Samenvatting · Natuurkunde · mavo 4 Licht: spiegels, breking en lenzen

Na deze samenvatting weet je hoe licht zich voortplant en hoe het terugkaatst en breekt. Je tekent lichtstralen bij een vlakke spiegel en een lens, beschrijft het beeld dat een bolle lens maakt en legt uit hoe een bril bijziendheid of verziendheid corrigeert.

Lichtbronnen en lichtstralen

Een lichtbron zendt zelf licht uit: de zon, een lamp, een vuurtje. Een voorwerp zonder eigen licht zie je doordat het licht van een lichtbron terugkaatst naar je oog. De maan is geen lichtbron: je ziet haar doordat ze zonlicht terugkaatst.

• Licht plant zich in een gelijkblijvende stof rechtlijnig voort. Je tekent licht als een rechte lichtstraal met een pijl.
• De lichtsnelheid in lucht (en vacuüm) is ongeveer $3,0\cdot 10^8\text{m/s}$. Licht heeft geen stof nodig: het reist ook door de ruimte.
• Licht dat tegen een ondoorzichtig voorwerp aankomt, laat een schaduw achter: het gebied waar het licht niet komt.

Terugkaatsing en de vlakke spiegel

Als een lichtstraal op een spiegel valt, kaatst die terug. Je tekent daarbij de normaal: een lijn loodrecht op de spiegel op het punt waar de straal binnenkomt. Hoeken meet je altijd vanaf de normaal.

• De hoek van inval $i$ is de hoek tussen de inkomende straal en de normaal.
• De hoek van terugkaatsing $t$ is de hoek tussen de teruggekaatste straal en de normaal.

De inkomende straal, de normaal en de teruggekaatste straal liggen in één vlak. Een gladde spiegel kaatst alle stralen netjes dezelfde kant op. Een ruw oppervlak, zoals papier, kaatst het licht alle kanten op (verstrooiing). Daardoor zie je papier vanuit elke hoek, maar je ziet er geen spiegelbeeld in.

Het beeld in een vlakke spiegel:

• Het beeld is even groot als het voorwerp en staat rechtop.
• Het beeld ligt even ver achter de spiegel als het voorwerp ervoor staat.
• Het is een virtueel beeld: het lijkt achter de spiegel te liggen, maar het licht komt daar niet echt. Je kunt het niet op een scherm opvangen.

Breking

Gaat licht van de ene stof naar de andere, bijvoorbeeld van lucht naar water of glas, dan verandert de snelheid van het licht en knikt de straal. Dat heet breking. De hoeken meet je weer vanaf de normaal.

Door breking lijkt een rietje in een glas water bij het wateroppervlak te knikken, en lijkt een zwembad ondieper dan het is.

Bij een heel grote hoek van inval in het glas of water, op weg naar lucht, kan alle licht terugkaatsen in plaats van breken. Dat heet totale terugkaatsing. Vanaf de grenshoek gebeurt dit; voor glas is die ongeveer 42°. Een glasvezelkabel gebruikt dit: het licht kaatst telkens tegen de wand en reist zo door de kabel.

Lenzen

Een lens breekt het licht aan beide kanten van het glas. Er zijn twee soorten:

• Een bolle lens (positieve lens) is in het midden dikker dan aan de rand. Hij laat evenwijdige stralen samenkomen in het brandpunt $F$.
• Een holle lens (negatieve lens) is in het midden dunner. Hij spreidt evenwijdige stralen uit.

De afstand van het midden van de lens tot het brandpunt heet de brandpuntsafstand $f$. De lijn door het midden van de lens, loodrecht op de lens, heet de hoofdas.

Het beeld van een bolle lens construeren

Je tekent minstens twee van deze drie stralen vanaf de top van het voorwerp. Waar ze elkaar snijden, ligt de top van het beeld.

Het beeld hangt af van waar het voorwerp staat ten opzichte van de lens:

Een reëel beeld kun je op een scherm opvangen. Een virtueel beeld kun je alleen zien als je door de lens kijkt.

Sterkte van een lens

De sterkte $S$ van een lens zegt hoe sterk hij breekt:

De sterkte is in dioptrie (dpt) als je $f$ in meter invult. Een kleine brandpuntsafstand betekent een sterke lens.

Het oog en de bril

In je oog vormt de lens een scherp, omgekeerd beeld op het netvlies. Je hersenen zetten het weer rechtop. Om dichtbij of veraf scherp te zien, verandert de lens van dikte: dit heet accommoderen.

Kleur

Wit licht is een mengsel van alle kleuren. Met een prisma splits je wit licht in een spectrum, van rood tot violet, omdat elke kleur net iets anders breekt. Zo ontstaat ook een regenboog. Een voorwerp heeft de kleur van het licht dat het terugkaatst: een rood voorwerp kaatst rood licht terug en neemt de andere kleuren op. In blauw licht ziet een rood voorwerp er daardoor bijna zwart uit.

Valkuilen

• Meet hoeken vanaf de normaal, niet vanaf het spiegeloppervlak of de lens.
• Bij breking van lucht naar glas gaat de straal naar de normaal toe; van glas naar lucht van de normaal af.
• Een virtueel beeld kun je niet opvangen op een scherm. Een vlakke spiegel geeft altijd een virtueel beeld.
• Reken de brandpuntsafstand om naar meter voordat je de sterkte uitrekent.
• Een bijziende heeft een holle lens nodig, een verziende een bolle lens.

In het kort

• Licht plant zich rechtlijnig voort, met een snelheid van ongeveer $3,0\cdot 10^8\text{m/s}$.
• Terugkaatsing: hoek van inval is gelijk aan hoek van terugkaatsing, gemeten vanaf de normaal.
• Een vlakke spiegel geeft een virtueel, rechtop beeld dat even groot is en even ver achter de spiegel ligt.
• Breking: van lucht naar glas naar de normaal toe, van glas naar lucht van de normaal af.
• Een bolle lens bundelt licht; het beeld hangt af van de plek van het voorwerp ten opzichte van $f$ en $2f$.
• Sterkte $S=\frac{1}{f}$ in dioptrie. Bijziend: holle lens. Verziend: bolle lens.