In de twee figuren hieronder is een lichtstraal in glas getekend. Bij het grensvlak van glas met lucht vindt breking plaats.

Teken het verdere verloop van de lichtstralen in de twee onderstaande situaties. Laat met een berekening zien hoe je aan je antwoord komt.

Een lichtstraal valt vanuit lucht in op een blokje geslepen glas met een brekingsindex groter dan van lucht. Het blokje is volledig omgeven door lucht (zie de figuur hieronder).

De invallende lichtstraal ligt in het vlak van de tekening. Welke van de onderstaande figuren geeft een juiste mogelijke stralengang weer?

In de onderstaande afbeelding zijn drie figuren getekend met een gedeelte van een stralengang. Bereken voor elk van de drie gevallen wat de grenshoek is en teken het verdere verloop van de getekende lichtstralen.

Ineke experimenteert met laserpennen. Ze richt de lichtbundel van een rode

laserpen schuin naar boven op de onderkant van een glazen bak met water.

Bij het wateroppervlak breekt de lichtbundel. Zie figuur 1.

In figuur 2 is getekend hoe bij een bepaalde stand van de laserpen de rode lichtstraal wordt gebroken.

a Toon met behulp van de figuur aan dat de brekingsindex die Ineke vindt, overeenkomt met die in Binas.

Ineke draait de rode laserpen zo dat de gebroken lichtbundel precies langs het wateroppervlak scheert.

Vervolgens houdt ze naast de rode laserpen een blauwe. In figuur 3 is het verloop van de rode en blauwe lichtbundel getekend.

b Verklaar het verschil tussen het verloop van de blauwe lichtbundel en dat van de rode lichtbundel. Gebruik in je antwoord de begrippen brekingsindex en grenshoek.

Ineke houdt ook nog een groene laserpen naast de rode en de blauwe. Zie figuur 4.

c Teken het verdere verloop van de groene

lichtbundel.

Een lichtstraal valt loodrecht in op een zijde van een prisma met brekingsindex van 2,00. Het prisma wordt volledig ondergedompeld in olie met brekingsindex van 1,41.

Bereken de maximale waarde van de hoek θ waarbij volledige reflectie in het prima optreedt.

In de zomer loopt de watertemperatuur in het tropisch aquarium van dierentuin Artis soms te hoog op. Een ventilator blaast dan lucht over het water, waardoor de temperatuur van het water daalt.

Door het verdampen van het water zakt het waterpeil in het aquarium.
Een automatisch systeem bewaakt dit waterpeil. In dit systeem schijnt een gele lichtstraal van bovenaf op een prisma, dat tegen de zijkant van het aquarium is geplakt. Zie figuur 5.

Als het waterpeil lager dan punt P van het prisma is, wordt de gele lichtstraal gereflecteerd naar de lichtsensor. Het prisma is van (gewoon) glas.

a Leg uit waarom er in deze situatie totale reflectie plaatsvindt tegen de schuine zijde van het glazen prisma.

 
Als het waterpeil hoger dan punt P is, treedt er lichtbreking op van glas naar water. Hierdoor zal er geen licht meer op de lichtsensor invallen. Het signaal van de lichtsensor kan op deze manier gebruikt worden om een kraan te openen en te sluiten zodat het water in het aquarium tot het gewenste niveau wordt bijgevuld.

In figuur 6 zijn vijf mogelijke lichtstralen getekend op het moment dat het waterpeil hoger is dan punt P.

b Leg zonder een berekening te maken uit welke van de getekende lichtstralen de gebroken lichtstraal kan zijn.

c Bereken onder welke hoek met de normaal de lichtstraal bij punt P het stuk glas zal verlaten.

Een regenboog ontstaat door breking en terugkaatsing van zonlicht in regendruppels. Omdat de brekingsindex van water afhangt van de kleur van het licht, ontstaan de verschillende kleuren in de regenboog. In figuur 2 is een bolvormige regendruppel getekend. In punt A treft een smalle bundel wit zonlicht (zonnestraal) de druppel. Deze zonnestraal is niet getekend. In punt A breekt de zonnestraal onder andere in een rode en in een blauwe lichtstraal.

In figuur 2 is de loop van de rode lichtstraal binnen de regendruppel getekend.

a Teken in de figuur de invallende zonnestraal bij A. Licht de tekening toe met een berekening.

Als de rode lichtstraal in punt B bij het grensvlak van water en lucht komt, kan de lichtstraal daar totaal worden teruggekaatst of er treedt zowel breking als terugkaatsing op. Dit hangt af van de invalshoek.

b Ga na of de bij B invallende lichtstraal totaal wordt teruggekaatst.

Bij de breking van de zonnestraal in A ontstond ook een blauwe lichtstraal.

c Beredeneer zonder een berekening te maken of deze blauwe lichtstraal, die uit A komt, de rand van de druppel bereikt tussen A en B of tussen B en C.