Hoe worden lichtstralen getekend en wat geven de pijlen daarin aan?
Leerdoelen
•Je kunt uitleggen hoe lichtstralen door een vlakke spiegel worden teruggekaatst.
•Je kunt de spiegelwet formuleren.
•Je kunt de terugkaatsing van een lichtstraal zelf tekenen.
•Je kunt een spiegelbeeld tekenen.
Lichtstralen
Om te begrijpen hoe spiegels werken, moeten we eerst weten hoe we lichtstralen tekenen. Lichtstralen worden altijd getekend als rechte lijnen, bijvoorbeeld met behulp van een geodriehoek. Het is heel belangrijk om een pijl in de lijn te zetten, want deze pijl geeft de richting waarin het licht beweegt. Als een lichtstraal naar links gaat, wijst de pijl naar links; gaat een lichtstraal naar rechts, wijst de pijl naar rechts.
Bij een spiegel zien we altijd twee soorten lichtstralen:
•Een lichtstraal die naar de spiegel toe gaat (met de pijl naar de spiegel).
•Een lichtstraal die van de spiegel af gaat (met de pijl van de spiegel af).
Dit komt omdat spiegels licht terugkaatsen tegen hun spiegelende oppervlak. De lichtstraal komt aan en gaat vervolgens weer weg.
De spiegelwet voor vlakke spiegels
De manier waarop licht wordt teruggekaatst door een spiegel is niet willekeurig. Er is een vaste regel, de spiegelwet, die geldt voor vlakke spiegels en zegt:
•De hoek van inval is gelijk aan de hoek van terugkaatsing.
Wat betekent dit precies?
•De hoek van inval is de hoek waarmee een lichtstraal op de spiegel komt.
•De hoek van terugkaatsing is de hoek waarmee diezelfde lichtstraal weer van de spiegel weggaat.
Deze hoeken worden vaak aangegeven met het speciale symbool 'theta'\left(\theta\right)\left(\right)\left(\right)\left(\right)\left(\right)\left(\right).
Zelf terugkaatsing tekenen
Op een toets of in een oefening zul je vaak een spiegel en een invallende lichtstraal krijgen en dan is het aan jou om de teruggekaatste lichtstraal te tekenen:
1. Pak je geodriehoek. Lichtstralen zijn rechte lijnen en hoeken meet je met je geodriehoek.
2. Teken de normaal.
•De normaal is een denkbeeldige lijn (een hulpmiddel) die loodrecht op de spiegel staat. Je tekent hem met een stippellijntje, omdat hij niet echt bestaat.
•Leg de middellijn (de streepjes in het midden) van je geodriehoek precies op de spiegel.
•Zorg ervoor dat de nul van je geodriehoek precies op het punt ligt waar de invallende lichtstraal de spiegel raakt.
•Teken nu een stippellijntje recht omhoog vanaf de spiegel langs de geodriehoek; dit is de normaal.
3. Meet de hoek van inval.
•Draai je geodriehoek nu zodat de middellijn (de 90-gradenlijn) op de getekende normaal ligt.
•De nul van je geodriehoek moet nog steeds op het punt liggen waar de lichtstraal de spiegel raakt.
•Meet de hoek tussen de normaal en de invallende lichtstraal. Dit is de hoek van inval. Tel de streepjes van je geodriehoek af vanaf de nullijn van de gradenboog.
•Je kan ook een koershoekmeter gebruiken om hoeken te meten, maar je moet de lijnen nog steeds met een geodriehoek tekenen.
4. Bepaal de hoek van terugkaatsing en teken de straal.
•Volgens de spiegelwet is de hoek van terugkaatsing gelijk aan de hoek van inval. Meet daarom dezelfde hoek aan de andere kant van de normaal.
•Zet een klein stipje bij het aantal graden dat je hebt gemeten.
•Gebruik je geodriehoek om een rechte lijn te trekken van het punt van inval (waar de normaal en de lichtstraal samenkomen) naar het stipje dat je net hebt gezet.
•Zet een pijl in deze nieuwe lijn, wijzend van de spiegel af. Dit is de teruggekaatste lichtstraal.
Dit stappenplan werkt niet alleen voor één lichtstraal, maar ook als er twee, drie of meer lichtstralen op de spiegel vallen. Voor elke straal voer je steeds hetzelfde stappenplan uit.
Spiegelbeelden
Wanneer je in een spiegel kijkt, zie je een spiegelbeeld. Dit spiegelbeeld ontstaat doordat lichtstralen van jou (het voorwerp) naar de spiegel gaan, en vervolgens van de spiegel weer terugkaatsen naar jouw oog. We passen hier dus eigenlijk meerdere keren de spiegelwet toe.
Reële en virtuele beelden
Er zijn twee soorten beelden die kunnen ontstaan door licht:
•Een reëel beeld is een beeld dat je niet alleen kunt zien, maar ook kunt opvangen op een scherm of een ander oppervlak. Als je er een vel papier voor houdt, zou je het beeld erop zien (een soort kopie).
•Een virtueel beeld kun je wel zien, maar je kunt het niet opvangen op een scherm. Als je een blaadje voor je gezicht zou houden terwijl je in de spiegel kijkt, zie je niet je gezicht op het blaadje, maar het blaadje zelf in de spiegel. Het beeld dat we in een spiegel zien, is dus een virtueel beeld. Het 'bestaat' eigenlijk niet echt achter de spiegel, maar we zien het alleen omdat het licht op een bepaalde manier naar onze ogen wordt teruggekaatst.
Een belangrijk kenmerk van een spiegelbeeld in een vlakke spiegel is dat het even ver achter de spiegel lijkt te staan als het voorwerp ervoor. Dit is waarom wij dat spiegelbeeld zo goed en herkenbaar waarnemen.
