Embedded Files
Optische toestellen worden o.a. gebruikt om dingen beter te kunnen zien. Vaak bestaan ze uit verschillende lenzen.
BASISPRINCIPE
Het beeld van een lens of spiegel kan als object dienen voor een andere lens of spiegel om zo een nieuw beeld te krijgen.
Voor lenzen vonden we 4 verschillende situaties van beeldvorming.
Situatie 1: convergerende lens, hO > f ⇒ reëel, vergroot of verkleind, geïnverteerd beeld voorbij het brandpunt.
Situatie 2: convergerende lens, hO < f ⇒ virtueel, vergroot, rechtopstaand beeld.
Situatie 3: convergerende lens, hO = f ⇒ virtueel, vergroot, rechtopstaand beeld op oneindig.
Situatie 4: divergerende lens ⇒ virtueel, verkleind, rechtopstaand beeld.
TERMINOLOGIE - OBJECTIEF, OCULAIR
Bij optische apparaten met meerdere lenzen spreken we van een objectief en een oculair.
OBJECTIEF: de lens die zich aan de kant van het object bevindt dat je in beeld wil brengen.
OCULAIR: de lens die zich aan de kant van je oog bevindt.
BASISPRINCIPE
Als het beeld dat wordt gevormd door een lens of spiegel kleiner is dan het object, dan kan dat toch voor jou vergroot zijn als dat beeld zich dicht bij je oog bevindt.
Een groot object lijkt klein op een grote afstand van je oog. Een klein object lijkt groot op een kleine afstand van je oog. Dat heeft alles te maken met de hoek waaronder de lichtstralen je oog bereiken.
Zo lijken de maan en de zon vanop aarde gezien ongeveer even groot. De maan is ongeveer 400 keer kleiner dan de zon maar ze staat ook ongeveer 400 keer dichter bij de aarde.
Zonsverduistering: de maan schuift vóór de zon.
De maan en de zon lijken even groot.
Het grote object dat ver weg staat lijkt klein want het licht van de randen bereikt het oog onder een kleine hoek.
Het kleine object dat dichtbij staat lijkt groot want het licht van de randen bereikt het oog onder een grote hoek.
Beide objecten lijken even groot want het licht van de randen bereikt het oog onder dezelfde hoek.
Brillen
Brillen
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Optics of the Human Eye van oPhysics. Je ziet het object scherp als de lichtstralen in 1 punt op het netvlies vallen.
Start met "Normal vision".
Zet "Object Position" op "Far".
Schuif "Focus" van "Near" naar "Far" en observeer hoe de kromming van de ooglens verandert en wat dat met de breking van het licht doet.
Vink nu "Near Sighted" aan en merk hoe het beeld gevormd wordt vóór het netvlies.
Los het probleem op met een bril: vink "Correct Nearsightedness" aan.
TERMINOLOGIE - BIJZIEND
Iemand die BIJZIEND is kan goed nabije objecten zien en ziet objecten wazig als die zich veraf bevinden. Het beeld wordt gevormd vóór het netvlies en de ooglens kan niet nóg platter worden. We lossen het probleem op met een bril met divergerende lenzen.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Optics of the Human Eye van oPhysics. Je ziet het object scherp als de lichtstralen in 1 punt op het netvlies vallen.
Start met "Normal vision".
Zet "Object Position" op "Near".
Schuif "Focus" van "Far" naar "Near" en observeer hoe de kromming van de ooglens verandert en wat dat met de breking van het licht doet.
Vink nu "Far Sighted" aan en merk hoe het beeld gevormd wordt achter het netvlies.
Los het probleem op met een bril: vink "Correct Farsightedness" aan.
TERMINOLOGIE - VERZIEND
Iemand die VERZIEND is kan goed verre objecten zien en ziet objecten wazig als die zich dichtbij bevinden. Het beeld wordt gevormd achter het netvlies en de ooglens kan niet nóg boller worden. We lossen het probleem op met een bril met convergerende lenzen.
SIMULATIE
Gebruik de Ray Optics Simulation van PhyDemo.
Stuur een evenwijdige stralenbundel doorheen een convergerende lens.
Laat alle stralen in 1 punt samenvallen op een scherm.
Verander de brandpuntsafstand van je lens zodat het brandpunt vóór of achter het scherm valt.
Corrigeer nu de plaats waar het licht samenkomt naar voor en naar achter door een tweede lens te gebruiken.
Bijziend.
Verziend.
Paraboolspiegel
Paraboolspiegel
Als een sferische spiegel een kleine kromming heeft, dan krijgen we een redelijk goed beeld. Lichtstralen die evenwijdig op de spiegel vallen, reflecteren goed naar 1 punt. Dit is het principe van een scheerspiegel of een make-up spiegeltje.
Als de kromming van de spiegel groot wordt, dan werkt dit niet meer. Je hebt dan een paraboolspiegel nodig.
Een make-up spiegeltje levert een vergroot beeld.
Een sferische spiegel met grote kromming heeft geen brandpunt.
Een paraboolspiegel heeft altijd 1 brandpunt.
SIMULATIE
Gebruik de Ray Optics Simulation van PhyDemo en bekijk wanneer een sferische spiegel nog wel redelijk goed een evenwijdige stralenbundel naar 1 punt reflecteert en wanneer niet meer.
Bekijk daarna wat er gebeurt bij een parabolische spiegel.
SIMULATIE
Gebruik de Ray Optics Simulation van PhyDemo om met een parabolische spiegel een stralenbundel te reflecteren naar een punt dat NIET op de optische as ligt.
Een satellietschotel reflecteert radiostraling van een satelliet naar de ontvanger die schuin vóór de schotel gemonteerd is.
Telescopen
Telescopen
Een telecoop fungeert als lichtvanger en beeldvergroter.
De telescoop vangt licht van punten die "op oneindig" staan. Die sturen allemaal een evenwijdige lichtbundel in onze richting. Het objectief concentreert al dat licht richting brandpunt. Het oculair maakt van die lichtbundels weer evenwijdige bundels, die dan in ons oog vallen, maar onder een grotere hoek dan wanneer we rechtstreeks naar het object kijken. We zien dus een vergroot beeld dat lichtsterker is.
De eenvoudigste telescoop heeft 2 lenzen:
het objectief: een convergerende lens met grote brandpuntsafstand.
het oculair: een convergerende of een divergerende lens met kleine brandpuntsafstand.
Werkingsprincipe van een refractortelescoop met divergerend oculair vóór het brandpunt van het objectief.
Werkingsprincipe van een refractortelescoop met convergerend oculair ná het brandpunt van het objectief.
OEFENING
Als je door een telescoop kijkt, hoe kan je dan weten of het oculair een convergerende of een divergerende lens is?
ANTWOORD
Als je een geïnverteerd beeld ziet, dan gaat het om een convergerende lens die geplaatst is achter het brandpunt van het objectief.
Als je een rechtopstaand beeld ziet, dan gaat het om een divergerende lens die geplaatst is vóór het brandpunt van het objectief.
Een beter type eenvoudige telescoop heeft spiegels en 1 lens:
het objectief: een grote (convergerende) paraboolspiegel met grote brandpuntsafstand.
minstens 1 extra spiegel.
het oculair: een convergerende lens met kleine brandpuntsafstand.
Werkingsprincipe van een eenvoudige reflectortelescoop.
Er bestaan nog heel wat andere designs van telescopen die lenzen en spiegels combineren. Populair bij amateur astronomen zijn de Schmidt–Cassegrain telescoop en de Maksutov telescoop.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Newtonian Reflector van Javalab. Verander de hoek waaronder het licht binnenkomt. Begrijp je waarom de telescoop in deze simulatie het beeld 5 x vergroot?
Reflectortelescoop volgens het principe
dat Newton heeft bedacht.
Verrekijker
Verrekijker
Een typische verrekijker is in feite twee kleine telescopen die een rechtopstaand beeld leveren. Het principe is hetzelfde als dat van een telescoop maar vaak wordt de stralengang intern gereflecteerd door prisma's.
Microscoop
Microscoop
Eenvoudige microscopie kan al met 1 convergerende lens. Het object plaats je tussen de lens en het brandpunt (situatie 2 bovenaan deze pagina), waardoor je een virtueel beeld krijgt. Hoe dichter bij het brandpunt, hoe groter het virtueel beeld. Je ziet dan een vergroot object omdat het licht lijkt te komen vanuit het virtueel beeld.
Je plaatst een object tussen de lens en het brandpunt. De lens vormt een vergroot virtueel beeld, zoals je ziet met ray tracing.
Het licht vanuit het virtueel beeld bereikt onder een grotere hoek je oog dan wanneer je rechtstreeks naar het object zou kijken.
Een typische standaard microscoop heeft 2 convergerende lenzen (of beter: sets van lenzen).
Je plaatst het ① object achter het brandpunt van het objectief (situatie 1 bovenaan deze pagina). Je krijgt een ② reëel beeld IN de microscoop. Door het oculair zie je een vergroot ③ virtueel beeld "op oneindig" omdat je het brandpunt van het oculair laat samenvallen met de positie van het reële beeld.
Beeldvorming met een microscoop.
GOEDE VRAAG
Waarom is het noodzakelijk om bij microscopie het object te belichten?
ANTWOORD
Het object is klein en weerkaatst daarom weinig omgevingslicht. Dat licht wordt verdeeld over een vergroot beeld. De details in het beeld zijn dan te donker als je het object niet extra belicht.
STEM PROJECT - JE EIGEN "MICROSCOOP" (NOG UIT TE WERKEN)
We gebruiken het collimatorlensje van een goedkope laserpointer om met onze smartphone tamelijk spectaculaire beelden te maken van héél kleine dingen.
NAAR HET STEM PROJECT
(LINK INVOEGEN) ⧉
Kop van een vlieg.
Bladluis.
Page updated
Report abuse