Embedded Files
Het lichtspectrum met golflengten in vacuüm.
Licht is een golfverschijnsel. Dat weten we omdat licht alle gedragingen van golven vertoont.
Licht is een transversale golf
Licht is een transversale golf
Licht uit een normale lichtbron gedraagt zich als een TRANSVERSALE golf. Dat kan je aantonen met een polarisatiefilter.
EXPERIMENT
We sturen licht van een “normale” lichtbron door een polaroid™️ zonnebril of door een polarisatiefilter. Wat zie je gebeuren? En wat zie je als je het licht door 2 polarisatiefilters stuurt die je t.o.v. elkaar 90° draait?
De polarisatiefilter laat maar 50% van het licht door. Je kan hem dus gebruiken als zonnebril.
Als je het licht door 2 polarisatiefilters stuurt die je t.o.v. elkaar 90° draait, dan neem je alle licht weg.
TERMINOLOGIE - (ON)GEPOLARISEERD LICHT
Licht gedraagt zich als een transversale golf.
In ONGEPOLARISEERD LICHT zitten alle trillingsrichtingen.
In GEPOLARISEERD LICHT zitten NIET alle trillingsrichtingen.
TERMINOLOGIE - POLARISEREN
Met POLARISEREN bedoelen we de richting waarin de lichtgolf trilt (eigenlijk de elektrische veldvector) wijzigen.
Een polarimeter is een optisch instrument om de hoek van optische rotatie (verdraaiingshoek) van gepolariseerd licht door optisch actieve stoffen te meten.
Polarimeters worden o.a. gebruikt bij farmaceutische analyses. Het meten van de optische rotatie van farmaceutische oplossingen helpt bij het bepalen van hun zuiverheid en concentratie.
Werkingsprincipe van een polarimeter.
Licht dat reflecteert op een oppervlak, wordt gepolariseerd. Daarom nemen polarisatiefilters reflecties weg.
Een fotograaf gebruikt een polarisatiefilter om dingen achter glas te kunnen fotograferen.
Als je een polaroid zonnebril draagt, heb je geen last van hinderlijke reflecties op een nat wegdek.
Foto van een rivier, genomen zonder polarisatiefilter.
Spiegeling van licht op het water is zichtbaar.
Foto van een rivier, genomen mét polarisatiefilter.
Spiegeling van licht op het water is niet zichtbaar.
Reflectie, absorptie & transmissie
Reflectie, absorptie & transmissie
Net als alle golven vertonen lichtgolven REFLECTIE, ABSORPTIE en TRANSMISSIE.
Een rood glas weerkaats een deel van het licht dat er opvalt. Als je kijkt naar de reflecties in zo'n glas, zie je dat die vrij normaal gekleurd zijn.
Je kan ook doorhéén het glas kijken. Het beeld dat je doorheen het glas ziet is rood. Dat wil zeggen dat alleen rood licht erdoor komt en dat de andere kleuren licht werden geabsorbeerd.
Objecten absorberen en weerkaatsen licht. De kleur van een object wordt bepaald door welke kleuren licht het absorbeert en welke het weerkaatst.
Bladgroen (chlorophyl) van een plant gebruikt lichtenergie van bepaalde kleuren. Het absorbeert de rode en blauwe tinten en reflecteert vooral groen.
Daarom zijn planten dus groen en groeien ze het best met roodachtig en blauwachtig licht.
Breking & dispersie
Breking & dispersie
Net als alle golven vertonen lichtgolven BREKING: het licht verandert van richting als het overgaat in een medium met een andere lichtsnelheid.
Bij een bril gaat het licht eerst over van lucht naar glas en daarna weer naar lucht. Hierdoor veranderen de lichtgolven twee keer van richting.
Dit zijn 2 voorbeelden van een situatie waarin lichtstralen van richting veranderen op de scheiding tussen verschillende stoffen. Dat komt omdat in lucht, water en glas de lichtsnelheid verschillend is.
OPDRACHT
Lees over luchtspiegelingen en een rode zon die je nog ziet als ze al onder de horizon staat bij Hyperphysics.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Lichtbreking van Phet om te kijken hoe licht zich gedraagt als het overgaat van lucht naar glas. Verander ook de kleur van het licht.
Let op de breking en merk op dat er ook deels reflectie is.
TERMINOLOGIE - DISPERSIE
De brekingshoek van licht hangt af van de golflengte van dat licht. Een lichtbundel die bestaat uit verschillende kleuren licht, wordt dus bij breking uit elkaar getrokken. Dit verschijnsel heet DISPERSIE of KLEURSHIFTING.
De breking van lichtgolven is afhankelijk van de golflengte (kleur dus) van het licht. Door middel van breking kan je dus licht uit elkaar trekken in verschillende kleuren waaruit het bestaat. Laat wit licht door een prisma vallen en je krijgt alle kleuren van de regenboog. Mensen met een sterke bril kunnen kleurschifting zien als ze opzij kijken door hun bril.
Dispersie bij een glazen prisma.
(Wit licht is een menging van ALLE kleuren.)
Dispersie bij een bril.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Lichtbreking van Phet om te kijken hoe licht zich gedraagt als het overgaat van glas naar lucht.
Wat gebeurt er uiteindelijk als de hoek waaronder het licht op de scheiding valt steeds groter maakt?
Het geheim van glasvezelcommunicatie: totale interne reflectie.
Het licht bereikt de grens van het glas onder een grote hoek met de normaal. Er is dan geen breking meer en zolang er geen knik in de vezel zit, wordt het licht telkens weer in de kabel gebroken.
TERMINOLOGIE - TOTALE INTERNE REFLECTIE
Als licht overgaat van een optisch dichte in een optisch ijle stof, krijg je vanaf een bepaalde invalshoek geen breking meer maar alleen nog reflectie. Dan spreken we van TOTALE INTERNE REFLECTIE.
Glasvezels zijn draden van zeer zuiver glas. Ze geleiden licht omdat er totale interne reflectie optreedt. Als je er langs de ene kant licht instuurt, komt het er langs de anderen kant uit, zelfs als de draden gebogen zijn.
Dit maak glasvezel geschikt om te communiceren over lange afstanden. De backbones van het internetverkeer zijn intercontinentale glasvezelkabels. En de “zenders” van de informatie zijn lasers die heel snel aan en uit kunnen flitsen.
De brekingswet
De brekingswet
Net als voor andere golven, geldt voor licht eveneens de brekingswet. Als een golf overgaat van een medium met golfsnelheid v1 in een medium met golfsnelheid v2 , dan verandert de richting waarin de golf verdergaat volgens deze relatie:
Hieruit volgt dat:
als v1 > v2 zal θ1 > θ2. Het licht breekt naar de normaal toe.
als v1 < v2 zal θ1 < θ2. Het licht breekt van de normaal weg.
v1 > v2 en θ1 > θ2
Het licht breekt naar de normaal toe.
v1 < v2 en θ1 < θ2
Het licht breekt van de normaal weg.
Als we spreken over licht dat doorheen een materiaal gaat, definiëren we een brekingindex (n) van dat materiaal.
GROOTHEID - BREKINGSINDEX (n)
De BREKINGSINDEX (n) van een materiaal is:
met hierin:
θV de hoek t.o.v. de normaal waaronder een lichtstraal VANUIT VACUÜM (of, iets minder nauwkeuriger, VANUIT DE LUCHT) invalt op het scheidingsoppervlak
θM de hoek t.o.v. de normaal waaronder de lichtstraal doorheen het materiaal gaat.
Als je dit vergelijkt met de brekingswet die we al vonden, zie je dat:
GROOTHEID - BREKINGSINDEX (n)
De BREKINGSINDEX (n) van een materiaal is de verhouding van de lichtsnelheid in vacuüm (c) en de lichtsnelheid in dat materiaal (v).
met hierin:
c de lichtsnelheid in vacuüm.
v de lichtsnelheid in het materiaal.
OEFENING
Een brekingsindex van een stof is altijd groter dan 1. Waarom?
ANTWOORD
n = c/v
De lichtsnelheid in een stof (v) is altijd een kleinere waarde dan de lichtsnelheid in vacuüm (c).
De brekingsindex (n) van een materiaal is dus altijd een getal dat groter is dan 1.
OEFENING
Water heeft (bij 20 °C) een brekingsindex 1,333. Bereken de snelheid waarmee licht zich voortplant in water.
ANTWOORD
n = c/v dus v = c/n
v = 299 792 458 m/s / 1,333 = 224 900 569 m/s = 2,249 ∙ 108 m/s
OEFENING
In tabellen wordt per materiaal 1 brekingsindex gegeven. Nochtans is de breking van licht afhankelijk van de golflengte van dat licht. Zoek op voor welke golflengte licht de brekingsindex wordt getabelleerd.
ANTWOORD
De standaardgolflengte waarvoor de brekingsindex wordt opgegeven in tabellen is 589 nanometer.
Dit komt overeen met de natrium-D-lijnen, de 2 gele lijnen in het lichtspectrum van natrium.
De 2 natrium-D-lijnen hebben een golflengte van 588,9950 nm en 589,5924 nm.
Als licht overgaat van een medium met lichtsnelheid v1 in een medium met lichtsnelheid v2 , dan verandert de richting waarin de golf verdergaat volgens de brekingswet. Dat wil dus zeggen:
Hieruit volgt de zgn. wet van Snellius.
DE WET VAN SNELLIUS
Als een lichtstraal het scheidingsoppervlak tussen twee media kruist, dan breekt de lichtstraal volgens deze formule:
met hierin:
n₁ en n₂ de brekingsindexen van de stoffen
θ1 de invalshoek t.o.v. de normaal
θ2 de brekingshoek t.o.v. de normaal
OEFENING
Een lichtstraal komt van water (n = 1,333) in olijfolie (n = 1,46) terecht. De lichtstraal valt onder een hoek van 55,0° t.o.v. de normaal op het scheidingsoppervlak tussen de twee stoffen. Bereken de brekingshoek.
Check je antwoord met de simulatie Lichtbreking van Phet.
ANTWOORD
n₁ = 1,333
θ₁ = 55,0°
n₂ = 1,46
θ₂ = ?
OEFENING
Een lichtstraal valt onder een hoek θ1 = 50,0° op het scheidingsoppervlak tussen plexiglas (n₁ = 1,51) en lucht (n₂ = 1) Bereken de brekingshoek.
Check je antwoord met de simulatie Lichtbreking van Phet.
ANTWOORD
n₁ = 1,51
θ₁ = 50,0°
n₂ = 1
θ₂ = ?
Je kan dezelfde procedure toepassen als in vorige oefening en ... je rekenmachine zegt dat dat niet kan!
Dat komt omdat de sinus van een hoek altijd een getal x oplevert met -1 ≤ x ≤ 1.
Je kan dus niet de inverse sinus berekenen van een getal waarvan de absolute waarde groter is dan 1!
Er is hier geen lichtbreking meer maar wel totale interne reflectie! De lichtstraal komt niet uit het plexiglas!
Bekijk het met de simulatie Lichtbreking van Phet.
OPDRACHT
Bestudeer opnieuw wat je in de 2e graad leerde over lichtbreking in het deel GEOMETRISCHE OPTICA.
EXTRA OEFENINGEN
EXTRA OEFENINGEN
... VIND JE IN JE WERKBOEK.
Page updated
Report abuse