Hoofdstuk 4 Natuurkunde vwo 4
§4.1 Optische eigenschappen
Chemische eigenschappen hangen samen met processen waarbij nieuwe stoffen
ontstaan. Denk hierbij aan verbranden, roesten, reacties met zuren en basen. Ook de
giftigheid van een stof hoort bij chemische eigenschappen.
Fysische eigenschappen gaan over processen waarbij materialen wel veranderen,
maar er ontstaan geen nieuwe stoffen. Denk aan het smelten van ijs. Ijs en water
bestaan namelijk uit dezelfde moleculen.
Koper herken je aan de roodbruine kleur. Als je metalen polijst, kun je ze gebruiken als
een spiegel. Glas is doorzichtig. Al deze eigenschappen hebben te maken met het
gedrag van licht. Daarom heten ze optische eigenschappen.
Als licht op een voorwerp valt kunnen er 3 dingen gebeuren:
- Het licht kan worden weerkaatst.
- Het licht kan worden geabsorbeerd.
- Het licht kan worden doorgelaten en gebroken.
Weerkaatsing van licht
Als licht op een voorwerp valt, kan het worden weerkaatst. Heeft een voorwerp een
glad oppervlak, dan worden alle lichtstralen in een evenwijdige lichtbundel op dezelfde
manier weerkaatst. Zo’n glad oppervlak werkt als een spiegel.
In tegenstelling tot het spiegelbeeld kun je de letters op papier van alle kanten zien. Dit
komt doordat het oppervlak van papier ruw is. De lichtstralen worden dan in alle
richtingen weerkaatst.
Bij weerkaatsing kijk je naar de hoek tussen een lichtstraal en de normaal.
- De normaal in een punt is de streeplijn loodrecht op het oppervlak.
- De hoek tussen de invallende lichtstraal en de normaal noem je de hoek van inval (i).
- De andere hoek heet de hoek van terugkaatsing (t).
Bij elke vorm van terugkaatsing zijn beide hoeken aan elkaar gelijk.
,Bij weerkaatsing van licht geldt dus:
i=t
- i is de hoek van inval in graden.
- t is de hoek van terugkaatsing in graden.
De loop van een lichtstraal verandert niet bij omkering van de
richting van de lichtstraal. Of je een lichtbron links of rechts neerzet, in beide gevallen
geeft het figuur hiernaast de juiste loop van de lichtstraal aan. Als de richting van een
lichtstraal van belang is, dan geef je die aan met een pijltje in de lichtstraal.
Absorptie van licht
Bij de tekst van dit boek zijn de letters donkerder dan het papier. Dit komt doordat de
letters veel minder licht weerkaatsen dan het papier. De letters absorberen (bijna) al het
licht. Daarom steken ze zwart af bij het papier. Zijn letters rood van kleur dan worden
rode lichtstralen weerkaatst en de overige kleuren geabsorbeerd.
Breking van licht
Als een lichtstraal loodrecht op een doorzichtige stof valt, gaat de
lichtstraal rechtdoor. Deze lichtstraal valt dan samen met de
normaal. In het figuur hiernaast valt een lichtstraal vanaf de
linkerkant op het oppervlak van een halfronde schijf. Aan de vlakke
zijde breekt de lichtstraal. Omdat het voorwerp een glad oppervlak
heeft, zie je dat ook een klein deel weerkaatst. Aan de rechterkant
treedt geen breking op. De lichtstraal valt daar precies samen met
de normaal op het ronde oppervlak.
- De hoek die de gebroken lichtstraal maakt met de normaal, noem je de hoek van
breking (r).
Bij de overgang van lucht (A) naar glas (B) zie je dat de gebroken lichtstraal een kleinere
hoek met de normaal maakt dan de lichtstraal die op het materiaal invalt.
- Een breking waarbij r kleiner is dan i noem je breking naar de normaal toe.
De brekingswet geeft het verband tussen de hoek van inval en de hoek van breking:
sin iA
nA → B = —----------------
sin rB
nA → B is de brekingsindex voor de overgang van stof A naar stof B.
iA is de hoek van inval in stof A in graden.
rB is de hoek van breking in stof B in graden.
, Uit de formule volgt dat bij een grotere brekingsindex en eenzelfde hoek van inval een
kleinere hoek van breking hoort. Dus bij een grotere brekingsindex wordt de lichtstraal
sterker gebroken.
Als de lichtstraal echter van glas (B) naar lucht (A) loopt, dan breekt de lichtstraal van de
normaal af. Wat zojuist r was is nu i en omgekeerd. Er geldt dan:
1
nB → A = —----------------
nA → B
In BINAS tabel 18 staan de brekingsindices van een aantal stoffen. Hierbij gaat het
steeds om de overgang van lucht naar een stof.
Voorbeeld
Volgens BINAS tabel 18 geldt voor de brekingsindex van lucht (A) naar perspex (B):
nperspex = 1,49
De brekingsindex van perspex (B) naar lucht (A) is dan:
1 1
nB → A = ------------ = ------------ = 0,671
nA → B 1,49
Totale terugkaatsing
Hieronder zie je telkens een lichtstraal vanuit perspex op het grensvlak tussen perspex
en lucht vallen.
- Bij de overgang van perspex naar lucht is de hoek van breking altijd groter dan de
hoek van inval (zie a). De hoek van breking kan maximaal 90o worden.
- De hoek van inval die hoort bij brekingshoek van 90o heet de grenshoek (g) (zie b).
- Als de hoek van inval groter is dan de grenshoek dan treedt totale terugkaatsing op
(zie c).
Voor het verband tussen de grenshoek en de brekingsindex geldt de formule:
1
sin g = ------------
n
§4.1 Optische eigenschappen
Chemische eigenschappen hangen samen met processen waarbij nieuwe stoffen
ontstaan. Denk hierbij aan verbranden, roesten, reacties met zuren en basen. Ook de
giftigheid van een stof hoort bij chemische eigenschappen.
Fysische eigenschappen gaan over processen waarbij materialen wel veranderen,
maar er ontstaan geen nieuwe stoffen. Denk aan het smelten van ijs. Ijs en water
bestaan namelijk uit dezelfde moleculen.
Koper herken je aan de roodbruine kleur. Als je metalen polijst, kun je ze gebruiken als
een spiegel. Glas is doorzichtig. Al deze eigenschappen hebben te maken met het
gedrag van licht. Daarom heten ze optische eigenschappen.
Als licht op een voorwerp valt kunnen er 3 dingen gebeuren:
- Het licht kan worden weerkaatst.
- Het licht kan worden geabsorbeerd.
- Het licht kan worden doorgelaten en gebroken.
Weerkaatsing van licht
Als licht op een voorwerp valt, kan het worden weerkaatst. Heeft een voorwerp een
glad oppervlak, dan worden alle lichtstralen in een evenwijdige lichtbundel op dezelfde
manier weerkaatst. Zo’n glad oppervlak werkt als een spiegel.
In tegenstelling tot het spiegelbeeld kun je de letters op papier van alle kanten zien. Dit
komt doordat het oppervlak van papier ruw is. De lichtstralen worden dan in alle
richtingen weerkaatst.
Bij weerkaatsing kijk je naar de hoek tussen een lichtstraal en de normaal.
- De normaal in een punt is de streeplijn loodrecht op het oppervlak.
- De hoek tussen de invallende lichtstraal en de normaal noem je de hoek van inval (i).
- De andere hoek heet de hoek van terugkaatsing (t).
Bij elke vorm van terugkaatsing zijn beide hoeken aan elkaar gelijk.
,Bij weerkaatsing van licht geldt dus:
i=t
- i is de hoek van inval in graden.
- t is de hoek van terugkaatsing in graden.
De loop van een lichtstraal verandert niet bij omkering van de
richting van de lichtstraal. Of je een lichtbron links of rechts neerzet, in beide gevallen
geeft het figuur hiernaast de juiste loop van de lichtstraal aan. Als de richting van een
lichtstraal van belang is, dan geef je die aan met een pijltje in de lichtstraal.
Absorptie van licht
Bij de tekst van dit boek zijn de letters donkerder dan het papier. Dit komt doordat de
letters veel minder licht weerkaatsen dan het papier. De letters absorberen (bijna) al het
licht. Daarom steken ze zwart af bij het papier. Zijn letters rood van kleur dan worden
rode lichtstralen weerkaatst en de overige kleuren geabsorbeerd.
Breking van licht
Als een lichtstraal loodrecht op een doorzichtige stof valt, gaat de
lichtstraal rechtdoor. Deze lichtstraal valt dan samen met de
normaal. In het figuur hiernaast valt een lichtstraal vanaf de
linkerkant op het oppervlak van een halfronde schijf. Aan de vlakke
zijde breekt de lichtstraal. Omdat het voorwerp een glad oppervlak
heeft, zie je dat ook een klein deel weerkaatst. Aan de rechterkant
treedt geen breking op. De lichtstraal valt daar precies samen met
de normaal op het ronde oppervlak.
- De hoek die de gebroken lichtstraal maakt met de normaal, noem je de hoek van
breking (r).
Bij de overgang van lucht (A) naar glas (B) zie je dat de gebroken lichtstraal een kleinere
hoek met de normaal maakt dan de lichtstraal die op het materiaal invalt.
- Een breking waarbij r kleiner is dan i noem je breking naar de normaal toe.
De brekingswet geeft het verband tussen de hoek van inval en de hoek van breking:
sin iA
nA → B = —----------------
sin rB
nA → B is de brekingsindex voor de overgang van stof A naar stof B.
iA is de hoek van inval in stof A in graden.
rB is de hoek van breking in stof B in graden.
, Uit de formule volgt dat bij een grotere brekingsindex en eenzelfde hoek van inval een
kleinere hoek van breking hoort. Dus bij een grotere brekingsindex wordt de lichtstraal
sterker gebroken.
Als de lichtstraal echter van glas (B) naar lucht (A) loopt, dan breekt de lichtstraal van de
normaal af. Wat zojuist r was is nu i en omgekeerd. Er geldt dan:
1
nB → A = —----------------
nA → B
In BINAS tabel 18 staan de brekingsindices van een aantal stoffen. Hierbij gaat het
steeds om de overgang van lucht naar een stof.
Voorbeeld
Volgens BINAS tabel 18 geldt voor de brekingsindex van lucht (A) naar perspex (B):
nperspex = 1,49
De brekingsindex van perspex (B) naar lucht (A) is dan:
1 1
nB → A = ------------ = ------------ = 0,671
nA → B 1,49
Totale terugkaatsing
Hieronder zie je telkens een lichtstraal vanuit perspex op het grensvlak tussen perspex
en lucht vallen.
- Bij de overgang van perspex naar lucht is de hoek van breking altijd groter dan de
hoek van inval (zie a). De hoek van breking kan maximaal 90o worden.
- De hoek van inval die hoort bij brekingshoek van 90o heet de grenshoek (g) (zie b).
- Als de hoek van inval groter is dan de grenshoek dan treedt totale terugkaatsing op
(zie c).
Voor het verband tussen de grenshoek en de brekingsindex geldt de formule:
1
sin g = ------------
n
