Samenvatting optica natuurkunde
Paragraaf 1: introductie
Lichtbronnen en kleur
Je ziet een voorwerp als er licht van dat voorwerp in je ogen komt. Licht is afkomstig van een
lichtbron. Een directe lichtbron (zon, lamp) geeft zelf licht. Een indirecte lichtbron, weerkaatst licht,
van bijvoorbeeld een lamp.
Het licht dat weerkaatst wordt, bepaalt de kleur. Blauwe voorwerpen weerkaatsen dus blauw licht.
De kleur die je ziet, hangt ook af van het licht van de lichtbron. Wit licht (de zon), bestaat uit alle
kleuren van de regenboog. In zonlicht zie je dus ‘de echte’ kleur van een voorwerp. Is de lichtbron
een oranje lamp, dan ziet een blauw voorwerp er zwart/donkergrijs uit, doordat vrijwel al het oranje
licht wordt geabsorbeerd.
Weerkaatsen en spiegelen
Glanzende voorwerpen (spiegels), weerkaatsen de lichtstralen in 1 richting. Dit noem je spiegelende
terugkaatsing. Ruwe oppervlakken weerkaatsen het licht alle kanten op. Dit noem je diffuse
terugkaatsing. (figuur 6)
Het spiegelbeeld ontstaat achter de spiegel, doordat de spiegel elke lichtstraal onder dezelfde hoek
terugkaatst als waaronder de lichtstraal de spiegel treft. Alle lichtstralen uit een voorwerpspunt L
lijken daardoor na terugkaatsing te komen uit het bijbehorende beeldpunt B. deze 2 punten staan
even ver van de spiegel. De lijn LB staat loodrecht op de spiegel. (figuur 7). Een spiegelbeeld is altijd
virtueel, dat wil zeggen dat het niet getoond kan worden op een scherm. Het gezichtsveld is het
gebied dat je via de spiegel kunt zien. (figuur 8).
Lichtbundels
Bij een evenwijdige lichtbundel lopen de lichtstralen evenwijdig aan elkaar. In een convergente
lichtbundel gaan de lichtstralen naar 1 punt toe. Bij een divergente lichtbundel komen de lichtstralen
uit 1 punt. (figuur 9)
Paragraaf 2: het maken van beelden
Lenzen en lichtstralen
Een bolle lens breekt de lichtstralen van een bundel naar elkaar toe. Dat is de convergerende
werking van een positieve lens. (figuur 15). Een holle lens breekt de lichtstralen van een bundel van
elkaar af. Dat is de divergerende werking van een negatieve lens. (figuur 16).
Beelden
Van een lichtgevend voorwerp kan een positieve/bolle lens een beeld maken, bijvoorbeeld op een
scherm. Een scherp beeld ontstaat achter de lens op die afstand waar de lichtstralen, die vanuit 1
punt komen, elkaar snijden (figuur 17a). Die afstand is de beeldafstand en zo’n snijpunt noemen we
een beeldpunt. Als het scherm niet op de juiste plaats staat, ontstaat er een onscherp beeld (figuur
17b).
Als elk punt van het voorwerp scherp is afgebeeld, ontstaat een reëel beeld. Bij deze beeldvorming
(met bolle lens) worden boven en onder met elkaar verwisseld, daardoor wordt het beeld
, omgekeerd. Met alleen een negatieve lens kan geen reëel beeld worden gemaakt. Er ontstaat wel
een virtueel beeld. Een virtueel beeld bevindt zich aan dezelfde kant van de lens als het voorwerp en
is dus niet op een scherm op te vangen. Je kunt het virtuele beeld wel zien als je in de lens kijkt.
Brandpunt en sterkte
Alle lichtstralen die evenwijdig aan de hoofdas op een positieve lens invallen, worden naar het
brandpunt F gebroken. Bij een sterke lens ligt het brandpunt dichtbij de lens, de brandpuntsafstand f
is dan klein.
Het optisch middelpunt O ligt in het midden van de lens. De hoofdas van de lens staat loodrecht op
de lens gaat door het optisch middelpunt en door het brandpunt. De lens heeft aan beide kanten een
brandpunt, omdat de lichtbundel zowel van links als van rechts komen. Het vlak loodrecht op de
hoofdas door het brandpunt is het brandvlak. De lichtstraal door het optisch middelpunt van de lens
wordt niet van richting veranderd.
Plaats en grootte van het beeld
Bij een bolle lens is er op slechts 1 afstand een scherp beeld, de beeldafstand. Als het voorwerp ver
weg staat, is de beeldafstand klein en is het beeld klein (figuur 20a). de beeldafstand b is de afstand
tussen het beeld en het optisch middelpunt O van de lens. De voorwerpsafstand v is de afstand
tussen het voorwerp en het optisch middelpunt O van de lens. Dus als de voorwerpsafstand groter
wordt, wordt de beeldafstand kleiner. Staat het voorwerp in het brandvlak van de lens , dan zal elke
lichtbundel van de lens evenwijdig zijn (figuur 20c). er is dan geen beeld. Voor een scherp reëel beeld
moet de voorwerpsafstand groter zijn dan de brandpuntsafstand. Bij een kleinere voorwerpsafstand
hoort een grotere beeldafstand en een groter reëel beeld.
Het beeld tekenen
Bij een constructietekening wordt de plaats van het beeld bepaald met behulp van twee of drie
constructiestralen uit 1 voorwerpspunt. (figuur 26a)
1. De lichtstraal door het optisch middelpunt van de lens wordt niet van richting veranderd.
2. De lichtstraal evenwijdig aan de hoofdas (horizontaal) gaat na breking door het brandpunt
achter de lens.
3. De lichtstraal door het brandpunt voor de lens loopt na breking evenwijdig aan de hoofdas
(horizontaal).
Het snijpunt van de drie constructiestralen achter de lens is het beeldpunt B, in dit geval de top van
het beeld. Uit de top kun je de lichtstralen tekenen. omdat alle andere punten van het voorwerp
afgebeeld worden op dezelfde beeldafstand, kun je nu het hele beeld tekenen. Een beeldconstructie
maak je op schaal. Voor het tekenen van het beeldpunt zijn 2 constructiestralen nodig, de 3 e is voor
controle. (figuur 26b)
Lineaire vergroting
De lineaire vergroting N geeft aan hoeveel keer het beeld groter is dan het voorwerp. Voor de
lineaire vergroting N geldt:
Afmeting beeld= N ∙ afmeting voorwerp LB= N ∙ Lv
- LB= de grootte van het beeld
- Lv= de grootte van het voorwerp
- N= de lineaire vergroting
Paragraaf 1: introductie
Lichtbronnen en kleur
Je ziet een voorwerp als er licht van dat voorwerp in je ogen komt. Licht is afkomstig van een
lichtbron. Een directe lichtbron (zon, lamp) geeft zelf licht. Een indirecte lichtbron, weerkaatst licht,
van bijvoorbeeld een lamp.
Het licht dat weerkaatst wordt, bepaalt de kleur. Blauwe voorwerpen weerkaatsen dus blauw licht.
De kleur die je ziet, hangt ook af van het licht van de lichtbron. Wit licht (de zon), bestaat uit alle
kleuren van de regenboog. In zonlicht zie je dus ‘de echte’ kleur van een voorwerp. Is de lichtbron
een oranje lamp, dan ziet een blauw voorwerp er zwart/donkergrijs uit, doordat vrijwel al het oranje
licht wordt geabsorbeerd.
Weerkaatsen en spiegelen
Glanzende voorwerpen (spiegels), weerkaatsen de lichtstralen in 1 richting. Dit noem je spiegelende
terugkaatsing. Ruwe oppervlakken weerkaatsen het licht alle kanten op. Dit noem je diffuse
terugkaatsing. (figuur 6)
Het spiegelbeeld ontstaat achter de spiegel, doordat de spiegel elke lichtstraal onder dezelfde hoek
terugkaatst als waaronder de lichtstraal de spiegel treft. Alle lichtstralen uit een voorwerpspunt L
lijken daardoor na terugkaatsing te komen uit het bijbehorende beeldpunt B. deze 2 punten staan
even ver van de spiegel. De lijn LB staat loodrecht op de spiegel. (figuur 7). Een spiegelbeeld is altijd
virtueel, dat wil zeggen dat het niet getoond kan worden op een scherm. Het gezichtsveld is het
gebied dat je via de spiegel kunt zien. (figuur 8).
Lichtbundels
Bij een evenwijdige lichtbundel lopen de lichtstralen evenwijdig aan elkaar. In een convergente
lichtbundel gaan de lichtstralen naar 1 punt toe. Bij een divergente lichtbundel komen de lichtstralen
uit 1 punt. (figuur 9)
Paragraaf 2: het maken van beelden
Lenzen en lichtstralen
Een bolle lens breekt de lichtstralen van een bundel naar elkaar toe. Dat is de convergerende
werking van een positieve lens. (figuur 15). Een holle lens breekt de lichtstralen van een bundel van
elkaar af. Dat is de divergerende werking van een negatieve lens. (figuur 16).
Beelden
Van een lichtgevend voorwerp kan een positieve/bolle lens een beeld maken, bijvoorbeeld op een
scherm. Een scherp beeld ontstaat achter de lens op die afstand waar de lichtstralen, die vanuit 1
punt komen, elkaar snijden (figuur 17a). Die afstand is de beeldafstand en zo’n snijpunt noemen we
een beeldpunt. Als het scherm niet op de juiste plaats staat, ontstaat er een onscherp beeld (figuur
17b).
Als elk punt van het voorwerp scherp is afgebeeld, ontstaat een reëel beeld. Bij deze beeldvorming
(met bolle lens) worden boven en onder met elkaar verwisseld, daardoor wordt het beeld
, omgekeerd. Met alleen een negatieve lens kan geen reëel beeld worden gemaakt. Er ontstaat wel
een virtueel beeld. Een virtueel beeld bevindt zich aan dezelfde kant van de lens als het voorwerp en
is dus niet op een scherm op te vangen. Je kunt het virtuele beeld wel zien als je in de lens kijkt.
Brandpunt en sterkte
Alle lichtstralen die evenwijdig aan de hoofdas op een positieve lens invallen, worden naar het
brandpunt F gebroken. Bij een sterke lens ligt het brandpunt dichtbij de lens, de brandpuntsafstand f
is dan klein.
Het optisch middelpunt O ligt in het midden van de lens. De hoofdas van de lens staat loodrecht op
de lens gaat door het optisch middelpunt en door het brandpunt. De lens heeft aan beide kanten een
brandpunt, omdat de lichtbundel zowel van links als van rechts komen. Het vlak loodrecht op de
hoofdas door het brandpunt is het brandvlak. De lichtstraal door het optisch middelpunt van de lens
wordt niet van richting veranderd.
Plaats en grootte van het beeld
Bij een bolle lens is er op slechts 1 afstand een scherp beeld, de beeldafstand. Als het voorwerp ver
weg staat, is de beeldafstand klein en is het beeld klein (figuur 20a). de beeldafstand b is de afstand
tussen het beeld en het optisch middelpunt O van de lens. De voorwerpsafstand v is de afstand
tussen het voorwerp en het optisch middelpunt O van de lens. Dus als de voorwerpsafstand groter
wordt, wordt de beeldafstand kleiner. Staat het voorwerp in het brandvlak van de lens , dan zal elke
lichtbundel van de lens evenwijdig zijn (figuur 20c). er is dan geen beeld. Voor een scherp reëel beeld
moet de voorwerpsafstand groter zijn dan de brandpuntsafstand. Bij een kleinere voorwerpsafstand
hoort een grotere beeldafstand en een groter reëel beeld.
Het beeld tekenen
Bij een constructietekening wordt de plaats van het beeld bepaald met behulp van twee of drie
constructiestralen uit 1 voorwerpspunt. (figuur 26a)
1. De lichtstraal door het optisch middelpunt van de lens wordt niet van richting veranderd.
2. De lichtstraal evenwijdig aan de hoofdas (horizontaal) gaat na breking door het brandpunt
achter de lens.
3. De lichtstraal door het brandpunt voor de lens loopt na breking evenwijdig aan de hoofdas
(horizontaal).
Het snijpunt van de drie constructiestralen achter de lens is het beeldpunt B, in dit geval de top van
het beeld. Uit de top kun je de lichtstralen tekenen. omdat alle andere punten van het voorwerp
afgebeeld worden op dezelfde beeldafstand, kun je nu het hele beeld tekenen. Een beeldconstructie
maak je op schaal. Voor het tekenen van het beeldpunt zijn 2 constructiestralen nodig, de 3 e is voor
controle. (figuur 26b)
Lineaire vergroting
De lineaire vergroting N geeft aan hoeveel keer het beeld groter is dan het voorwerp. Voor de
lineaire vergroting N geldt:
Afmeting beeld= N ∙ afmeting voorwerp LB= N ∙ Lv
- LB= de grootte van het beeld
- Lv= de grootte van het voorwerp
- N= de lineaire vergroting
