Licht is een van de fascinerendste verschijnselen in de natuurkunde. Het gedraagt zich soms als een golf en soms als een deeltje (fotonen). In dit artikel focussen we op de golfachtige eigenschappen van licht: reflectie, refractie en hoe lenzen werken.

Wat is Licht?

Licht is een elektromagnetische golf die zichtbaar is voor het menselijk oog. Het reist met een snelheid van ongeveer 300.000 km/s in vacuüm. Verschillende golflengtes van licht nemen we waar als verschillende kleuren.

  • Rood licht: golflengte ongeveer 700 nm
  • Violet licht: golflengte ongeveer 400 nm
  • Wit licht: een mengsel van alle zichtbare golflengtes

Reflectie: Licht Terugkaatsen

Wanneer licht op een oppervlak valt, kan het worden teruggekaatst. Dit fenomeen heet reflectie. Er zijn twee soorten reflectie:

  • Specular reflectie: gladde oppervlakken (spiegels) kaatsen licht geordend terug
  • Diffuse reflectie: ruwe oppervlakken kaatsen licht in alle richtingen terug

De Wet van Reflectie

De wet van reflectie beschrijft hoe licht kaatst:

θi = θr

De hoek van inval (θi) is gelijk aan de hoek van reflectie (θr). Beide hoeken worden gemeten ten opzichte van de normaal (loodrecht op het oppervlak).

Refractie: Licht Breken

Wanneer licht van het ene medium naar het andere gaat (bijvoorbeeld van lucht naar water), verandert het van richting. Dit verschijnsel heet refractie of breking.

De Wet van Snellius

De wet van Snellius beschrijft de breking van licht:

n1 × sin(θ1) = n2 × sin(θ2)

Waarbij n de brekingsindex is van het medium en θ de hoek ten opzichte van de normaal.

Brekingsindex van veelvoorkomende stoffen:

  • Lucht: 1,00 (bijna vacuüm)
  • Water: 1,33
  • Ethanol: 1,36
  • Glas: 1,50 - 1,90 (afhankelijk van type)
  • Diamant: 2,42

Totaalreflexie

Wanneer licht van een medium met hogere brekingsindex naar een medium met lagere brekingsindex gaat, kan het volledig worden gereflecteerd in plaats van gebroken. Dit heet totaalreflexie.

Dit fenomeen wordt gebruikt in:

  • Glasvezelkabels: licht wordt via totaalreflexie door de vezel geleid
  • Diamanten: veroorzaken het karakteristieke schitteren
  • Refractometers: om de concentratie van oplossingen te meten

Lenzen

Lenzen zijn transparente objecten met twee gebogen oppervlakken die licht kunnen breken. Er zijn twee hoofdtypen:

Convergentie-lenzen (Bolle lenzen)

Deze lenzen zijn dikker in het midden dan aan de randen. Ze bundelen evenwijdig licht in één punt (brandpunt). Ze worden gebruikt in:

  • Leesbrillen (voor verziendheid)
  • vergrootglazen
  • Camera's
  • Telescopen

Divergentie-lenzen (Holle lenzen)

Deze lenzen zijn dunner in het midden dan aan de randen. Ze verspreiden evenwijdig licht alsof het uit een brandpunt komt. Ze worden gebruikt in:

  • Bril voor bijziendheid
  • Verrekijkers

Lensformule

1/f = 1/v + 1/b

Waarbij f de brandpuntsafstand is, v de voorwerpsafstand, en b de beeldafstand.

Het Oog

Het menselijk oog werkt als een camerasysteem:

  • Hoornvlies: zorgt voor het grootste deel van de lichtbreking
  • Ooglens: kan van dikte veranderen (accommodatie) om scherp te stellen
  • Netvlies: vangt het licht op en zet het om in zenuwimpulsen

Veelgemaakte Fouten

  • De hoek meten ten opzichte van het oppervlak in plaats van de normaal
  • Vergeten dat de brekingsindex afhangt van de golflengte (dit veroorzaakt dispersie en regenbogen)
  • Bij de lensformule: vergeten dat een divergerende lens een negatieve brandpuntsafstand heeft
  • Verwarring tussen brandpunt en brandpuntsafstand