2.1 Hoe weerkaatst licht?

A Spiegelwetten

OPDRACHT 18

Bestudeer het artikel.

De bewoners van het Italiaanse dorpje Viganella hebben tijdens de winter 83 dagen geen direct zonlicht. Daarom bedachten ze een oplossing voor die donkere winterdagen: ze bouwden een gigantische computergestuurde spiegel op een bergtop, om zo de zonnestralen naar het dorpje te reflecteren.

1 Uit welk materiaal zou je de spiegel maken?

Verklaar.

2 Waarom is de spiegel computergestuurd?

3 Op de onderstaande afbeeldingen staat de voorstelling van de zon op een winterdag.

263THEMA 04 HOOFDSTUK 2 a Toon aan dat het dorp in de schaduw ligt, door de schaduw te tekenen op situatie A. b Welke positie van de spiegel is volgens jou geschikt om de zon in het dorp te laten schijnen? c Ondersteun je hypothese door voor de drie situaties de verwachte stralengang op de spiegel te tekenen. spiegel 1 spiegel spiegel 3 A B C 2 ©VAN IN

Onderzoek de stralengang bij spiegels aan de hand van Labo 11 op p. 329.

Kijk na het labo opnieuw naar de stralengang die je tekende bij opdracht 18.

a Vervolledig elke situatie met een normaal, de invalshoek en de terugkaatsingshoek.

b Vergelijk je hypothese met je besluit.

Een spiegel is een voorwerp met een heel glad oppervlak, dat al het licht weerkaatst. Omdat je metalen heel glad kunt maken, zijn de meeste spiegels gemaakt uit metaal, met glas als beschermingsmateriaal.

normaal n Als een lichtstraal invalt op een oppervlak, kaatst het oppervlak die lichtstraal terug. Op afbeelding 29 is dat schematisch weergegeven.

A invalshoek î

invallende straal i terugkaatsingshoek t B

teruggekaatste straal t

invalspunt I 1 2 De lichtstraal die invalt op het oppervlak, is de invallende straal i Het punt waar de invallende straal het oppervlak raakt, . is het invalspunt I. 3 De rechte door het invalspunt, loodrecht op het oppervlak, is de normaal n.

Afb. 29

4 De hoek tussen de invallende straal en de normaal is de invalshoek î 5 De lichtstraal die de spiegel verlaat, is de teruggekaatste straal t. 6 De hoek tussen de teruggekaatste straal en de normaal is de terugkaatsingshoek t. Bij de terugkaatsing van de lichtstraal gelden drie spiegelwetten: 1 De invallende straal, de teruggekaatste straal en de normaal liggen in één vlak,loodrecht op de spiegel. 2 De terugkaatsingshoek en de invalshoek zijn even groot: t = î. 3 De stralengang is omkeerbaar. Als je de lichtstraal uit positie B laat vertrekken, komt ze terecht op positie A. .

Om de normaal te tekenen op een gekromd of oneffen oppervlak, teken je eerst een rechte die raakt aan de kromme.

nAfb. 30 TIP n ©VAN IN

Als een lichtbundel invalt op een oppervlak, gelden de drie spiegelwetten voor elke lichtstraal. De oriëntatie van de lichtbundel ten opzichte van het oppervlak bepaalt de invalshoek en de normaal voor het invalspunt van elke lichtstraal. De teruggekaatste stralen vormen de lichtbundel na de weerkaatsing. In tabel 1 zie je de weerkaatsing van een evenwijdige lichtbundel op verschillende types oppervlakken.

1 Op een effen, vlak oppervlak heeft het licht van een evenwijdige lichtbundel op elke plaats dezelfde invalshoek. Alle normalen hebben dezelfde oriëntatie.

2  De teruggekaatste bundel op een vlakke spiegel is een evenwijdige bundel.

 Je noemt dat gerichte weerkaatsing.

Op een oneffen oppervlak heeft het licht van een evenwijdige lichtbundel op elke plaats een verschillende invalshoek. De normalen hebben een verschillende oriëntatie.

 De teruggekaatste bundel op een oneffen oppervlak is willekeurig.

Er is geen teruggekaatste lichtbundel zichtbaar.

 Je noemt dat diffuse weerkaatsing.

265THEMA 04 HOOFDSTUK 2 3 Op een effen, hol oppervlak heeft het licht van een evenwijdige lichtbundel op elke plaats een verschillende invalshoek. Alle normalen gaan door het middelpunt van de cirkel.  De teruggekaatste bundel op een holle spiegel is een convergerende bundel. De stralen komen samen in het brandpunt F vóór de holle spiegel. 4 Op een effen, bol oppervlak heeft het licht van een evenwijdige lichtbundel op elke plaats een verschillende invalshoek. Alle normalen gaan door het middelpunt van de cirkel.  De teruggekaatste bundel op een holle spiegel is een divergerende bundel. De verlengden van de stralen komen samen in het brandpunt F achter de bolle spiegel. Tabel 1 F Door het verschil in terugkaatsing van de lichtbundels in de verschillende situaties verschillen de spiegelbeelden. ©VAN IN

Bestudeer de optische illusies.

Duid de kenmerken van de beeldvorming aan.

1 2 3

• Het beeld is scherp / onscherp door gerichte / diffuse • weerkaatsing. Het beeld is niet / wel vervormd omdat de spiegel niet / wel gekromd is. • Het beeld is scherp / onscherp door gerichte / diffuse • weerkaatsing. Het beeld is niet / wel vervormd omdat de spiegel niet / wel gekromd is. • Het beeld is scherp / onscherp door gerichte / diffuse • weerkaatsing. Het beeld is niet / wel vervormd omdat de spiegel niet / wel gekromd is.

De weerkaatsing van licht op een oppervlak kun je beschrijven met drie spiegelwetten: 1 De invallende straal, de teruggekaatste straal en de normaal liggen in één vlak. 2 De terugkaatsingshoek en de invalshoek zijn even groot: t = î. 3 De stralengang is omkeerbaar. Als het oppervlak effen is, dan is er gerichte weerkaatsing. Een evenwijdige lichtbundel die invalt op een effen oppervlak, weerkaatst als een geordende lichtbundel. Op een oneffen oppervlak is er diffuse weerkaatsing. Een evenwijdige lichtbundel die invalt op een oneffen oppervlak, weerkaatst als chaotisch gerichte lichtstralen. ` Maak oefening 11 t/m 16. ©VAN IN