Fysica Hoofdstuk 4 - 3e jaar secundair onderwijs
Stel je voor: een beveiligingscamera in een museum moet kunstwerken in het hele vertrek kunnen zien. Hoe werkt dat? Het antwoord zit in lenzen!
Lichtbreking is het veranderen van richting van een lichtstraal als het van het ene materiaal naar een ander overgaat. Dit gebeurt omdat licht met verschillende snelheden door verschillende middenstoffen reist.
Kijk hoe licht breekt als het van lucht naar water gaat:
Ook bekend als: Positieve lens, Convexe lens, +
Vorm: Dikker in het midden dan aan de randen
Functie: Verzamelt lichtstralen en brengt ze samen in het brandpunt
Symbool: →|← (pijlen wijzen naar buiten)
| Symbool | Naam | Betekenis |
|---|---|---|
| O | Optisch Middelpunt | Het centrum van de lens |
| C₁, C₂ | Krommingsmiddelpunten | Centra van de twee gekromde oppervlakken |
| R | Kromtestraal | Straal van de kromming |
| F₁, F₂ | Brandpunten | Punten waar parallelle stralen samenkomen (of lijken te komen) |
| f | Brandpuntsafstand | Afstand van lens tot brandpunt |
| Optische As | Hoofdas | Denkbeeldige lijn door O en de brandpunten |
Sleep het gele punt om de invalshoek te veranderen en zie hoe het licht breekt!
| Term | Beschrijving |
|---|---|
| s (Scheidingsoppervlak) | De grens tussen twee verschillende middenstoffen |
| i (Invallende straal) | De lichtstraal voordat deze breekt |
| I (Invalspunt) | Het punt waar de straal het scheidingsoppervlak raakt |
| n (Normaal) | Denkbeeldige lijn loodrecht op het oppervlak |
| α (Invalshoek) | Hoek tussen invallende straal en normaal |
| r (Gebroken straal) | De lichtstraal na breking |
| β (Brekingshoek) | Hoek tussen gebroken straal en normaal |
1. Verschillende middenstoffen: Het licht moet van het ene materiaal naar een ander gaan (bijv. lucht → water)
2. Niet loodrecht invallen: De straal mag niet loodrecht op het oppervlak treffen. Als het loodrecht invalt, gaat het rechtdoor!
Hoe sneller licht door een middenstof reist, hoe ijler het optisch is.
| Middenstof | Lichtsnelheid (km/s) | Brekingsindex (n) |
|---|---|---|
| Vacuüm | 300.000 | 1,000 |
| Lucht | 299.700 | 1,0003 ≈ 1,00 |
| Water | 225.000 | 1,33 |
| IJs | 229.000 | 1,31 |
| Glas | 200.000 | 1,50 |
Bij overgang van optisch ijl naar optisch dicht:
De lichtstraal breekt naar de normaal toe.
Invalshoek α > Brekingshoek β
Voorbeeld: Lucht → Water
Als je de richting van de lichtstraal omkeert, volgt het dezelfde pad terug.
De invallende straal, gebroken straal en normaal liggen altijd in hetzelfde vlak.
Dit betekent dat breking nooit "zijwaarts" gebeurt - alles speelt zich af in één vlak.
De wet van Snellius beschrijft precies hoe licht breekt: n₁ sin(α) = n₂ sin(β)
Wit licht is eigenlijk een mengsel van alle kleuren van de regenboog. Normaal zie je dat niet, omdat alle kleuren samen wit vormen.
Elke kleur licht heeft een andere golflengte en wordt daardoor anders gebroken (andere brekingshoek). Rood licht wordt het minst gebroken, violet het meest. Daardoor valt de witte bundel uiteen in alle kleuren.
| Prisma | Wit licht gaat erin → kleuren komen eruit (uiteenvallen / dispersie) |
| Omgekeerd prisma | Alle kleuren gaan erin → wit licht komt eruit (samenkomen) |
Op de toets: als ze vragen over een prisma, is het antwoord altijd dat kleuren uit elkaar gaan!
De volgorde van kleuren van het zichtbare licht (van minst naar meest gebroken):
ROGGBIV: Rood - Oranje - Geel - Groen - Blauw - Indigo - Violet
Ezelsbruggetje: "Rode Olifanten Gaan Graag Buiten In Vrijheid"
Een regenboog is eigenlijk hetzelfde principe als een prisma! Elke waterdruppel in de lucht werkt als een mini-prisma:
De volgorde van kleuren is altijd hetzelfde: rood aan de buitenkant, violet aan de binnenkant.
Reëel Brandpunt: Het licht wordt werkelijk gebundeld. De stralen kruisen elkaar echt in het brandpunt F.
De 3 Karakteristieke Stralen:
Sleep het gele pijltje (voorwerp) langs de optische as om te zien hoe het beeld verandert!
v > 2f: Beeld is reëel, omgekeerd, verkleind, verder weg dan voorwerp
v = 2f: Beeld is reëel, omgekeerd, even groot, op afstand 2f
f < v < 2f: Beeld is reëel, omgekeerd, vergroot, verder weg dan 2f
v = f: Geen beeld gevormd (stralen zijn parallel = beeld op oneindig)
v < f: Beeld is virtueel (dashed lines), rechtopstaand, vergroot, aan zelfde kant als voorwerp
Test je kennis met deze 15 vragen! Klik op het juiste antwoord.