Licht: lichtstralen, terugkaatsing, dispersie en het elektromagnetisch spectrum
Licht als elektromagnetische golf, c = f·λ, de terugkaatsingswet, waarom prisma's en regendruppels spectra maken, kleur, en verstrooiing. Met een proef over de terugkaatsingswet.
Lees
Licht is een elektromagnetische golf. In vacuüm plant het zich voort met c = 3,00 × 10⁸ m/s (in lucht maar een heel klein beetje trager), en zoals elke golf voldoet het aan c = f·λ. Zichtbaar licht heeft golflengten van ongeveer 400 nm tot 750 nm: rood heeft de langste golflengte en de laagste frequentie, violet de kortste golflengte en de hoogste frequentie.[6]
In de geometrische optica wordt licht voorgesteld als lichtstralen die in rechte lijnen gaan en van richting veranderen bij een spiegel of op de grens tussen twee materialen. Bij een spiegel is de terugkaatsingshoek gelijk aan de invalshoek, allebei gemeten ten opzichte van de normaal. Een oppervlak dat glad is in vergelijking met de golflengte geeft een scherp beeld; een ruw oppervlak verstrooit licht in alle richtingen (diffuse terugkaatsing).[3][4]
Wit licht is een vrij gelijkmatig mengsel van alle zichtbare golflengten. Omdat de brekingsindex van een materiaal afhangt van de golflengte, wordt elke kleur anders gebroken: dat is dispersie. In glas en water is de brekingsindex groter voor kortere golflengten, dus violet wordt sterker gebroken dan rood. Een regenboog ontstaat als zonlicht gebroken wordt bij het binnengaan van een regendruppel, terugkaatst tegen de achterkant en opnieuw gebroken wordt bij het naar buiten gaan.[5]
Licht dat op materie valt, kan doorgelaten, teruggekaatst, geabsorbeerd, gebroken of verstrooid worden. De kleur van een voorwerp bestaat uit de golflengten die het terugkaatst, terwijl de andere geabsorbeerd worden.[2]
De lucht is blauw omdat moleculen in de lucht korte golflengten veel sterker verstrooien dan lange. Bij zonsondergang is de weg door de atmosfeer veel langer, dus wordt het meeste blauw uit de rechtstreekse bundel weggestrooid en ziet de Zon er rood of oranje uit.[1]
Licht van de Zon legt ongeveer 1,5 × 10¹¹ m af in ongeveer 500 s: acht minuten. Je ziet de Zon zoals ze acht minuten geleden was.[7][6]
Probeer het: Test de terugkaatsingswet
Je hebt nodig
- Een vlakke spiegel met een voetje (of een blokje om hem rechtop te houden)
- Een lichtkastje met één spleet, of een zaklamp met zwart karton erover geplakt waarin een smalle spleet open blijft
- Een blad A4-papier, een lat, een scherp potlood en een gradenboog
- Een verduisterd lokaal
Veiligheid
Lichtkastjes worden heet: raak het lampje niet aan. Als er een laserpointer gebruikt wordt, dan alleen een schoollaser met laag vermogen onder toezicht van de leerkracht, en richt hem nooit op ogen of op glimmende oppervlakken die naar mensen gericht zijn.
Wat moet je doen
- Trek een rechte lijn over het papier en zet de spiegel erop, met de spiegelende kant langs de lijn.
- Teken de normaal: een lijn loodrecht (90°) op de spiegellijn, in het midden van het blad.
- Schijn een smalle lichtstraal over het papier, zodat ze de spiegel precies raakt waar de normaal hem snijdt.
- Duid de invallende en de teruggekaatste straal elk aan met twee potloodpuntjes, haal dan de spiegel weg en teken de stralen met een lat.
- Meet de invalshoek i en de terugkaatsingshoek r ten opzichte van de normaal.
- Herhaal voor minstens vijf hoeken (bijvoorbeeld 15°, 30°, 45°, 60°, 75°) en zet r uit tegen i.
Wat gebeurt er, en waarom?
De punten zouden op de rechte r = i moeten liggen. Kleine verschillen komen door de breedte van de lichtstraal, de dikte van het spiegelglas (de verzilverde achterkant kaatst terug, niet de voorkant) en het aflezen van de gradenboog. Dit is de terugkaatsingswet.[4]
Speel: Zichtbaar of niet?
Gebruik c = f·λ (c = 3,00 × 10⁸ m/s). Is dit licht zichtbaar (400–750 nm), of ligt het voorbij rood (infrarood) of voorbij violet (ultraviolet)?
Je beste score wordt alleen op dit toestel bewaard. Er wordt niets verstuurd.
Quiz
Andere leeftijden: 6–7 jaar · 10–11 jaar