Het model van geometrische optica: Dit model gebruikt stralen om licht en zijn interacties met objecten zoals lenzen te beschrijven. Het is eenvoudiger dan complexere modellen zoals quantummodellen, omdat het zich beperkt tot de paden van lichtstralen en hun gedrag bij interactie met materialen, ideaal voor basale toepassingen zoals lenzenstudie.
Absorptie: Het proces waarbij materiaal lichtenergie opneemt, wat vaak resulteert in warmte.
Transmissie: Het doorlaten van licht door een medium, waarbij het licht door het materiaal heen gaat zonder significante verstoring.
Optische beeldvorming en virtuele beeldvorming: Optische beeldvorming betreft de creatie van een zichtbaar beeld door lenzen of spiegels. Virtuele beeldvorming verwijst naar beelden die lijken te bestaan achter een spiegel of lens, maar die niet echt op een scherm kunnen worden geprojecteerd.
Ideale reflectie: Reflectie van licht van een glad oppervlak waarbij de invalshoek gelijk is aan de reflectiehoek.
Diffuse reflectie: Reflectie van licht van een ruw oppervlak waarbij licht in vele verschillende richtingen wordt verstrooid.
Kernschaduw: Het donkerste deel van een schaduw waar geen direct licht van de lichtbron valt.
Halfschaduw: Een lichter deel van de schaduw dat ontstaat doordat sommige, maar niet alle, directe lichtstralen worden geblokkeerd.
Analysevraag: Waarom is er bijna nooit een volledige zonsverduistering zichtbaar vanaf elke plek op aarde?
Overdenking:
Denk na over hoe kernschaduw en halfschaduw bijdragen aan de waarneming van zonsverduisteringen.
Antwoord:
Bij een zonsverduistering valt de kernschaduw van de maan op de aarde en blokkeert het directe zonlicht volledig, wat resulteert in een totale zonsverduistering voor de waarnemer binnen deze kernschaduw. Echter, omdat deze kernschaduw relatief klein is, ervaren slechts beperkte gebieden op aarde dit fenomeen. De gebieden die zich in de halfschaduw bevinden, ervaren een gedeeltelijke zonsverduistering, waarbij het zonlicht slechts gedeeltelijk wordt geblokkeerd door de maan.
Toepassingsvraag: Waarom weerkaatsen witte voorwerpen zoals papier wel licht, maar ontstaat er geen virtueel beeld waarin je jezelf kunt zien, zoals bij een spiegel?
Tip:
Denk na over het verschil tussen ideale reflectie en diffuse reflectie.
Antwoord:
Witte voorwerpen zoals papier weerkaatsen licht door middel van diffuse reflectie, waarbij het licht in verschillende richtingen wordt verstrooid. Dit in tegenstelling tot de ideale reflectie bij een spiegel, waarbij lichtstralen in een geordende en specifieke richting worden gereflecteerd, wat nodig is om een duidelijk en herkenbaar virtueel beeld te vormen. Bij diffuse reflectie is er geen geordende reflectie die nodig is om een zichtbaar spiegelbeeld te produceren.
Module breking
Begrippenlijst
Breking (refractie): het verschijnsel waarbij licht van richting verandert wanneer het van het ene medium naar het andere gaat. De oorzaak hiervan light in een verandering van snelheid.
Reflectie: het terugkaatsen van licht door een oppervlak.
Normaallijn: een denkbeeldige lijn loodrecht op het grensvlak tussen twee media.
Hoek van inval (i): de hoek tussen de invallende lichtstraal en de normaallijn.
Hoek van Breking (r): de hoek tussen de gebroken lichtstraal en de normaallijn.
Wet van Snellius: een formule die de relatie aangeeft tussen de invalshoek, de hoek van breking en de brekingsindex van het media.
Grenshoek: de specifieke invalshoek waarbij de hoek van breking 90 graden wordt en er totale interne reflectie optreedt.
Brekingsindex (n): een maat voor hoeveel het licht vertraagt in een medium in vergelijking met in vacuüm.
Grootheden
Symbool
Beschrijving
Eenheid
Afkorting
Hoek van inval
Graden
°
Hoek van breking
Graden
°
Brekingsindex
-
Formules
Wet van Snellius:
Fromule:
Uitleg: is de brekingsindex van het eerste medium, de brekingsindex van het tweede medium, de hoek van inval en de hoek van breking.
Toepassingsvraag: stel, een lichtstraal valt onder een hoek van 30° vanuit lucht (met een brekingsindex van 1,00) op water (met een brekingsindex van 1,33). Wat is de hoek van breking?
Berekening:
Wet van Snellius:
Uitwerken geeft:
Omrekenen naar hoek:
Antwoord:
De hoek van breking, wanneer licht vanuit lucht naar water gaat onder een invalshoek van 30°, is dus ongeveer 22°.
Module optische lenzen
Begrippenlijst
Optische lens: een object gemaakt van transparant materiaal dat licht buigt om beelden te vormen.
Convexe (bolle) lens: een lens die lichtstralen naar elkaar toe buigt, waardoor ze convergeren.
Concave (holle) lens: een lens die lichtstralen van elkaar af buigt, waardoor ze divergeren.
Brandpunt (F): het punt waar evenwijdige lichtstralen samenkomen na gebroken te zijn door de lens.
Brandpuntafstand (f): de afstand van het midden van de lens tot het brandpunt.
Dioptrie (dpt): de eenheid van lenssterkte, gedefinieerd als de omgekeerde waarde van de brandpuntafstand in meters.
Voorwerpsafstand (v): de afstand van een object tot de lens.
Beeldafstand (b): de afstand van een beeld tot de lens.
Tabel grootheden en eenheden
Symbool
Beschrijving
Eenheid
Afkorting
Brandpuntafstand
Meter
Lenssterkte
Dioptrie
Voorwerpsafstand
Meter
Beeldafstand
Meter
Formules
Lenssterkte:
Lenzenformule:
Toepassingsvraag: stel, je hebt een convexe lens met een brandpuntafstand van 0,2 m. Een object staat op 0,5 m afstand van de lens. Waar vormt zich het beeld en wat is de lenssterkte?
Berekening:
Gegeven: ,
Lenssterkte:
Lenzenformule toepassen:
De formule correct omkeren naar b geeft:
Antwoord:
Het beeld vormt zich dus op een afstand van 0,333 m (of 33,3 cm) van de lens, en de lenssterkte is 5 dioptrieën.