samenvatting + modeloplossing

1
Optica is het deel van de fysica:
◦ dat eigenschappen van het licht beschrijft,
◦ en zich bezighoudt met de verschijnselen
die zich voordoen als licht invalt op
voorwerpen
 Maar wat is licht?

2
Zonlicht duwt gas weg uit de komeetkop
Zonlicht wordt omgezet in elektrische
energie
Licht doet molentje draaien
Licht is een vorm van
energie !
3
4
Proef:
 a) Bladgroenverrichting of fotosynthese (cfr. biologie)
 b) Radiometer van Crookes
 c) Een brandende kaars
 d) Een brandende gloeilamp
Waarneming:
 a) In het blad van de plant worden glucose en zuurstof gevormd.
In het blad afgeschermd van de lichtbron door aluminiumfolie gebeurt
geen fotosynthese
 b) Het molentje draait van zodra het wordt beschenen.
Wanneer het licht wordt gedoofd, stopt de beweging van het molentje
 c) Een brandende kaars geeft licht
 d) Een brandende gloeilamp geeft licht
5
Besluit:
 a) Fotosynthese ( = produceren o.i.v. licht ) gaat slechts
door indien er voldoende licht aanwezig is.
◦ Licht wordt omgezet in chemische energie



b) Om het molentje te laten draaien is er licht nodig
◦ Licht wordt omgezet in bewegingsenergie
c) Door verbranding van het kaarsvet wordt licht
geproduceerd
◦ Chemische energie wordt omgezet in licht
d) Elektriciteit wordt in de lamp omgezet in licht
◦ Elektrische energie wordt omgezet in licht
6
Algemene conclusie
 Licht heeft verschillende uitwerkingen.
◦ Het kan de bewegingstoestand van
voorwerpen veranderen,
◦ de aard van de stof veranderen.
 Daarom is licht EEN VORM VAN ENERGIE, we
spreken van stralingsenergie.
7
8
Voorwerpen die zelf licht produceren, noemt men
lichtbronnen.
9
bakstenen
spiegel
koffiekan
bloemen
vaas…
10
Voorwerpen die geen licht
produceren, noemt men donkere
voorwerpen.
11
Dit deksel is …
cd en cd-doosje zijn …
ondoorschijnend
Dit deksel is …
doorschijnend
doorzichtig
12
Proef:

a)Een gloeilamp laten branden.

b)Een TL- lamp laten branden
Waarneming:
 a)Het dun metalen draadje gloeit op en zendt licht uit.
 b) Het gas gloeit op en zendt licht uit.
Besluit:
 De stoffen produceren zelf licht-> Het zijn lichtbronnen
 De gloeilamp en de TL-lamp zijn lichtbronnen.
Algemene Conclusie
 Voorwerpen die zelf licht produceren, noemt men lichtbronnen.
 Een lichtbron zet een energievorm om in licht.
 Voor de aarde is de zon de grootste lichtbron.
13
Proef:
 a) Laat licht invallen op een metalen scherm.
 b) Herhaal met een matglazen scherm.
 c) Herhaal met een glazen scherm.
Controleer de hoeveelheid licht dat door het scherm dringt
Waarneming:
 a) het metalen scherm laat geen licht door.
 b) het matglazen scherm laat een klein deel licht door.
 c) het glazen scherm laat bijna alle licht door.
Besluit
 Voorwerpen die zelf geen licht produceren, noemt men donkere voorwerpen.
Ze zijn pas zichtbaar wanneer de lichtstralen afkomstig van een lichtbron
worden teruggekaatst en ons oog treffen.
 De hoeveelheid doorgelaten licht hangt af van:
◦ de dikte van de laag en van de aard van de stof
14
Algemene conclusie
 Een lichtbron is een voorwerp die zelf licht uitstraalt.
 Een donker lichaam of donker voorwerp is een
voorwerp die het licht enkel weerkaatst naar ons oog,
we onderscheiden 3 soorten donkere lichamen
◦ ondoorschijnende lichamen: zij laten geen licht door;
◦ doorschijnende lichamen: zij laten het licht gedeeltelijk door;
◦ doorzichtige lichamen: ze laten bijna al het licht door.

Licht dat niet-doorgelaten wordt, wordt geabsorbeerd
en/of teruggekaatst
15





Proef: Kijk door een soepele rubberen darm naar een
kaarsvlam.
Waarneming:
Om de vlam te kunnen waarnemen moet men de
darm gestrekt houden
Conclusie
In een doorzichtige middenstof plant licht zich
rechtlijnig voort.
16
17


Foto lucht
Licht plant zich rechtlijnig
voort zoals je kan
waarnemen op de foto.
Ook als de zon achter de
wolken schuilgaat en er hier
en daar lichtbundels door
het wolkendek doorgelaten
worden, plant het licht zich
rechtlijnig voort
conclusie
18
Volkomen rechtlijnige laserstralen
In een homogene optische
middenstof plant het licht
zich rechtlijnig voort
19
Miniatuur laserapparaat uit CD-speler
Laseropstelling in lab
Laser: lichtbron die zeer bijzondere
lichtgolven voortbrengt.
Laserlicht loopt slechts in één bepaalde
richting, het blijft evenwijdig.
Het is licht van slechts één kleur : alle
golven zijn identiek aan elkaar.
20
21
Kun je lichtstralen zien?



Als je in een verduisterd lokaal een lamp laat schijnen op
een wit scherm, zie je de lamp en een witte vlek op het
scherm. Maar zie je nu ook de lichtstralen?
Lichtstralen zijn dus onzichtbaar.
Je kan de stralengang enkel zichtbaar maken door kleine reflecterende deeltjes in
de bundel aan te brengen.
Foto getrokken van op de maan overdag van de aarde
De maan heeft geen atmosfeer, geen deeltjes die
het licht terugkaatsen. Je ziet GEEN licht, alleen
een zwarte hemel en de zon als lichtbron.
De aarde heeft wel een atmosfeer met deeltjes die
het licht terugkaatsen
22
Kun je lichtstralen zien?



Lichtstralen zijn dus onzichtbaar.
Omdat licht zich in principe rechtlijnig voortplant, stellen
we ons licht voor als bestaande uit lichtstralen.
In werkelijkheid bestaat licht NIET uit stralen, maar kan
licht beschreven worden als elektromagnetische golven of
als deeltjes die men fotonen noemt.
◦ Het blijkt echter heel handig om de werking van bijvoorbeeld
spiegels en telescopen uit te leggen door gebruik te maken van een
model waarin licht als stralen wordt opgevat.


Een lichtbron zendt lichtstralen uit, die we gezamenlijk als
lichtbundel aanduiden.
De stralen in een lichtbundel kunnen ten opzichte van
elkaar verschillende richtingen hebben.
23
Proef:
 a) : een laserstraal richten op de muur
 b) : een lamp richten op de muur. Krijtstof uitstrooien voor de lichtbron.
Waarneming:
 Zowel bij de laser als bij de lamp wordt een lichtbundel zichtbaar.
 De lichtbundel is begrensd door rechte lijnen.
Conclusie
 Een lichtstraal is de baan van een foton.
 Een lichtbundel is een verzameling lichtstralen.
 Een lichtbundel is zichtbaar doordat stofdeeltjes of waterdruppels in de lucht
het licht terugkaatsen naar het oog.
 Voorstelling van een lichtstraal:
 Lichtsnelheid: 300.000 km /s OF 7,5 maal de omtrek van de aarde / s
24
Bolle lens
Evenwijdige
bundel
Convergerende
bundel
Divergerende
bundel
25
Proef:
 Plaats een bolle lens op verschillende afstanden voor een lichtbron.
 Voorzie de lichtbron van een plaatje met een horizontale gleuven.
 Breng een scherm evenwijdig aan de stralengang.
Waarneming:



In een evenwijdige lichtbundel lopen de lichtstralen evenwijdig
In een convergerende (naar elkaar toe) lichtbundel lopen de
lichtstralen samen
In een divergerende ( uit elkaar) lichtbundel lopen lichtstralen uit
elkaar
26
27
Lichtstralen zijn golven
Huygens 1629-1695
Een lichtstraal is een stroom
van deeltjes
Newton 1642-1727 28
Planck 1858-1947
Lichtstraal = Stroom van fotonen
tegelijk deeltje en golf
Een foton is
Einstein 1879-1955
29






Reeds in de 17de eeuw ontdekte Christiaan Huygens dat licht zich net zo gedroeg als een golf
op een wateroppervlak. Enkele jaren later beweerde Isaac Newton echter dat licht bestaat uit
deeltjes. Met beide theorieën kan je een deel van de eigenschappen van het licht verklaren.
Door de eigenschappen van het licht te bestuderen, zijn veel toepassingen ontstaan.
Met de golftheorie waarbij een lichtbron lichtgolven uitstuurt die ons oog treffen , kunnen
we niet alle lichtverschijnselen verklaren
◦ Christiaan Huygens ( 1678) : licht gedraagt zich als een golf.
De lichtbron zendt deze deeltjes rechtlijnig in alle richtingen uit. Deze deeltjestheorie
verklaart ook niet alle lichtverschijnselen.
◦ Isaac Newton ( 1704) : licht bestaat uit een stroom van lichtdeeltjes die ons oog treffen.
Elk foton bezit een bepaalde hoeveelheid energie
◦ Max Planck en Albert Einstein (20 ste eeuw) : licht bestaat uit een stroom van lichtdeeltjes
of fotonen
Sommige lichtverschijnselen zijn te verklaren met de fotonen-theorie, andere met de
golftheorie.Daarom combineert men nu de 2 theorieën:
men vat het licht op als stroom van fotonen die zich
volgens het golfverschijnsel verplaatsen
30
Handboek p. 130-134, cursus optica pag 5
31


Je weet al dat licht zich voortplant
volgens rechte lijnen.
Als je nu een ondoorschijnend
voorwerp in een lichtbundel
brengt, dan zijn er lichtstralen die
door het voorwerp worden
tegengehouden:
◦ Op een scherm of op de muur
ontstaan zo schaduwen.

Het soort schaduw dat gevormd
wordt, is afhankelijk van de
grootte van de lichtbron
32
Proef: Hou je hand tussen een lichtbron en een scherm
Waarneming:
 Op het scherm ontstaat een schaduwbeeld want je hand
houdt de lichtstralen tegen.
 Omdat het licht zich rechtlijnig voortplant is er achter je
hand een gebied waar GEEN LICHT komt.
 Er ontstaat een donkere ruimte of een schaduw.
Conclusie
 Het gebied waar geen licht komt noemen we schaduw.
 Waar de schaduw op een scherm terechtkomt ontstaat een
schaduwbeeld.
 De aard van de schaduw wordt hoofdzakelijk bepaald door
de gebruikte lichtbron
33
kernschaduw
34
Scherp begrensde kernschaduw
35
kernschaduw
36
Proef: Plaats tussen een puntvormige lichtbron ( L ) en een
scherm een ondoorschijnend voorwerp.
Waarneming:
 Tussen het voorwerp en het scherm is er een gebied
zonder licht
 Op het scherm ontstaat een scherp afgelijnd
schaduwgebied
Conclusie
 Een puntvormige lichtbron vormt van een ondoorschijnend
donker voorwerp een scherp en donker schaduwbeeld
 Er ontstaat achter het voorwerp een kernschaduw.
 Kernschaduw is een gebied waar totaal geen licht komt
37

Puntvormige lichtbronnen leveren altijd een scherpe,
donkere schaduw op: een kernschaduw of slagschaduw.
38
bijschaduw
kernschaduw
bijschaduw
39
Onscherp begrensde kernschaduw
40
kernschaduw
bijschaduw
41
Proef: Plaats tussen een grote lichtbron en een scherm een
ondoorschijnend voorwerp.
Waarneming:
 Tussen het voorwerp en het scherm ontstaan 3 gebieden:
 Een gebied dat volledig belicht is
 Een gebied waar geen licht komt: “ kernschaduw”
 Een gebied dat slechts door een deel van de lichtbron verlicht wordt: de
“halfschaduw”
Op het scherm ontstaat een onscherp schaduwbeeld
Conclusie
 Een NIET-puntvormige lichtbron vormt van een ondoorschijnend
donker voorwerp een onscherp schaduwbeeld
 Er ontstaat achter het voorwerp een kernschaduw en een
halfschaduw.
 Een halfschaduw is het gebied waar het licht komt van een deel van de
lichtbron

42



Bij een kleine lichtbron vormt zicht op het scherm een scherp afgelijnde schaduw.
De schaduw wordt begrensd door de lichtstralen die rakelings langs het
ondoorschijnende voorwerp gaan. Deze schaduw noemen we DE KERNSCHADUW.
Bij een grote lichtbron vormt zich op het scherm een grotere wazige schaduw. De
schaduw bestaat uit een donker centraal gedeelte, de kernschaduw, en daarrond
een half donker gedeelte, DE HALFSCHADUW.
De halfschaduw varieert van zeer donker nabij de kernschaduw tot vrij helder aan
de buitenste rand.
43
44
45




De maan draait om de aarde. De lichtstralen van de zon
verlichten altijd slechts het halve oppervlak van de maan.
Afhankelijk van de stand van de maan, is het gedeelte van
het maanoppervlak dat we vanaf aarde zien geheel verlicht
(vollemaan), gedeeltelijk verlicht of onverlicht (nieuwe
maan).
Omdat we enkel het verlichte deel van de maan kunnen
zien lijkt het alsof de maan van vorm verandert.
Dit noemen we de schijngestalten van de maan, deze zijn
afhankelijk van de zon , de aarde en de maan
46
nieuwe maan (1)
eerste kwartier (2)
halve maan (3 + 7)
volle maan (5)
laatste kwartier (8)
47




Een zonsverduistering is een fenomeen, waarbij het
licht van de zon de aarde niet bereikt, omdat de maan
in de weg van het licht zit.
Eigenlijk is het niet de zon, maar een gedeelte van de
aarde, dat verduisterd wordt.
De zon wordt door de maan bedekt en lijkt daardoor
vanaf de aarde verduisterd te zijn
Wanneer de schaduw van de Maan op de aarde valt,
ziet men vanuit het schaduwgebied een
zonsverduistering.
48
1 = kernschaduw
2 = bijschaduw
49
Voorwaarden :
 Nieuwe maan
 Aarde , Zon en Maan op één as
50
Zonsverduistering 1999, gezien vanuit Mir
51
Zon: van diamantring tot
corona
Maanschaduw beweegt over de
aarde
52
Deze maan van Saturnus
werpt een schaduw op
Saturnus. In die schaduw
is het zonsverduistering
De ringen van
Saturnus werpen
een schaduw op
Saturnus. In die
schaduw is het
zonsverduistering.
De ringen en de manen van Saturnus doen zonsverduisteringen ontstaan
53




Een maansverduistering doet zich voor wanneer de
aarde precies tussen de zon en de maan staat.
Normaal weerkaatst de maan het licht van de zon naar
de aarde, maar tijdens een maansverduistering staat
de aarde in de weg en ontvangt de maan geen zonlicht;
de maan bevindt zich in de schaduw van de aarde.
Een maansverduistering kan enkel plaatsvinden bij
volle maan.
Wanneer de Maan door de slagschaduwkegel van de
Aarde trekt , doet zich maansverduistering voor.
54
Vul de schets in de
cursus pag 9 zelf aan
bijschaduw
kernschaduw
55
Voorwaarden :
 Volle maan
 Aarde, Zon en Maan op 1as
56
Videoclip van
maansverduistering
57
Een afschuwelijke operatie…
Schimmenspel in Indonesië
58
Link donkere kamer
Een camera obscura is een
gesloten doos met een kleine
opening: het diafragma.
Elk voorwerpspunt kaatst lichtstralen
terug doorheen het diafragma. Op het
scherm ontstaan dan lichtvlekjes die
samen een afbeelding van het voorwerp
vormen: een reëel beeld. Dit beeld staat
omgekeerd.
Een reëel beeld is een afbeelding die men kan opvangen op een scherm.
59
Met een draaibare
spiegel kunnen
beelden vanuit elke
richting naar binnen
geprojecteerd
worden.
De beroemde “camera
obscura” in het Schotse
Edinburg
Beelden van de stad
worden in het donkere
zaaltje onder de koepel
geprojecteerd op een
witte tafel.
60
kennis
1.
zonlicht wordt omgezet in
in
elektrische
energie
een zonnecel (fotovoltaïsche cel)
p135
kennis
1.
bewegings- energie
de radiometer van Crookes
zonlicht wordt omgezet in
in
Bij belichting door de zon of warmtestraling
van bijvoorbeeld een hand warmt de zwarte,
niet-reflecterende zijde van de vaantjes op.
Aan de randen van de vaantjes botsen de
moleculen aan de warme kant van de rand
net iets harder dan aan de koele kant,
waardoor er een netto kracht ontstaat.
kennis
2.
lichtbron
zon
sterren
kaars
koplamp van auto
petroleumlamp
bliksem
vuurwerk
laser
donker voorwerp
maan
reflector op je fiets
spiegel
p135
kennis
3.
ondoorschijnend
karton
doorschijnend
dun blad papier
doorzichtig
plastic folie
marmeren plaat serreglas
vensterglas
computerscherm ballon
lucht
blikje
petfles
mist
water (afh. dikte laag)
olie (afh. dikte laag)
p135
kennis
4.
evenwijdige lichtbundel
divergerende lichtbundel
divergerende
convergerende
lichtbundel
p135
kennis
5.
7 schaduw
2 donker
voorwerp
1 lichtbron
3 en 4 lichtbundel
5 en 6 lichtstraal
8 schaduwbeeld
p135
kennis
6. Zonsverduistering
6.
UITWENDIGE STRALEN
ZON
AARDE
INWENDIGE STRALEN
zon, maan, aarde op 1 lijn
de maan tussen de zon en de aarde
p135
kennis
6.
6.
Maansverduistering
UITWENDIGE STRALEN
ZON
AARDE
INWENDIGE STRALEN
zon, aarde, maan op 1 lijn
de aarde tussen de zon en de maan
p135
Inzicht
7.
a. fout, de maan is een donker voorwerp die het
licht van de zon terugkaatst
b. juist
c. fout, het licht gaat in alle richtingen,
divergerend vanuit de zon
d. fout, de bijschaduw bevindt zich rond de schijf,
achter de schijf bevindt zich de kernschaduw
p136
Inzicht
8.
c. licht terugkaatsen
9.
a. fout, het beeld bij een donkere kamer is helder
b. fout, hoe kleiner de diameter van de openeing,
hoe scherper het beeld
c. juist
d. juist
p136
Inzicht
10.
De maan heeft geen atmosfeer, er is geen materie,
geen deeltjes die het licht terugkaatsen, je ziet geen
licht alleen een zwarte hemel en de zon als lichtbron,
als een schijf aan de hemel.
De aarde heeft een atmosfeer met deeltjes die het
licht terugkaatsen (overwegend het blauwe licht)
p136
Inzicht
11.
a. linkerkant
b. Het schaduwbeeld van de maan op de aarde
c. zonsverduistering
d. bij dag
e. Nieuwe maan
p136
Toepassen
12.
p137
Toepassen
13.
S1
S2
p137
Toepassen
14.
O1
O2
O3
p137
Toepassen
14.
O1
O2
O3
p137
Toepassen
14.
O1
O2
O3
p137
Toepassen
15.
 10 m
1,5 m
6m
0,90 m
p137
Toepassen
16.
Afgeven als taak.
Nauwkeurig tekenen!
Berekeningen laten zien!
(denk aan verhoudingen en evenredigheden!)
p138
zelftest
17.
Warmtestraling of infrarood
p138
zelftest
17.
Ultraviolet- of UV-straling
p138
zelftest
17.
X-stralen of Röntgenstraling
23 januari 1896
p138
zelftest
17.
Radar en radiogolven
p138
zelftest
18. Het licht kaatst terug op de fijne waterdruppeltjes in de mist
p138
zelftest
19. Glazen deuren zijn doorzichtig en gevaarlijk.
Je loopt er tegenaan…
p138
20. a. fout
zelftest
b. juist (vaas zonder bloem)fout
c. fout
p138