De Standaard

Waarom weerkaatse­n sommige materialen het licht als een spiegel?

-

‘Hoe werkt een spiegel? En moeten materialen op een bijzondere wijze geproducee­rd en bewerkt worden om te reflectere­n als een spiegel?’, mailt Guido Van Horebeek.

We stellen de vraag aan natuurkund­ige Ewold Verhagen van het AMOLFinsti tuut in Amsterdam. Hij kent de grillen van fotonen als geen ander. Ooit probeer de hij zelfs een soort onzichtbaa­rheidsmant­el à la Harry Potter te maken. Hij had een materiaal ontwikkeld, opgebouwd uit talloze metalen ringetjes. De elektronen in deze spoeltjes vingen de lichtdeelt­jes efficiënt op en deden ze van richting veranderen. De fotonen bogen hierdoor om het materiaal heen. ‘Ik heb het uiteindeli­jk gelaten voor wat het was, want er zaten nogal wat haken en ogen aan de techniek. Maar de theorie was prachtig.’

Ook in minder futuristis­che materialen bepalen elektronen voor een belang rijk deel de reflectie en kleur, zegt Verhagen. ‘Wil een oppervlak goed reflecte ren, dan moet het elektronen geleiden – elektronen moeten er vrijelijk in rond kunnen bewegen – en het materiaal moet vlak en glad zijn. De ruwheid moet kleiner zijn dan de golflengte van het licht. Laten we aluminium als voorbeeld nemen, niet voor niets het materi aal waar spiegels vaak van gemaakt zijn, in combinatie met een glasplaat. Aan de buitenkant van een laag aluminium zijn altijd volop vrije elektronen aanwezig.

Lichtgolve­n zijn eigenlijk trillende elektrisch­e velden, en die kunnen de elektronen mee laten trillen. Die trillende elektronen zorgen ervoor dat lichtgolve­n niet in het materiaal kunnen doordringe­n. Sterker nog, ze genereren een elektromag­netisch veld buiten de spiegel dat we zien als de weerkaatst­e licht golf.’

Als de spiegel vlak is zitten de trillende elektronen allemaal netjes op een rijtje, en genereren ze een vlak ‘golffront’.

De lichtgolve­n worden dan weerkaatst onder dezelfde hoek als waarin zij aankwamen, als biljartbal­len die tegen de rand van de tafel ketsen. Met andere woorden, het materiaal spiegelt. ‘We noemen dit speculaire reflectie’, zegt Verhagen. Een perfecte spiegel levert honderd procent speculaire reflectie. ‘Maar in veel materialen kun je jezelf wel zien, terwijl ze maar voor een klein deel zorgen voor dit type reflectie. Bij glas is dit bijvoorbee­ld vier procent. De rest van het licht beweegt ongehinder­d door het materiaal heen.’

Zeer kalme en onder een grote hoek bekeken wateropper­vlakken reflectere­n sterk. Super irritant, want het kan leiden tot verblindin­g als de laagstaand­e zon weerkaatst­e op een nat wegdek. Maar aan deze eigenschap danken we ook de Bob Rossachtig­e taferelen in de natuur: bergen en bossen die spiegelen in een waterparti­j.

Is het oppervlak ruw, dan stuiteren de lichtdeelt­jes alle kanten op. Je krijgt dan een diffuse reflectie. Denk aan het licht dat van een mat wit geverfde muur afstraalt. Je kunt jezelf absoluut niet in het oppervlak zien. Er is geen enkele schitterin­g. Hetzelfde geldt voor materialen die elektronen slecht geleiden. Licht dringt daarin binnen. Een deel wordt geabsorbee­rd, en een ander deel wordt alle kanten uitgespuwd.

Bij een vlakke spiegel worden lichtgolve­n weerkaatst onder dezelfde hoek als zij aankwamen

Vragen voor de wetenschap­swinkel zijn welkom op wetenschap@standaard.be, onder vermelding van naam en woonplaats.

 ?? © getty images/eyeem ??
© getty images/eyeem

Newspapers in Dutch

Newspapers from Belgium