Reflectie
De wet van reflectie is eenvoudig: de hoek van inval is gelijk aan de hoek van weerkaatsing, en beide hoeken worden gemeten ten opzichte van de normaal — een denkbeeldige lijn loodrecht op het oppervlak.
Bij een glad oppervlak (spiegel) geeft dit een helder beeld. Bij een ruw oppervlak (papier, muur) gaat het licht alle kanten op — diffuse reflectie. Daardoor zien we niet-spiegelende voorwerpen vanuit alle hoeken even goed.
Breking
Als licht een grensvlak passeert tussen twee media met verschillende optische dichtheid, verandert zijn voortplantingssnelheid — en daarmee zijn richting. Dat verschijnsel heet breking.
- n₁, n₂
- brekingsindex van het eerste en tweede medium (dimensieloos)
- θ₁
- invalshoek, gemeten t.o.v. de normaal
- θ₂
- brekingshoek
Deze wet — bekend als de wet van Snellius, naar de Nederlandse wiskundige Willebrord Snel van Royen (1591–1626) — bepaalt hoe sterk het licht afbuigt. Hoe groter het verschil in brekingsindex, hoe sterker de afbuiging.
Brekingsindex
De brekingsindex n is de verhouding tussen de lichtsnelheid in vacuüm en de lichtsnelheid in het medium: n = c / v. Hij is altijd groter dan of gelijk aan 1.
| Medium | n (bij 20 °C) |
|---|---|
| Vacuüm | 1,000 |
| Lucht | 1,0003 |
| Water | 1,33 |
| Glas (kroon) | 1,52 |
| Diamant | 2,42 |
Totale reflectie
Wanneer licht van een dichter naar een dunner medium gaat (bijvoorbeeld water naar lucht), wordt de brekingshoek groter dan de invalshoek. Vanaf een bepaalde grenshoek kan het licht het medium niet meer verlaten — al het licht wordt teruggekaatst. Dat heet totale reflectie.
De grenshoek voor water-naar-lucht is ongeveer 48,8°; voor glas-naar-lucht ongeveer 41°. Dit principe ligt aan de basis van glasvezelkabels: licht stuitert door totale reflectie kilometers ver door de vezel, zonder verlies.
Voorbeelden uit het dagelijks leven
- Het rietje in een glas water. Lijkt geknikt op het wateroppervlak doordat het licht van water naar lucht breekt.
- Bril. Lenzen breken het licht zo dat het scherp op het netvlies focusseert.
- Diamanten schitteren. De hoge brekingsindex zorgt voor sterke breking en veel interne totale reflectie — vandaar het levendige spel van licht.
- Glasvezel. Internetverkeer reist via lichtpulsen die door totale reflectie in de vezel worden geleid.
- Fata morgana. Op een hete dag is de luchtlaag vlak boven het asfalt warmer en dus minder dicht. Licht dat schuin naar beneden valt wordt zo sterk gebroken dat het terugbuigt — een spiegelende laag lijkt het wegdek.
Veelgemaakte misverstanden
- "Hoeken meten vanaf het oppervlak." Onjuist. Hoeken worden altijd gemeten ten opzichte van de normaal — de loodrechte lijn op het oppervlak.
- "Licht wordt trager in glas omdat het glas dik is." Het wordt trager omdat de elektronen in het glas wisselwerken met het licht. De snelheid in vacuüm blijft de bovengrens.
- "Totale reflectie betekent dat er helemaal niets door gaat." Klopt voor het hoofddeel van de straal; toch lekt er aan het grensvlak een hele dunne "evanescente" golf weg over enkele golflengtes afstand. Dat speelt geen rol op grote schaal, maar wel in geavanceerde optica.
Verwante begrippen
- Optica — subpillar
- Frequentie — bepaalt mede de brekingsindex
- Amplitude — sterkte van een lichtgolf
- Christiaan Huygens — golftheorie van licht
- Isaac Newton — ontleedde wit licht in een prisma
Veelgestelde vragen
Wat is de wet van Snellius?
De wet van Snellius beschrijft hoe een lichtstraal van richting verandert als hij van het ene medium in het andere overgaat: n₁ · sin(θ₁) = n₂ · sin(θ₂). De wet is genoemd naar de Nederlandse wiskundige Willebrord Snel van Royen, die haar rond 1621 ontdekte.
Waarom lijkt een rietje in water geknikt?
Omdat licht van water (n ≈ 1,33) naar lucht (n ≈ 1,00) overgaat en daarbij van richting verandert. Het rietje zelf is niet geknikt; alleen het beeld dat ons oog ervan ziet is verschoven.
Wat is totale reflectie?
Wanneer licht van een dichter naar een dunner medium gaat en de invalshoek groter is dan de grenshoek, wordt het volledig teruggekaatst — niets gaat door het grensvlak. Glasvezelkabels werken op dit principe.
Waarom splitst wit licht in een prisma?
Verschillende kleuren licht hebben licht verschillende brekingsindices (dispersie). Rood licht breekt minder dan blauw. Daardoor waaiert wit licht in een prisma uit tot een spectrum van regenboogkleuren.