Icon up Overzicht

Breking

Onderwerp: Licht, Optica (licht en lenzen) (havo)

Je hebt er vast al eens een gebruikt: bij veel presentaties wordt een beamer ingezet om een goede indruk te maken. Het is een (kwetsbaar...) wondertje van techniek: elektronica, lichttechniek, projectiesysteem, warmtehuishouding, overal vind je elementen uit de natuurkunde terug. In deze bijles kijken we vooral naar het projectiesysteem: van lamp tot lens. Om de werking van een lens te kunnen begrijpen moet je eerst nog even naar het onderwerp breking kijken.>


Om terug of verder te gaan binnen de lessenreeks van perceptie, klik op de pijl van het uitklapmenu onderaan deze bijles en kies de les van jouw keuze.

 

Wat gebeurt er met een lichtstraal die van lucht naar glas gaat?

Net zoals bij een spiegel volgt het licht ook als het door een stukje glas gaat, de weg die de minste tijd kost. De berekeningen worden dan al snel behoorlijk uitgebreid, maar gelukkig kan je computer ze heel snel voor je uitvoeren.

Als een lichtstraal niet loodrecht op de rand van een stukje glas valt zal hij niet rechtdoor gaan, maar onder een hoek. We noemen dat verschijnsel breking. Omdat de rand van het glas krom is, meten we alle hoeken ten opzichte van de normaal (loodrecht op de rand).

 

Als de snelheid van het licht in het glas lager is dan de snelheid in lucht breekt een lichtstraal naar de normaal toe. (Je kunt het vergelijken met een auto die met één wiel door een grote plas water rijdt waardoor hij aan die kant afgeremd wordt. De auto buigt af naar de kant waar de plas ligt en waar zijn snelheid lager is.)

De hoek van breking hangt af van het snelheidsverschil in lucht en in glas, maar ook van de hoek van inval: i. (Als je auto récht op een plas afrijdt remt hij wel, maar trekt hij niet naar één kant.)

Kijk maar even:

In deze simulatie kun je zien wat er gebeurt als er een lichtstraal door een halfbol stuk glas gaat. Door een paar verschillende richtingen te kiezen kun je onderzoeken wat er zou gebeuren met een lichtbundel uit de bron.

  Om over na te denken...
- Welke lichtstralen worden het sterkst afgebogen? Welke helemaal niet?
- Welke instellingen van de schuifjes geven de sterkste bundeling van lichtstralen uit de lichtbron?
- Komen de lichtstralen van een bundel uit de bron na deze lens weer in één punt uit?

Als alle lichtstralen die van één punt van een voorwerp komen netjes door een stuk glas gebundeld worden in elk hun eigen beeldpunt, krijg je een scherpe afbeelding. Dat gebeurt als een voorwerp wordt afgebeeld op een scherm. Jij bekijkt dan, net zoals bij een spiegel, het beeld van het voorwerp.

Lens

Een dik halfbol stuk glas heeft niet de eigenschappen die we graag willen hebben. De stralen aan de rand worden sterker afgebogen dan de stralen in het midden. Om zo'n stuk glas als lens in een beamer te kunnen gebruiken zouden ze netjes naar één punt moeten gaan. Dat gaat al heel wat beter als we de lens dubbelbol maken en bovendien wat platter. Zo'n aangepaste lens tekenen we meestal als een rechte verticale lijn met een + erboven.

Bij een dunne lens komen de lichtstralen na de lens in één punt: het beeldpunt.

Een écht goede oplossing kun je krijgen door een lens niet zomaar bol te slijpen maar ervoor te zorgen dat de randen het licht wat minder breken dan het midden: we noemen zo'n lens afsferisch.

De randen van deze asferische lens breken het licht wat minder dan het midden omdat het glas daar minder sterk gekromd is.

 

  Om over na te denken...
- Welke lichtstralen worden het sterkst afgebogen? Welke helemaal niet?
- Welke instellingen van de schuifjes geven de sterkste bundeling van lichtstralen uit de lichtbron?
- Komen de lichtstralen van een bundel uit de bron na deze lens weer in één punt uit?

 

Snellius

Je kunt aan de geschiedenis van het verschijnsel breking heel goed zien hoe het vak natuurkunde zich ontwikkeld heeft. Snellius had na veel nauwkeurige metingen door uitproberen ontdekt dat er een formule bestaat die de meetwaarden goed beschrijft:

>

...waarin de constante n de brekingsindex van een stof genoemd wordt.
We noemen dat ook wel functiefitten. In het onderzoek van Raymond van Ee over perceptie zie je nog een heel andere manier om meetgegevens te beschrijven met een wiskundige functie. Later kwam men er achter dat je het gedrag van licht kon vergelijken met dat van golven: breking wordt dan veroorzaakt door een snelheidsverschil in lucht en glas. En dat je de brekingsindex n kunt geven door:

>

Nog later bleek dat breking het gevolg was van de wisselwerking van lichtgolven met de elektronen van de glasatomen. (Het is ook heel bijzonder dat een vaste stof als glas doorzichtig is niet waar?). En de laatste stand van zaken is dat je de quantummechanica laat zien dat wat je ziet gebeuren ook de meest waarschijnlijke uitkomst van een erg ingewikkelde berekening is.......

 

Information about this module: robouwerkerk@nospamplanet.nl