Light is the messenger of the universe.
Albert Einstein
Eerlijk gezegd is het best bijzonder dat je in een spiegel kunt kijken en in het glas een beeld van jezelf ziet, via weerkaatsing en lichtreflectie. Het is zó ongelooflijk helder, afhankelijk van de kwaliteit van de spiegel natuurlijk, waarbij al onze kenmerken en details zo scherp zijn afgetekend door weerkaatsing licht.
Natuurlijk nemen we dit een beetje voor lief, ook al zijn wij een van de weinige dieren op deze planeet die onszelf daadwerkelijk kunnen herkennen in dat teruggekaatste beeld, dankzij lichtreflectie en weerkaatsing.
Heb je ooit in een lange tunnel geschreeuwd en je stem honderd keer terug horen komen? Heb je ooit een röntgenfoto gehad? Heb je ooit een regenboog gezien?
Het punt van dit alles is dat weerkaatsing overal om ons heen gebeurt, de hele tijd. Zelfs terwijl je naar dit scherm kijkt, zie je waarschijnlijk een vage silhouet terug door lichtreflectie.
Maar wat is weerkaatsing precies? Weet je dat? Wat zorgt ervoor dat dat beeld van jezelf terugkomt uit de spiegel, door weerkaatsing licht? Of hoe komt het dat je Eilean Donan zowel op het land als in het water kunt zien, dankzij lichtreflectie?
Het is eigenlijk een heel eenvoudig wetenschappelijk verschijnsel, maar omdat er best wat te leren valt, gaan we het hier bespreken.
Dus, maak je klaar en duik erin. Weerkaatsing begint allemaal bij de natuurkunde van golven. Hoe komen dit soort verschillen in golven?
Weerkaatsing en lichtreflectie beginnen met golven
De wetenschap van weerkaatsing begint allemaal met golven, lichtgolven, geluidsgolven, seismische golven, welk type golfbeweging je maar wilt. Maar wat zijn golven?
Golven zijn verstoringen of variaties in ruimte en tijd die, door hun voortplanting, energie van het ene punt naar het andere overbrengen, of zelfs van één punt naar veel andere punten. Deze energie reist in rechte lijnen vanaf de bron van de golf en verstoort het medium waar ze doorheen beweegt, terwijl ze beweegt. Dat vormt de basis voor lichtreflectie en weerkaatsing licht.
Je hebt vast diagrammen van golven gezien tijdens natuurkundeles. Meestal zie je afbeeldingen van transversale golven, de golven die rimpels, toppen en dalen produceren, verstoringen van het medium die loodrecht staan op de richting waarin de energie zich verplaatst. Maar er zijn ook longitudinale golven, waarbij de verstoring parallel loopt aan die energierichting.
Afhankelijk van het type golf, longitudinaal of transversaal, mechanisch of elektromagnetisch, en van de golflengte, in essentie de grootte van de golf, kunnen verschillende golven door verschillende media reizen. Transversale golven, zoals de beweging van een gitaarsnaar, kunnen bijvoorbeeld alleen door vaste stoffen reizen. Geluidsgolven daarentegen, die longitudinaal zijn, kunnen door vaste stoffen, vloeistoffen en gassen reizen.
Zonder lichtreflectie zou je ogen niets kunnen waarnemen. Alles wat je ziet, zie je alleen omdat licht wordt teruggekaatst naar je netvlies.
Elektromagnetische golven en lichtreflectie
Het is belangrijk om te benadrukken dat elektromagnetische golven ook transversaal zijn. Alleen, deze werken op een andere manier.
Ze hebben namelijk geen materieel medium nodig om zich voort te planten, omdat ze een magnetisch veld creëren waardoor ze zichzelf kunnen voortplanten. Daardoor kunnen ze door een vacuüm reizen. Dit is essentieel om later refractie en lichtbreking goed te begrijpen, naast lichtreflectie.
Zoals gezegd kunnen ze, afhankelijk van hun golflengte, soms niet door bepaalde vaste stoffen of gassen reizen. Denk er eens over na. Je kunt in je slaapkamer naar de radio luisteren, en radiogolven zijn elektromagnetisch, maar lichtgolven, ook elektromagnetisch, kunnen niet door muren heen reizen.
De golflengte van licht is veel kleiner dan de golflengte van radiogolven. En dit is de sleutel tot wat er vervolgens met die golven gebeurt: absorptie, weerkaatsing, of transmissie, waarbij transmissie ook kan leiden tot refractie en lichtbreking.
Lees meer over de eigenschappen van golven.
Dus, wat is weerkaatsing?
Laten we nu naar weerkaatsing kijken. Ken je een goede definitie van weerkaatsing?
Weerkaatsing is de verandering van richting van een golf wanneer die een grensvlak ontmoet tussen twee verschillende media, zodat hij terugkeert in het medium waar hij vandaan kwam. Dit is precies wat er gebeurt bij lichtreflectie en bij weerkaatsing licht.
Als licht, dat door lucht reist, een reflecterend oppervlak raakt, dan kaatst het terug. Maar die richtingsverandering kan alleen optreden bij een oppervlak, een grensvlak, tussen twee materialen.
Het geval van licht, lichtreflectie en weerkaatsing licht
Licht is meestal het type golf dat wordt besproken in verband met lichtreflectie, al is het maar omdat het, zoals hierboven beschreven, een van de vormen van weerkaatsing is die we zo vaak zien.
Maar licht weerkaatst niet op elk oppervlak, toch? Als je naar een bakstenen muur kijkt, weerspiegelt die niet op dezelfde manier. En ook niet wanneer je naar een doorzichtige glasplaat kijkt. Dit komt doordat het soort materiaal dat een lichtgolf tegenkomt bepaalt welk effect die lichtgolf ondervindt. Dat bepaalt dus hoe weerkaatsing licht eruitziet, en wanneer je vooral lichtreflectie ziet.
Wanneer licht een grensvlak ontmoet, kan het vier verschillende paden volgen:
Transmissie
- Wanneer licht door een materiaal heen gaat, zoals een transparant materiaal. Dit omvat refractie en lichtbreking, wanneer licht een ander medium binnengaat waarin het vertraagt.
Absorptie
- Wanneer het licht een ander medium binnengaat dat de energie absorbeert en omzet in een andere vorm van energie, zoals warmte-energie.
Spiegelende reflectie
- Wanneer licht zo wordt teruggekaatst dat het een spiegelachtig effect oplevert. Licht wordt hier teruggekaatst door een glad oppervlak onder een duidelijke hoek. Dit is klassieke lichtreflectie en duidelijke weerkaatsing.
Diffuse reflectie
- Wanneer licht wordt teruggekaatst door een ruw oppervlak en de golven worden verstrooid. In dat geval gaat het spiegelachtige beeld verloren, ook al is er nog steeds weerkaatsing licht.
Hoewel spiegelende reflectie is wat we in de omgangstaal vaak bedoelen met reflectie, geldt in werkelijkheid dat alle oppervlakken die geen licht absorberen, het licht terugkaatsen. Je huid, het toetsenbord van je computer, huizen en dieren, letterlijk alles wat je kunt zien vertoont lichtreflectie. Anders zou je het niet kunnen zien, omdat er dan geen weerkaatsing licht naar je ogen terugkomt.
De wet van weerkaatsing en lichtreflectie
Een van de belangrijkste dingen om te leren wanneer je lichtreflectie bestudeert, is de zogenoemde wet van reflectie, vaak ook de wet van weerkaatsing genoemd.
Simpel gezegd stelt de wet van weerkaatsing dat de invalshoek gelijk is aan de terugkaatsingshoek. Om die termen te vertalen: dit betekent dat de hoek waaronder de golf het grensvlak raakt gelijk is aan de hoek waaronder het teruggekaatste licht terugkomt. Dat is een kernpunt binnen lichtreflectie en binnen weerkaatsing licht.
Als je een lijn tekent die loodrecht op het reflecterende oppervlak staat, een lijn die we de normaal noemen, dan worden de invalshoek en de terugkaatsingshoek gemeten tussen de invallende golf en die normaal.
Dus als licht onder vijfenveertig graden binnenkomt, wordt het ook onder vijfenveertig graden teruggekaatst.
Overigens geldt dit alleen voor oppervlakken die glad zijn.
Wat maakt een oppervlak reflecterend?
Je herkent een reflecterend oppervlak zodra je het ziet. Het is een beetje glanzend, opnieuw glad, en je kunt je gezicht erin zien door lichtreflectie en duidelijke weerkaatsing.
Toch verklaart dit niet echt waarom dat oppervlak glanst. Het vertelt ons ook niet wat er in dat oppervlak zit dat glanst.
Wat bepaalt of een oppervlak sterk reflecteert, is niet volledig te verklaren door alleen naar gladheid te verwijzen.
Als je trouwens je begrip wilt verdiepen van hoe natuurkunde en wiskunde samenkomen in dit soort verschijnselen, kan een natuurkunde bijlesdocent waardevolle inzichten bieden.
Elektronen, weerkaatsing licht en lichtreflectie
De reflectiviteit van materialen en hun oppervlakken draait vooral om elektronen. Deze subatomaire deeltjes trillen met verschillende frequenties, afhankelijk van het materiaal.
Maar lichtgolven hebben ook verschillende frequenties. Licht zoals wij het kennen is een selectie uit een enorme reeks frequenties en golflengten.
Wanneer een specifieke lichtgolf een materiaal ontmoet waarvan de elektronen dezelfde trillingsfrequentie hebben, dan wordt die lichtgolf geabsorbeerd in die trillingsenergie. Maar wanneer de trillingsfrequentie van de elektronen niet gelijk is aan de frequentie van de lichtgolven, dan treedt weerkaatsing op en zie je lichtreflectie. Dat is een directe verklaring voor weerkaatsing licht.
Onthoud dat elk oppervlak dat je ziet reflecterend is. Toch hebben de verschillende lichtgolven die verantwoordelijk zijn voor elke kleur verschillende frequenties. Dat betekent dat sommige lichtgolven door bepaalde materialen kunnen worden geabsorbeerd, terwijl andere worden teruggekaatst, waardoor je materialen met verschillende kleuren ziet. Ook dat is lichtreflectie en weerkaatsing in de praktijk.
Lees alles over geluidsgolven.
Zelfs zwarte voorwerpen reflecteren licht. Ze absorberen veel licht, maar nooit alles.
Wat is refractie en lichtbreking?
Weet je nog dat we zeiden dat één van de dingen die met licht kan gebeuren wanneer het een grensvlak bereikt transmissie heet? Dat is wat er gebeurt wanneer de golf gewoon doorgaat.
Bij licht is dit echter alleen echt mogelijk bij transparant glas, en bij het helderste water.
Wanneer een medium niet volledig transparant is, of wanneer het medium behoorlijk groot is, kan transmissie nog steeds plaatsvinden. Maar dan zal de lichtgolf vertragen en daardoor van richting veranderen. Dit proces noemen we refractie, oftewel lichtbreking. Met andere woorden, refractie is lichtbreking door snelheidsverandering in een nieuw medium.
Een van de meest voorkomende voorbeelden van refractie en lichtbreking is het glazen prisma. Deze driehoekige objecten hebben een effect op licht waardoor de golven uitwaaieren in de kleuren van de regenboog. Dat komt door de verschillende golflengten van de verschillende lichtgolven die verantwoordelijk zijn voor elke kleur. Ze vertragen allemaal op hun eigen manier, en daardoor ontstaan refractie en lichtbreking.
Welk voorbeeld van weerkaatsing vind jij het leukst?
Samenvatten met AI
Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!
Laden...
