruisen bevindt zich het beeld van de top
van de pijl. Het beeld is op zijn kop en verkleint.
Nu zetten we de pijl tussen F en de lens. Er gaat weer één lijn recht door het midden en één lijn
begint evenwijdig en gaat dan door het brandpunt. De laatste straal komt uit de richting van het
linker brandpunt en gaat dan evenwijdig verder (zie de onderstaande afbeelding). De drie lijnen
snijden elkaar ‘denkbeeldig’ aan de linkerkant van de lens. Het beeld is niet omgedraaid, maar
wel vergroot. Dit beeld noemen we een virtueel beeld, omdat het niet mogelijk is dit beeld te
projecteren op bijvoorbeeld een scherm. Dit verschijnsel treedt op wanneer we bijvoorbeeld met
een vergrootglas naar een voorwerp kijken met een voorwerpafstand kleiner dan het
brandpuntsafstand. Bij een negatieve (holle) lens krijgen we ook een virtueel beeld.