1 Lichtbreking. afbeelding schematische tekening van Lichtbreking door een perspex blokje

Transcriptie

1

2 -28 1 Lichtbreking Reigers jagen vaak op vis. Als ze er een zien zwemmen, grijpen ze hem razendsnel. Dat is bijzonder knap, want de vis zwemt niet waar ze hem zien. Hoe zit dat? Breking Je weet dat licht langs rechte lijnen beweegt. Maar als een lichtstraal op het oppervlak van een doorzichtige stof valt, gebeurt er iets bijzonders: het licht verandert van richting. Dit verschijnsel heet Lichtbreking. In de afbeeldingen 1 en 2 zie je enkele effecten die bij lichtbreking optreden. Hoek van inval en van breking Proef 1 In afbeelding 3 is getekend hoe een lichtstraal door een perspex blokje wordt gebroken. Perspex is plastic dat op glas lijkt. Op de plaats waar de lichtstraal op het perspex valt, is de normaal getekend. Dat is de lijn die loodrecht op het perspexoppervlak staat. De hoek tussen de invallende afbeelding 1 lichtstraal en de normaal heet de hoek van inval (Li). De hoek tussen de Dit effect ontstaat door Lichtbreking. gebroken lichtstraal en de normaal heet de hoek van breking (L r). De r van komt van het woord 'refractie', waarin het Latijnse werkwoord frangere ('breken') zit. afbeelding 2 A Zo wordt Licht door een blokje perspex gebroken (en voor een deel gereflecteerd). normaal perspex Als lichtstralen van lucht naar perspex gaan, worden ze naar de normaal toe gebroken: L r is dan altijd kleiner dan Li. Dat geldt trouwens niet alleen voor perspex, maar voor elke stof die dichter is dan lucht en waar licht doorheen kan. Deze stoffen hebben een grotere optische dichtheid dan lucht. Als lichtstralen van perspex naar lucht gaan, worden ze van de normaal af gebroken: Lr is dan altijd groter dan Li. Lichtstralen die loodrecht op het perspex vallen, veranderen niet van richting en gaan rechtdoor. afbeelding schematische tekening van Lichtbreking door een perspex blokje

3 -29 Het verband tussen Lien Lr Proef 2 In afbeelding 4 zie je hoe een Lichtstraal door een halfronde perspex schijf wordt gebroken. De lichtstraal verandert alleen van richting als hij het stuk perspex binnenkomt. Bij de ronde kant van het stuk perspex komt de lichtstraal weer in de lucht, maar wordt dan niet gebroken. Op de gradenboog (blauw-wit) kun je de hoek van inval en de bijbehorende hoek van breking aflezen. Op die manier is tabel 1 gemaakt. Je kunt de lichtstraal ook eerst op de ronde kant van de perspex schijf laten vallen (afbeelding 5). In dat geval wordt de lichtstraal alleen gebroken als hij het stuk perspex weer verlaat. Ook nu kun je weer een aantal keren Li en L r meten. De meetresultaten staan in tabel 2. Wat opvalt, is de omkeerbaarheid van de breking: de hoek van inval in tabel 1 is de hoek van breking in tabel 2. T tabel 1 L Î en ä bij lichtbreking van lucht naar perspex L Î ,9,t_r À. afbeelding 4 Zo kun je het verband bepalen tussen L.i en L r bij de overgang van lucht naar perspex. T tabel 2 Li en ä bij lichtbreking van perspex naar lucht L Î L r 7, À. afbeelding 5 Zo kun je het verband bepalen tussen L Î en L.r bij de overgang van perspex naar lucht. De gebroken lichtstraal tekenen Je kunt met een grafiek het verband tussen Lien Lr weergeven. Als een lichtstraal van lucht naar perspex gaat, moet je Li opzoeken langs de horizontale as. Je vindt Lr dan langs de verticale as. Als de lichtstraal van perspex naar lucht gaat, moet je Li opzoeken langs de verticale as. Je vindt Lr dan langs de horizontale as.

4 = - grensvlak grensvlak A normaal tekenen grensvlak grensvlak afbeelding 6.,. Zo teken je een gebroken lichtstraal. B hoek i aflezen C, D, E hoe k afpassen Met behulp van deze grafiek kun je tekenen hoe een lichtstraal door een perspex voorwerp wordt gebroken (afbeelding 6): A Teken de normaal. B Meet de hoek van inval. C Zoek in de grafiek de bijbehorende hoek van breking op. D Pas de hoek van breking af. E Teken de gebroken lichtstraal. Je mag de genoemde grafiek alleen gebruiken als het licht door een voorwerp van perspex wordt gebroken. Als het voorwerp van een andere doorzichtige stof is gemaakt, zullen lichtstralen sterker of minder sterk worden gebroken. De brekingswet van Snellius Als je L.i en L.r tegen elkaar uitzet in een diagram, is de grafiek geen rechte lijn door de oorsprong. Er is dus geen recht evenredig verband tussen L.i en L.r. Er blijkt wel een recht evenredig verband te zijn tussen sin i en sin r. Als er zo'n verband is tussen twee grootheden A en B, dan is de verhouding tussen A en B altijd hetzelfde getal. In dit geval wordt de formule: sin; --= n sin r -30 Dit verband is in de zestiende eeuw ontdekt door de Nederlander Willebrord Snellius (eigenlijk heette hij Snel van Royen, maar een verlatijnste naam was destijds gebruikelijk bij geleerden). Hij wordt ook wel de brekingswet van Snellius genoemd. Het getal n wordt de brekingsindex genoemd. Elke

5 !::: go doorzichtige stof heeft een eigen brekingsindex (tabel 3). Hoe groter de brekingsindex is, des te sterker wordt het licht gebroken. Met de wet van Snellius kun je bij elke L.i de bijbehorende L r berekenen (en omgekeerd). Je ziet in tabel 3 dat n altijd groter is dan 1. Dus sin i is altijd groter dan sin ren dus is L.i altijd groter dan L.r. Dat is alleen het geval bij de overgang van lucht naar een stof met een grotere optische dichtheid. Als de lichtstraal de andere kant op gaat, dan geldt de volgende formule: sin i 1 sin r n T tabel 3 de brekingsind ex va n enkele doorzichtige stoffen stof brekingsindex n diamant 2,4 glas 1,5 ijs 1,3 perspex 1,5 alcohol 1,36 petroleum 1,45 water 1,33 norm aa l Voorbeeld Hoe wordt de lichtstraal gebroken in afbeelding 7? Teken eerst de normaal. Meet L.i op: L.i = 40 Zoek de brekingsindex op: n = 1,5 glas sin i sin 40 sin r = -- = --- 0, n 1,5 À afbeelding 7 Hoe groot is hoe k r? Met de toets voor de inverse van sinus op je rekenmachine vind je: L.r "' 25 IJ Maak nu de opgaven. De grenshoek kan als volgt worden berekend: als, Plus Li = Lig, dan is L.r = 90 De grenshoek (zie afbeelding 8). Neem de overgang van glas naar lucht. À afbeelding 8 Als je dit invult in de wet van de grenshoek va n glas Snellius, dan volgt: Je hebt gelezen dat bij de overgang van een optisch dichtere stof naar lucht, de hoek van breking L.r altijd groter is dan de hoek van inval L.i. Maar L.r kan nooit groter worden dan 90. De waarde van Li waarbij Lr = 90, wordt de grenshoek genoemd. Je duidt deze hoek aan met Lig. Zodra de hoek van inval groter is dan de grenshoek, zullen lichtstralen niet worden gebroken, maar terugkaatsen aan het grensvlak. Er treedt dan totale reflectie op. sin ig = -- ~ sin ig = 0,67 ~ sin 90 1,5 Lig = sin- 1 (0,67) = 42 glas -31

6 -32 2 De lens Bij brildragers zie je soms de ogen verkleind en soms de ogen vergroot. Hoe kan dat? een positieve lens een negatieve lens afbeelding 9 de doorsnede va n een positieve en een negatieve lens Soorten lenzen Lenzen zijn geslepen stukken glas of perspex. Het woord lens betekende in het Latijn 'linze', een soort platte erwt. In feite is het halfronde stuk perspex uit afbeelding 4 en 5 ook een lens. Je kunt lenzen in twee groepen verdelen: lenzen kunnen positief zijn of negatief. Positieve lenzen zijn in het midden dikker dan aan de rand. Negatieve lenzen zijn in het midden dunner dan aan de rand (afbeelding 9). Positieve, of bolle, lenzen werken convergerend : je noemt dit een convergerende werking. In afbeelding 10 zie je dat getekend: een evenwijdige lichtbundel wordt convergent en het divergente licht (van bijvoorbeeld een lampje) wordt minder divergent, evenwijdig of zelfs convergent. De convergerende werking van een positieve lens wordt gebruikt in het fototoestel. Negatieve, of holle, lenzen werken divergerend: een evenwijdige bundel wordt divergent. Een divergente bundel wordt nog sterker divergent (afbeelding 11). Negatieve lenzen met hun divergerende werking worden daarom niet gebruikt voor een fototoestel, maar bijvoorbeeld wel voor brillen (zie paragraaf 4). afbeelding 10 convergerende we rking

7 - & afbeelding 11 divergerende werking & afbeelding 12 een vereenvoudigde voorstelling van een lens Lenzen en lichtbreking Je kunt de convergerende werking van een positieve lens als volgt verklaren: als een lichtstraal door de lens valt, wordt hij tweemaal gebroken. Je kunt dat beter begrijpen als je je kunt voorstellen dat een lens als het ware is opgebouwd uit prisma's. In een prisma wordt een lichtstraal gebroken. In afbeelding 12 zie je hoe een 'lens' die deels is opgebouwd uit prisma's, het licht breekt. Elk stukje glas breekt het licht dat erop valt, in een bepaalde richting. Samen breken ze het licht naar één punt. Het fototoestel Proef 3 Een fototoestel is een lichtdichte doos voor het maken van beelden. 'Foto' komt van het Griekse woord photos, de tweede naamval van phos = 'licht'. De beelden zijn bij het maken van foto's vaak veel kleiner dan de voorwerpen die worden gefotografeerd. Daarom wordt een lens gebruikt. In afbeelding 13 zie je zo'n fototoestel. Op de plaats waar het beeld wordt gevormd, bevindt zich bij digitale toestellen een beeldvormende chip en bij 'ouderwetse' (analoge) toestellen een lichtgevoelige film. De sluiter van het fototoestel is meestal dicht: er valt dan geen licht op de chip of film. Alleen als de ontspanknop wordt ingedrukt, gaat de sluiter even open en wordt er een foto gemaakt. Vlak voor de lens bevindt zich nog een verstelbare opening: het diafragma (dia betekent in het Grieks 'in twee delen uiteen'). Hoe verder het diafragma openstaat, des te meer licht valt er door de lens. elektronica chip lcd-scherm (zoeker) & afbeelding 13 Zo is een fototoestel gebouwd. -33

8 afbeelding 14 Zo maakt een positieve lens een beeld. Beelden maken met een fototoestel De (positieve) lens van een fototoestel wordt het objectief genoemd. Dankzij die lens kun je beelden maken die tegelijk scherp én Lichtsterk zijn. Een lichtsterk beeld is een beeld dat door een voldoende hoeveelheid licht wordt gevormd en daardoor goed zichtbaar is. In afbeelding 14 zie je hoe zo'n lens een beeld maakt. Vanuit elk punt van het voorwerp valt een divergente lichtbundel op de lens. De lens maakt van een divergente lichtbundel een convergente lichtbundel. De chip (of de film) moet precies op de plaats staan waar de lichtstralen bij elkaar komen. Op die manier wordt elk punt van het voorwerp ook weer als een punt ( dus scherp) afgebeeld. Je moet ervoor zorgen dat de afstand tussen lens en chip (of film) precies goed is. In het beeld zijn links en rechts, en onder en boven verwisseld (ten opzichte van het voorwerp). IJ Maak nu de opgaven. Plus Fresnellenzen Bij fotografie en bij de lichttechniek in filmstudio's worden onder andere fresnel-spotlights gebruikt voor de verlichting (afbeelding 15). Dit zijn sterke lampen waarvan de lichtbundel kan worden geregeld door de lens die voor de lamp zit. Deze lens is een fresnellens. Een fresnellens is geen massieve lens, maar een lens opgebouwd uit ringen glas of perspex. Elke ring is een stukje van een positieve lens (afbeelding 16). Een fresnellens is door zijn bouw veel lichter en dunner dan een identieke massieve lens. Door de lens (of de lamp) te verschuiven kan een brede divergente bundel worden gemaakt om het gehele podium te verlichten, maar ook een smalle bundel om iemand in het spotlight te zetten. Fresnellenzen vind je ook in vuurtorens en op de achterruit van auto's. -34 À afbeelding 15 een Fresnel spotlight ~ j ~ j À afbeelding 16 Zo ziet een fresnellens er in doorsnede uit.

9 3 Rekenen aan lenzen Het brandpunt is een belangrijke eigenschap van een lens. Waar zou die naam vandaan komen? Brandpunt Proef 4 In afbeelding 17 en 18 wordt een positieve lens gebruikt als brandglas. Een evenwijdige lichtbundel valt op de lens en alle lichtstralen komen achter de lens samen in één punt. Dat punt heet het brandpunt. Een voorwerp in zo'n brandpunt kan door de bundeling van het zonlicht erg heet worden; vandaar de naam. In tekeningen zet je bij het brandpunt de letter F (van focus, het Latijnse woord voor 'haard, vuur, gloed'). Het brandpunt ligt op de hoofdas van de lens. Dat is de lijn die door het midden van de lens gaat en loodrecht op de lens staat. De afstand tussen het midden O van de lens en het brandpunt F heet de brandpuntsafstand f. Hoe kleiner de brandpuntsafstand is, des te sterker is de lens. De brandpuntsafstand bepaalt hoe sterk een lens is..& afbeelding 17 de Lens als brandglas brandpuntsafstand f... afbeelding 18 de stralengang door een positieve Lens Projectoren Positieve lenzen kom je ook tegen in projectoren. Denk bijvoorbeeld aan de beamer. De lens in de projector beeldt een voorwerp af op een scherm. Die afbeelding heet het beeld. Bij een beamer is het voorwerp een afbeelding op een lcd (liquid crystal display). Dat is in feite een televisieschermpje. Het beeld is wat de toeschouwers zien op het projectiescherm. -35

10 -36 afbeelding 19 ~ de stralengang door een beamer De Lens van een projector doet hetzelfde als de lens van een fototoestel (afbeelding 19), alleen is het beeld nu groter dan het voorwerp. Lichtstralen uit één punt van het voorwerp worden door de lens ook weer naar één punt toe gebroken. Het scherm moet precies op de plaats staan waar de lichtstralen bij elkaar komen. Alleen dan zie je op het scherm een scherp beeld. Als we het in dit hoofdstuk over het beeld hebben, dan bedoelen we altijd het scherpe beeld. De afstand tussen de lens en het voorwerp heet de voorwerpsafstand v. De afstand tussen de lens en het beeld wordt de beeldafstand b genoemd. De lenzenformule Proef 5 en 6 Als je een voorwerp op een afstand v voor een lens zet, dan blijkt er maar één afstand b te zijn waarbij een scherp beeld ontstaat op een projectiescherm. Er is dus een verband tussen v en b. Dat verband blijkt echter voor elke lens weer anders te zijn. Blijkbaar komtf ook in het verband voor. lamp voorwerpsafstand 1 beeldafstand afbeelding 20 ~ een opstelling voor het afleiden van de lenzenformule cm-verdeling

11 -37 - Je kunt het verband tussen b, v en f onderzoeken met de opstelling van afbeelding 20. Deze opstelling heet een optische bank ('optis ch' komt va n het Griekse optas= 'gezien' en van ops = 'oog'). De dia is hier het voo r werp. De lens maakt een beeld van de dia op het scherm. Door de lens te verschuiven, verander je ven b. Uit dergelijke proeven blijkt dat voor v, b en f de volgende formule geldt: BASISSTOF Hoofdst uk 2 Licht = V b f Deze formule wordt de Lenzenformule genoemd. Als van de drie grootheden v, b en f er twee bekend zijn, kun je de derde uitrekenen. Zorg er wel voor dat je voor alle drie dezelfde eenheid neemt, bijvoorbeeld de centimeter. Voorbeeld In de beamer van lokaal 2.03 is de afstand tussen het lcd-schermpje en de lens 11 cm. De lens heeft een brandpuntsafstand van 10 cm. Op welke afstand moet de beamer van het projectiescherm worden geplaatst? Je kunt de beeldafstand als volgt berekenen: formule opschrijven: +- V b f formule invullen: b naar de andere kant brengen: - b breuken gelijknamig maken: b omkeren: b =-- = 110 cm 1 De afstand tussen de lens en de muur moet dus 110 cm zijn. Je kunt deze berekening ook met je rekenmachine uitvoeren. Gebruik daarbij de toets 1/x of x- 1 ~ Maak nu de opgaven.

12 -38 Plus De gaatjescamera - Je kunt ook lichtbeelden maken zonder lens. Dat kan met behulp van een gaatjescamera (pinhole camera). Het principe van deze camera werd al in de middeleeuwen gebruikt door schilders. In hun camera obscura ('donkere kamer') konden zij beelden van buiten door een gaatje in een van de wanden op een schildersdoek in de kamer projecteren (afbeelding 21). In afbeelding 22 is een gaatjescamera getekend. In de voorkant van een doos is een klein gaatje geprikt. In de achterwand van de doos is een doorzichtig scherm aangebracht. In de tekening zie je hoe een beeld ontstaat. In het beeld zijn onder en boven, en links en rechts verwisseld. Een gaatjescamera maakt een beeld dat erg lichtzwak is. Door het gaatje kan immers maar heel weinig licht in de doos vallen.. -~ ---=,---_: -_;-_:. ; ~ ~ ~,,,;o À afbeelding 21 een camera obscura À afbeelding 22 hoe kleiner het gaatje, des te lichtzwakker - maar ook scherper - het beeld

13 -39-4 Lichtstralen tekenen Petra heeft een mobieltje met een lens. Ze kan daarmee foto's van haar vakantie in Parijs naar huis sturen. Maar hoe kan de Eiffeltoren door zo'n klein lensje worden afgebeeld? Constructiestralen In afbeelding 23 zie je hoe het licht van een lampje L op een positieve lens valt. In de lichtbundel zijn twee lichtstralen speciaal aangegeven. Van deze twee lichtstralen is altijd precies bekend hoe ze na het passeren van de lens verder lopen: - Lichtstraal 1 gaat door het midden van de lens en verandert niet van richting. - Lichtstraal 2 loopt vóór de lens evenwijdig aan de hoofdas. Na de lens gaat deze lichtstraal door het brandpunt van de lens. Met gebruik van deze regels kun je voor elke lichtstraal die op een lens valt, bepalen hoe hij door de lens wordt gebroken. Je kunt zo ook de plaats van het beeld bepalen. Op de plaats waar de lichtstralen vanuit een punt van het voorwerp samenkomen achter de lens, bevindt zich het beeld van dat punt. Je kunt de twee lichtstralen 1 en 2 dus gebruiken om de plaats van het beeld te 'construeren'. Daarom worden ze ook wel constructiestralen genoemd. + + hoofdas hoofdas + +.,.. afbeelding 23 constructiestralen

14 -40 De plaats van het beeld tekenen Met behulp van de constructiestralen kun je het beeld tekenen van een voorwerp dat vóór een lens staat. Dat doe je zo (afbeelding 24): + afbeelding 24..,.. Zo teken je de plaats van het beeld. L2ó--== ~ 1 Teken de hoofdas van de lens en geef de twee brandpunten aan. 2 Geef in de tekening de twee uiterste punten van het voorwerp aan. Noem deze punten L 1 en L 2 3 Bepaal met behulp van de constructiestralen de plaats van de beide beeldpunten. Het beeldpunt van L 1 noem je B 1 en het beeldpunt van L 2 noem je B 2 4 Teken het beeld tussen B 1 en B 2 Soms is het voorwerp groter dan de lens. In dat geval mag je in de tekening de lens naar boven en onder denkbeeldig verlengen. Je kunt dan gewoon de constructiestralen gebruiken om de plaats van het beeld te vinden. Als L 1 op de hoofdas ligt, construeer je alleen het beeld van L 2 Daarna teken je 8 1 recht boven of onder B 2 op de hoofdas van de lens. De vergroting berekenen Als je de afmetingen van het voorwerp en van het beeld kent, kun je de vergroting N berekenen: + N = lengte beeld Lengte voorwerp b Je moet daarbij voor beide lengtes dezelfde eenheid nemen. N kan ook kleiner zijn dan 1. In het dagelijks leven spreek je dan van een verkleining, maar in de natuurkunde heet N altijd de vergroting. V Uit afbeelding 25 kun je afleiden dat voor de vergroting ook geldt: afbeelding 25 & hulpmiddel voor het afleiden van een formule voor de vergroting b N = V Deze formule gebruik je vaak in combinatie met de lenzenformule.

15 -41 Voorbeeld Lees nog eens het voorbeeld aan het einde van paragraaf 3 over de beamer. Bereken hoeveel keer het plaatje op het lcd-schermpje wordt vergroot. b = 110 cm ( berekend met de lenzenformule) v = 11 cm b 110 N = - = -- = 10 V 11 IJ Maak nu de opgaven. Plus Virtueel beeld Een loep is een positieve lens die je vlak bij een voorwerp houdt (afbeelding 26). Je ziet dan een beeld dat groter is dan het voorwerp, maar er is iets raars met dat beeld. Het lijkt aan dezelfde kant van de lens te zitten als het voorwerp. Je kunt dit beeld niet afbeelden op een projectiescherm en daarom heet het virtueel. Er ontstaat een virtueel beeld als v kleiner is dan f. Als je dan gaat rekenen met de lenzenformule, zul je voor b een negatief getal vinden! Ook een virtueel beeld kun je construeren met behulp van de al genoemde constructiestralen. Ä afbeelding 26 een loep

16 - 5 Oog en bril Kees wil de kleine lettertjes in de krant lezen. Hij zet daarbij zijn bril af om ze beter te kunnen zien. Hoe kan dat? Het oog In afbeelding 27 is een oog in doorsnede getekend. Als er licht op het oog terechtkomt, passeert het achtereenvolgens: - het hoornvlies; - de voorste oogkamer; - de pupil (een opening in de iris); - de ooglens; - het glasachtig Lichaam. hoornvlies..,.:"<c--- - horde oogvlies o-lllk'<-- --glasachtig lichaam netvlies afbeelding 27 ~ een doorsnede van het oog blinde vlek oogzenuw Ten slotte komt het licht op het netvlies terecht. Het netvlies bevat een groot aantal lichtgevoelige zintuigcellen. Als er licht op deze zintuigcellen valt, geven ze elektrische impulsen af. Deze impulsen worden door de oogzenuw doorgegeven aan de hersenen. Pas als je hersenen die impulsen ontvangen, zie je iets. netvlies lens -42 afbeelding 28 ~ de beeldvorming in het oog

17 - De werking van het oog In afbeelding 28 zie je wat er in een oog gebeurt als je ergens naar kijkt. Op het netvlies ontstaat een beeld van het voorwerp dat voor het oog aanwezig is. Het beeld staat op zijn kop en is sterk verkleind. Het licht dat in het oog terechtkomt, wordt verschillende keren gebroken: eerst door het hoornvlies, daarna door de ooglens en ten slotte door het glasachtig lichaam. De combinatie hoornvlies-ooglens-glasachtig lichaam heeft dezelfde werking als één positieve lens: het licht wordt zo gebroken dat er op het netvlies een scherp beeld ontstaat. De afstand tussen ooglens en netvlies kan niet veranderd worden: de beeldafstand is altijd even groot (ongeveer 17 mm). De hoeveelheid licht die op je netvlies valt, wordt geregeld door de iris (net als het diafragma van een fototoestel). Als er fel licht op het oog valt, is de pupil klein. In zwak licht is de pupil groot (afbeelding 29). <1111 afbeelding 29 De grootte van de pupil kan veranderen. Accommoderen Proef 7 Een ooglens is een bijzondere lens. Rond de ooglens ligt een kring van spiertjes. Deze spiertjes kunnen de ooglens platter en boller maken. Je zegt dat het oog dan accommodeert (accommoderen komt van het Latijnse ad en com, en modus= 'maat'). Als je de ooglens boller maakt, wordt hij sterker. Maak je hem platter, dan wordt hij minder sterk (afbeelding 30). Als je naar een voorwerp in de verte kijkt, is de ooglens vrij plat. Het licht dat in het oog valt, divergeert nauwelijks. Daarom hoeft de lens niet erg sterk te zijn om het voorwerp scherp af te beelden. Als je naar een voorwerp kijkt dat vlakbij is, bijvoorbeeld tijdens het lezen van een boek, is de ooglens veel boller. De lichtbundel die op het oog valt, is sterk divergent. De lens moet dan vrij sterk zijn om die lichtstralen weer te laten convergeren, zodat er een beeld op het netvlies ontstaat. Brillen Helaas werken ogen niet altijd optimaal. Mensen zijn soms bijziend, verziend of oudziend. Als je bijziend bent, zijn je ooglenzen te sterk of is de afstand tussen het hoornvlies en het netvlies te groot. Voorwerpen die wat verder weg zijn, kun je dan niet goed zien. In afbeelding 31 zie je hoe dat komt: de ooglens vormt het beeld van zo'n voorwerp niet óp, maar vóór het netvlies. Iemand die bijziend is, heeft een bril met negatieve lenzen nodig. Het licht wordt dan (in totaal) minder sterk gebroken. À afbeelding 30 het accommoderen van je oog À afbeelding 31 Bijziendheid wordt gecorrigeerd met een negatieve lens. -43

18 À afbeelding 32 Verziendheid wo rdt gecorrigeerd met een posi tieve lens. Als je verziend bent, zijn je ooglenzen te zwak (of is je oogas te kort). Voorwerpen die vlakbij zijn, kun je dan niet goed zien. In afbeelding 32 zie je hoe dat komt: de ooglens kan niet voldoende accommoderen en breekt de invallende lichtstralen niet genoeg om een scherp beeld op het netvlies te laten ontstaan. Als je in de verte wilt kijken, moeten je ooglenzen voortdurend accommoderen. Dat is nogal vermoeiend. Iemand die verziend is, heeft een bril met positieve glazen nodig. Het licht wordt dan (in totaal) sterker gebroken. Oudere mensen dragen vaak een leesbril, omdat ze oudziend zijn. Hun accommodatievermogen is afgenomen. Net als bij verzienden is het oog dan niet meer in staat de ooglens voldoende bol te maken. Daardoor kunnen oudere mensen niet meer van dichtbij scherp zien en hebben ze de hulp nodig van een bril met positieve glazen. Zo'n bril wordt ook wel een leesbril genoemd. Dioptrie Een oogarts en een opticien gebruiken de eenheid dioptrie (dpt) om de sterkte S van brillenglazen aan te geven. Je kunt de sterkte van een lens (in dioptrie) als volgt bepalen: 1 Reken, indien nodig, de waarde van de brandpuntsafstand J om in m. 2 Reken dan uit: 1 / f. 3 Het getal dat je vindt, is de lenssterkte in dpt. In formule: s = 1 f Een brillenglas met een lenssterkte van +2 dpt heeft dus een brandpuntsafstand van 50 cm. À afbeelding 33 De 'lenzen' va n de derdewereldbril hebben een speciale vorm en kunnen over elkaar heen schuiven. IJ Maak nu de opgaven. Plus Een instelbare bril Veel mensen in arme landen kunnen zich geen bril permitteren. Daardoor kunnen schoolkinderen bijvoorbeeld niet goed hun lessen volgen. Een zogenoemde multifocale bril kunnen arme mensen al helemaal niet betalen. Dat is een bril waarin lenzen van verschillende sterkte gecombineerd zijn. Daardoor kun je er zowel veraf als dichtbij scherp mee zien. -44 Een Nederlandse natuurkundige bedacht een bril waarvan je de sterkte kunt variëren tussen -6 en +3. Bovendien kan deze bril voor nog geen euro worden gemaakt! Het geheim achter de variabele sterkte is eigenlijk simpel: in elk glas kan men twee plastic 1enzen' over elkaar heen schuiven (afbeelding 33). Elke 'lens' bestaat uit een positief en een negatief deel. De juffrouw op school kan heel eenvoudig voor elk slechtziend kind de bril instellen. En 's avonds kan opa de krant ermee lezen.

19 -EXTRA 7 Digitale camera niet meer weg te denken In de laatste twintig jaar heeft er een grote doorbraak plaatsgevonden op het gebied van audio en video: de analoge techniek heeft plaatsgemaakt voor de digitale. Een van de uitgesproken voorbeelden daarvan is de digitale camera. De werking van de conventionele camera hangt alleen af van chemische en mechanische processen, terwijl het bij de digitale camera met name draait om het elektronische beeldverwerkingsysteem. In dit artikel gaan we nader in op het digitale aspect van de fotografie. afbeelding 34..,. fotograferen met een digitale camera Beeldvormende chip In de digitale camera (afbeelding 34) wordt het voorwerp door de lens afgebeeld op een beeldvormende chip of eed ( charge-coupled device). Deze chip kan per toestel sterk in grootte variëren, maar is in de regel ongeveer 12 bij 18 mm groot (afbeelding 35). Als er een lichtbeeld op de chip wordt gevormd, legt de chip het beeld vast met een groot aantal beeldpunten, pixels genaamd. Een miljoen beeldpunten wordt aangeduid met 1 megapixel. De signalen van alle beeldpunten worden in een geheugen opgeslagen. Resolutie Het kleinste detail dat een camera kan vastleggen, wordt de resolutie genoemd. De resolutie hangt af van het aantal pixels. De huidige standaard is ongeveer 4 megapixel (2240 x 1680 pixels). Een veel -46 hogere resolutie is niet zo zinvol, omdat de kwaliteit van de lens dan de beperkende factor is. Hoe hoger de resolutie is, des te beter zijn de mogelijkheden om de opname zonder kwaliteitsverlies groot af te drukken op een inkjetprinter. Sensoren zijn kleurenblind Kleuren fotograferen De sensoren van de beeldvormende chip zijn kleurenblind. Dat wil zeggen dat ze niet kunnen zien welke kleur licht ze waarnemen. Een van de manieren om dat op te lossen, is gebruik te maken van filters. Een draaibare filterhouder bevat drie filters in de primaire kleuren rood, groen en blauw (afbeelding 36). Zodra de ontspanknop wordt ingedrukt, neemt het À afbeelding 35 de chip toestel vlak na elkaar drie foto's: via het rode, groene en blauwe filter. Door de drie beelden na afloop te combineren komt het oorspronkelijke kleurenbeeld weer tevoorschijn. Het is in principe mogelijk om met de drie primaire kleuren rood, blauw en groen alle andere kleuren weer te geven. Dat heet additieve kleurmenging. Een nadeel van de hierboven beschreven techniek is dat het tijd

20 - EXTRA afbeelding 36 de draaibare filterhouder kost om alle drie kleurenopnamen te maken. Bij de nieuwste toestellen heeft men manieren bedacht om met een permanent filter en een flinke dosis computerbewerking toch het gewenste effect te krijgen. Digitale spiegelreflexcamera's zijn populair Sluitertijd en diafragma De digitale camera moet de hoeveelheid licht kunnen regelen die op de chip valt. De camera heeft twee mogelijkheden om dat te doen: - door het regelen van het diafragma. Het diafragma is een verstelbare opening voor de lens. Hiermee kan de hoeveelheid licht worden geregeld die op de chip valt. In de meeste digitale camera's gebeurt dat regelen automatisch. - door het regelen van de sluitertijd. De sluiter regelt de belichtingstijd. Beide processen vinden samen plaats om ervoor te zorgen dat de chip de juiste hoeveelheid licht krijgt. Populair bij fotografen zijn de digitale spiegelreflexcamera's. Het beeld in deze camera's wordt gevormd op een chip van 2,4 bij 3,6 cm, maar sluitertijd, diafragmaopening en beeldscherpte kunnen door de fotograaf met de hand worden ingesteld. Het te fotograferen voorwerp kan met een spiegel via de lens worden bekeken. Brandpuntsafstand De meeste digitale camera's gebruiken technieken voor automatische focusing om een scherp beeld op de chip te krijgen. Een sensor meet de voorwerpsafstand en de lens wordt automatisch zo ver van de chip gezet dat er een scherp beeld ontstaat. Omdat de chip van de digitale camera over het algemeen klein is, is de brandpuntsafstand ook klein. Zo is de brandpuntsafstand van de camera in een mobieltje ongeveer 5 mm. Meteen feedback over wat je fotografeert Beelden opslaan De meeste digitale camera's hebben aan de achterzijde een lcdscherm, waarop de te maken en gemaakte opname kan worden bekeken. Dat is een van de grote voordelen van de camera: je krijgt onmiddellijk feedback over wat je fotografeert. Je wilt natuurlijk niet alleen de opname op de camera bekijken, maar ook op bijvoorbeeld een pc. Het op de chip gevormde beeld wordt pixel voor pixel ( drie voor elke kleur) opgeslagen op een geheugenkaart. Met een kabeltje kunnen de gegevens naar de computer worden getransporteerd, en vervolgens naar een printer, dvd of harde schijf worden doorgestuurd. Met speciale software kun je foto's digitaal bewerken. Vrij naar: HowStuffWorks ~ Maak nu de opgaven.