- Overzicht van reflectie
- Overzicht van refractie
- Toepassingen van reflectie
- Toepassingen van refractie
- Verschil tussen de wet van reflectie en breking
- Conclusie
Breking en reflectie zijn kenmerken van licht die vaak verwarrend zijn. Breking treedt op wanneer licht weerkaatst op een voorwerp, en breking treedt op wanneer licht door een voorwerp gaat.
Licht bestaat uit kleine deeltjes die fotonen worden genoemd. Wanneer fotonen op een voorwerp weerkaatsen, weerkaatsen ze het licht. Daarom zie je je spiegelbeeld in een spiegel. Op dezelfde manier breken fotonen het licht af wanneer ze door een voorwerp gaan.
In onderstaande gids wordt het verschil tussen beide verschijnselen uitgelegd en worden ook de toepassingen van reflectie en breking in ons dagelijks leven beschreven.
Overzicht van reflectie
Image Credit: 12019, Pixabay
Wanneer lichtgolven terugkaatsen op een oppervlak, zien we een reflectie. De hoek tussen het licht dat het oppervlak raakt en de hoek van de gereflecteerde lichtgolven bepalen hoeveel gereflecteerd licht we zien.
De hoeveelheid gereflecteerd licht hangt ook af van de aard van het reflecterende oppervlak. Een glad, glanzend oppervlak reflecteert bijvoorbeeld meer licht dan een dof, ruw oppervlak.
Spiegels weerkaatsen licht in een rechte lijn. We zien dus een helder beeld. Wanneer lichtgolven een gebogen oppervlak raken, kaatsen ze onder verschillende hoeken terug. De golven die van het gebogen oppervlak weerkaatsen, interfereren met elkaar, waardoor een vervormd beeld ontstaat.
Lichtgolven die weerkaatsen tegen een oppervlak kunnen specifieke effecten veroorzaken. Wanneer licht weerkaatst tegen een hol oppervlak, vormt het een echt beeld. Een bol oppervlak vormt een virtueel beeld.
Voorbeelden van reflectie
Het meest voorkomende voorbeeld van reflectie is een spiegel. Het zal je echter zijn opgevallen dat een spiegel een links-rechts omkering van het beeld laat zien.
Het gebeurt omdat lichtgolven van richting veranderen als ze terugkaatsen op een spiegel. De hoek tussen de inkomende en gereflecteerde lichtgolven is hetzelfde.
Een ander typisch voorbeeld van reflectie is het oppervlak van een stilstaande vijver of een meer. Wanneer licht op het gladde wateroppervlak weerkaatst, levert dat een helder beeld op. Op dezelfde manier kunt u uw reflectie ook zien op het scherm van uw telefoon.
Soorten reflectie
Er zijn drie soorten weerkaatsing van licht. Ze verschillen naargelang het soort voorwerp en de hoeken die door het licht worden gecreëerd.
Diffuse reflectie
Bij diffuse reflectie wordt het licht dat een voorwerp raakt in vele richtingen verstrooid. Dit gebeurt wanneer het oppervlak niet glad is.
De lichtgolven raken het ruwe oppervlak en weerkaatsen in verschillende richtingen. Diffuse reflectie is verantwoordelijk voor het beeld dat we in een spiegel zien.
Afbeelding: Dannie Jing, Unsplash
Speculaire reflectie
Speculaire oppervlakken zijn glad en glanzend, zoals een spiegel. De lichtgolven weerkaatsen onder een bepaalde hoek tegen deze oppervlakken.
De hoek tussen het oppervlak en de gereflecteerde straal is gelijk aan de hoek tussen het oppervlak en de invallende straal. Speculaire reflectie heeft toepassingen in lasers, telescopen en periscopen.
Glanzende Reflectie
Glanzende oppervlakken zijn een type speculair oppervlak, met dit verschil dat zij microoppervlakken hebben die een hoek vormen met het vlak van het oppervlak. De microoppervlakken verstrooien het licht in vele richtingen.
Het resulteert in een reflectie die niet zo scherp is als speculaire reflectie. We zien glanzende reflecties in autolak en accessoires.
Overzicht van refractie
Image Credit: Billion Photos, Shutterstock
Refractie treedt op wanneer golven door een medium reizen en afbuigen door een verandering in hun snelheid. De verandering in snelheid kan worden veroorzaakt doordat de golven van het ene medium naar het andere reizen of doordat de golven door een medium met verschillende eigenschappen in verschillende gebieden reizen.
De mate van buiging hangt af van het verschil in de snelheid van de golven in de twee gebieden. Wanneer lichtgolven bijvoorbeeld van lucht naar water gaan, worden zij afgebogen naar de normaal (de lijn loodrecht op het oppervlak waar de inval plaatsvindt) omdat de lichtsnelheid in water lager is dan in lucht.
De mate van buiging hangt ook af van de brekingsindex. De brekingsindex is de verhouding tussen de snelheid van golven in een vacuüm en de snelheid van golven in een medium. De brekingsindex van water is bijvoorbeeld 1,33. De brekingsindex van lucht is daarentegen 1,00. Wanneer licht een medium met een hogere brekingsindex (lucht ten opzichte van water) binnengaat, vertraagt het dus. Het buigt dus af in de richting van de normale lijn.Wanneer licht zich verplaatst van een medium met een lagere brekingsindex naar een medium met een hogere brekingsindex, buigt het af van de normaal.
Voorbeelden van breking
Breking komt in veel dagelijkse situaties voor. Het meest opvallende voorbeeld is het menselijk oog. Het menselijk oog gebruikt breking om te kunnen zien. Wanneer licht het oog binnenkomt, vindt breking plaats in het hoornvlies. Het hoornvlies is het heldere, gebogen voorvlak van het oog. Het heeft een hogere brekingsindex dan de lucht, zodat het de lichtgolven buigt wanneer ze het oog binnenkomen.
Vervolgens buigt de lens, een heldere, gebogen structuur achter het hoornvlies, het licht af. Ten slotte buigt hij het licht verder zodat het op het netvlies wordt gericht.
Je kunt breking ook opmerken als je aan het zwemmen bent. Als je bijvoorbeeld naar de bodem van een zwembad kijkt, kan die dichterbij lijken dan hij is. Die illusie heb je omdat het water de lichtgolven buigt, waardoor de bodem van het zwembad dichterbij lijkt dan hij in werkelijkheid is.
Ditzelfde principe geldt voor andere voorwerpen die in water zijn ondergedompeld. Een rietje in een glas water lijkt bijvoorbeeld gebogen omdat de lichtgolven worden gebogen als ze van de lucht naar het water reizen.
Een ander opmerkelijk voorbeeld van breking is regenboogvorming. Wanneer licht op waterdruppels valt, wordt het gebogen en gebroken. Elke golflengte buigt onder een andere hoek. Daarom zie je zeven kleuren van de regenboog.
Soorten breking
De soorten breking hangen af van de dichtheid van de media. Hier zijn de twee standaardtypes.
Dicht tot Zeldzaam
Zoals eerder vermeld, buigt licht, wanneer het van een schaars naar een dicht medium gaat, af naar de normaal. Daardoor is de invalshoek groter dan de brekingshoek.
Zeldzaam tot dicht
Wanneer lichtstralen van een dicht naar een schaars medium gaan, is de hoek van inval kleiner dan de hoek van breking. Dat komt omdat de lichtgolven in dit geval van de normaal af buigen.
In het algemeen is de brekingsindex van een medium recht evenredig met de snelheid van het licht in dat medium. Hoe hoger de brekingsindex, hoe langzamer de snelheid van het licht in het medium.
Toepassingen van reflectie
Naast de spiegel heeft reflectie vele toepassingen in ons dagelijks leven. Hier zijn er enkele van.
Meters
Spiegels zijn aanwezig in voltmeters, ampèremeters en andere meters om parallaxfouten te voorkomen. Deze fouten ontstaan wanneer de gebruiker de meting doet terwijl hij onder een hoek kijkt in plaats van rechtstreeks vanaf de achterkant van de meter.
Aan de achterkant van de meter bevinden zich spiegels. Wanneer de gebruiker in de spiegel kijkt, ziet hij de meting op ooghoogte. De gebruiker kan een nauwkeurige meting verrichten zonder zich zorgen te maken over de parallaxfout.
Beeld krediet: Svarun, Shutterstock
Autospiegels
Als u rijdt, gebruikt u reflectie telkens wanneer u in uw auto stapt. Met achteruitkijkspiegels en zijspiegels kunt u zien wat zich achter en opzij van uw voertuig bevindt. Deze spiegels maken gebruik van vlakke of bolle spiegels om u een breder gezichtsveld te geven.
Microscopen
Microscopen gebruiken concave spiegels om het licht in het preparaat te weerkaatsen. Deze spiegels zijn gewoonlijk verstelbaar zodat de gebruiker het beeld kan scherpstellen.
De vergroting hangt af van de kromming van de spiegel. Wanneer licht tegen een holle spiegel weerkaatst, wordt het gefocusseerd. Hoe dichter het voorwerp zich bij de spiegel bevindt, hoe groter de vergroting.
Overhead Projectors
Heb je je ooit afgevraagd hoe een overheadprojector werkt? Deze projectoren gebruiken een holle spiegel om licht op een scherm te weerkaatsen. Het beeld wordt ondersteboven geprojecteerd, maar de spiegel draait het beeld om, zodat het rechtop staat.
Glasvezel
Tegenwoordig is glasvezel een belangrijke technologie geworden. Glasvezelkabels brengen informatie over lange afstanden van de ene plaats naar de andere. De technologie wordt gebruikt voor telefoon- en internetlijnen, kabeltelevisie en medische apparatuur.
Vezeloptica maakt gebruik van dunne glas- of kunststofvezels om licht te vervoeren. De lichtgolven weerkaatsen tegen de wanden van de vezel en reizen erlangs.
Het basisprincipe van vezeloptica is totale interne reflectie. De kern en de bekleding van de vezel moeten een verschillende brekingsindex hebben. Daarom reflecteren de lichtgolven wanneer zij van de kern in de bekleding overgaan.
Toepassingen van refractie
Veel moderne apparaten maken gebruik van de breking van licht. Hier volgen enkele voorbeelden.
Lenzen
Alle lenzen werken door breking, omdat ze ten minste één gebogen oppervlak hebben. Door de kromming is de lens in het midden dikker dan aan de randen.
Lichtgolven die door de lens gaan, worden gebogen. Daardoor werkt de lens als een vergrootglas. Lenzen zijn aanwezig in camera's, microscopen, verrekijkers en andere optische apparaten.
Prisma
Prisma's komen vaak voor in veel optische apparaten, waaronder camera's, projectoren en lasers. Ze kunnen wit licht scheiden in verschillende kleuren. Het prisma buigt en richt het licht bijvoorbeeld op de film of beeldsensor van een camera.
Afbeelding door: congerdesign, Pixabay
Bril
Brillen voor slechtziendheid maken gebruik van bolle glazen, waardoor objecten in de verte groter en dus dichterbij lijken.
De lens breekt het licht van deze voorwerpen af en richt het op het netvlies achter in het oog. Daardoor kan de drager van deze bril beter zien.
Verschil tussen de wet van reflectie en breking
De wet van reflectie stelt dat wanneer een lichtstraal weerkaatst tegen een oppervlak, de hoek tussen de lichtstraal en het oppervlak gelijk is aan de hoek tussen de lichtstraal en de lijn loodrecht op het oppervlak (de normaal).
De wet van Snell is de wet van de breking, die stelt dat wanneer een lichtstraal van het ene medium naar het andere gaat, de verhouding tussen de sinus van de invalshoek en de sinus van de brekingshoek constant is. Deze constante staat bekend als de brekingsindex en is voor elk paar media verschillend.
Conclusie
Reflectie is het weerkaatsen van licht, breking is het buigen van licht. Licht vertoont beide eigenschappen door zijn golfachtige aard.
Wanneer lichtgolven op een obstructie stuiten, verspreiden zij zich in alle richtingen. Lichtgolven buigen echter af wanneer zij op een grens tussen twee verschillende media stuiten. Deze verschijnselen doen zich voor omdat lichtgolven in verschillende media met verschillende snelheden reizen.
Bronnen- en.wikipedia.org
- kennis.autodesk.com
- olympus-lifescience.com
- geeksforgeeks.org
- sciencelearn.org.nz
- khanacademy.org
- aplustopper.com
- en.wikipedia.org
- openstax.org
Image Credit: Links - Juan Pablo Serrano Arenas, Pexels, Pixabay; Rechts - ScienceGiant, Pixabay