Lenzen

Leerdoelen

•Je kunt uitleggen wat een lens is.

•Je kunt uitleggen wat het verschil is tussen positieve en negatieve lenzen.

•Je kunt uitleggen hoe het licht door een lens beweegt.

•Je kunt licht door een positieve lens tekenen met een brandpunt, voorwerp en beeld.

Wat zijn lenzen?

Lenzen zijn dunne schijfjes van glas of plastic waar licht doorheen breekt. Ze worden gebruikt in allerlei apparaten, zoals brillen, camera's, telescopen en microscopen. Er zijn verschillende soorten lenzen, die elk op een andere manier met licht omgaan. De twee belangrijkste soorten zijn positieve lenzen en negatieve lenzen.

Positieve lenzen: de bolle lenzen

Positieve lenzen worden ook wel bolle lenzen genoemd. Ze zijn in het midden dikker dan aan de randen, waardoor ze een bolle vorm hebben. Het bijzondere aan bolle lenzen is dat ze lichtstralen naar elkaar toe buigen. Dit noemen we convergeren. Als evenwijdige lichtstralen op een bolle lens vallen, komen ze na de lens allemaal samen in één punt. Dit punt heet het brandpunt (F).

Een bolle lens kan een reëel beeld vormen. Dit betekent dat je het beeld echt op een scherm kunt projecteren. Denk maar aan een beamer die een beeld op een muur projecteert; dat is een reëel beeld.

Negatieve lenzen: de holle lenzen

Negatieve lenzen staan ook bekend als holle lenzen. In tegenstelling tot bolle lenzen zijn holle lenzen in het midden dunner dan aan de randen, waardoor ze een holle vorm hebben. Holle lenzen buigen lichtstralen juist uit elkaar. Dit proces heet divergeren. Als evenwijdige lichtstralen op een holle lens vallen, spreiden ze zich na de lens uit.

Omdat holle lenzen het licht uit elkaar buigen, kunnen ze geen reëel beeld vormen. In plaats daarvan vormen ze een virtueel beeld. Een virtueel beeld kun je niet op een scherm projecteren; het lijkt alsof het beeld zich achter de lens bevindt, maar het is niet 'echt' daar.

Licht door een positieve lens tekenen

Het is belangrijk dat je zelf kunt tekenen hoe licht door een lens beweegt. Dit oefenen we alleen met positieve lenzen (bolle lenzen), omdat deze een reëel beeld vormen en de lichtstralen convergeren. Soms krijg je een tekening met een lens, een voorwerp en een brandpunt, en soms moet je zelf een tekening op schaal maken op basis van gegevens. Voor nu gaan we uit van een bestaande tekening.

We gebruiken de volgende symbolen:

•V: Het voorwerp, vaak weergegeven als een pijl.

•F: Het brandpunt, het punt waar evenwijdige lichtstralen samenkomen. Een lens heeft twee brandpunten, één aan elke kant.

•B: Het beeld, het resultaat van de lichtstralen die door de lens zijn gegaan.

Stap 1: de middenstraal

De eerste lichtstraal die je tekent, is de makkelijkste. Deze straal gaat vanaf de bovenkant van het voorwerp (V) recht door het midden van de lens. Deze straal buigt niet af en gaat rechtdoor. Teken deze lijn zo ver mogelijk door. Vergeet niet een pijltje op de lijn te zetten om de richting van het licht aan te geven. Gebruik altijd een geodriehoek voor rechte lijnen!

Stap 2: de hoofdstraal

De tweede lichtstraal begint ook vanaf de bovenkant van het voorwerp (V) en gaat recht vooruit, evenwijdig aan de hoofdas, naar de lens toe. Ook hier zet je een pijltje op de lijn.

Stap 3: door het brandpunt

De lichtstraal die in stap 2 evenwijdig aan de hoofdas op de lens kwam, zal na de lens door het brandpunt (F) aan de andere kant van de lens gaan. Verbind het punt waar de evenwijdige straal de lens raakt met het brandpunt en trek de lijn door. Ook hier weer een pijltje voor de richting.

Stap 4: Het beeld tekenen

Je zult zien dat de twee lichtstralen die je hebt getekend elkaar kruisen. Het punt waar ze elkaar kruisen, is de bovenkant van het beeld (B). Teken het beeld als een pijl vanaf de hoofdas naar dit kruispunt.

Wat kun je zeggen over het beeld dat je nu hebt getekend?

•Het staat op zijn kop.

•Het is kleiner dan het voorwerp.

•Het staat dichter bij de lens dan het voorwerp.

Waarom een vergrootglas vuur kan maken

Nu kunnen we de vraag beantwoorden waarom je met een vergrootglas een berg droge bladeren in brand kunt steken. Een vergrootglas is een voorbeeld van een bolle lens, dus een positieve lens.

Als de zon schijnt, komen de zonnestralen (die van heel ver komen) vrijwel evenwijdig op het vergrootglas. Omdat een bolle lens lichtstralen convergeert, worden al deze evenwijdige zonnestralen gebundeld in één punt: het brandpunt van het vergrootglas.

In dit brandpunt komt alle energie van het zonlicht samen op een heel klein oppervlak. Dit zorgt voor een enorme temperatuurstijging op die plek. Als je het vergrootglas zo houdt dat het brandpunt precies op een droog blaadje valt, wordt dat puntje van het blaadje extreem heet. Samen met de brandstof (de droge blaadjes) en de zuurstof in de lucht is de hoge temperatuur voldoende om een vuur te starten.