C4d46b_trillingen ZOPM

3
Buiging
Proef
Laat een rechte staaf op en neer trillen in een golfbak waarin een scherm
met een nauwe spleet is geplaatst.
We zien dat de golven achter de spleet worden afgebogen.
Dit verschijnsel noemen we buiging of diffractie en kunnen we verklaren met het beginsel van
Huygens.
De kleine opening doet hierbij dienst als puntbron.
Proef
Herhaal de proef maar gebruik nu een scherm met een grotere opening.
De buiging wordt minder waarneembaar.
Besluit
Hoe kleiner de spleetbreedte in vergelijking met golflengte, hoe sterker het buigingsverschijnsel. Of er
wel of niet buiging optreedt wordt bepaald door de buigingsvoorwaarde:
d < 
waarbij d de grootte van de opening voorstelt en de golflengte van de golf.
Buiging doet zich voor bij alle soorten golven.
Oefening
Bepaal de maximale grootte van de opening om nog buiging te kunnen hebben bij het geluid van een
stemvork van 440 Hz.
Zal er ook buiging optreden wanneer we licht laten invallen op deze opening?
Buiging bij geluid
Voorbeeld 1: buiging aan een opening
Bekijken we volgend voorbeeld (zie nevenstaande figuur). Een
waarnemer bevindt zich in de gang naast een zaal waar
iemand aan het zingen is. De deur van de zaal is open. De
waarnemer buiten de zaal hoort het geluid alhoewel hij niet
voor de deuropening staat.
Voorbeeld 2: buiging aan een hindernis
Buiging kan zich ook voordoen aan een hindernis. Wanneer d
< dan zal buiging optreden.
Op autosnelwegen worden soms geluidsschermen gebruikt
om de bewoners te beschermen tegen geluidshinder. Hier treedt geen buiging op omdat d >  Achter
het geluidsscherm ontstaat schaduwvorming net zoals bij licht.
Buiging bij licht
- d <  : de golf ondervindt weinig hinder, er treedt buiging op.
Dit verschijnsel verklaart de ondergrens voor de grootte van objecten die we met een lichtmicroscoop
kunnen zien. Van zodra de te onderzoeken objecten de grootteorde van de golflengte van het licht
benaderen buigt het licht eromheen zodat we zelfs met de sterkste lenzen niets meer van het object
kunnen waarnemen. We zien immers maar een object indien het licht dat op het object wordt
weerkaatst ons netvlies treft.
- d >  : er treedt geen buiging op, maar wel schaduwvorming.
Stuurgroep NW- VVKSO
72
Waarom is de lucht blauw?
De luchtdeeltjes zijn ongeveer even groot als de golflengte van blauw licht. Het blauwe licht wordt dus
weerkaatst op deze luchtdeeltjes. Hierdoor zien we de lucht als blauw wegens de verstrooiing van het
blauwe licht. De andere kleuren hebben een grotere golflengte en buigen dus om de luchtdeeltjes
heen.
Vraagje
Waarom horen we eerst de lage tonen bij het naderen van een dancing?
Sta ik achter een houten paneel van 2,0 m op 1,0 m dan kan je me wel horen, maar kan je me niet
zien. Verklaar dit.
4
Interferentie
Proef
Laat in een golfbak twee identieke dobbers op en neer
trillen met dezelfde frequentie en zonder faseverschil.
Dergelijke trillingsbronnen noemen we coherente
trillingsbronnen. Coherente trillingsbronnen: trillen met
dezelfde frequentie en hebben een constant faseverschil
(bvb. geen faseverschil) tussen de trillingen
Waarneming (zie figuur):
Elk trillend punt geeft cirkelvormige golffronten. Er ontstaat
een resulterende trilling waar de golffronten elkaar
overlappen. Op bepaalde stroken beweegt het water niet
meer en bij andere stroken is de beweging maximaal.
http://mediatheek.thinkquest.nl/~ll122/nl/br-interf.shtml
Interferentie is het verschijnsel dat optreedt in een gebied waar trillingen samenkomen die afkomstig
zijn van coherente trillingsbronnen.
Op sommige punten ontstaat destructieve interferentie omdat de twee trillingen in tegenfase toekomen
en elkaar uitdoven. De amplitude is hier 0.
Op andere punten ontstaat constructieve interferentie omdat daar de trillingen in fase toekomen en
elkaar versterken. De amplitude is hier maximaal.
http://www.walter-fendt.de/ph11nl/interference_nl.htm
Interferentie bij licht
Iedereen kent wel het verschijnsel waarbij zeepbellen in wit licht alle kleuren van de regenboog
vertonen. Dit verschijnsel kan verklaard worden door gebruik te maken van interferentie.
Wit licht bestaat uit alle kleuren van de regenboog
en bestaat dus uit allerlei verschillende golflengten.
Als één van de kleuren (één van de golflengten) uit
wit licht verdwijnt, dan ontstaat de complementaire
kleur. Als we blauw licht aftrekken van wit licht dan
ontstaat zo de complementaire kleur geel.
Je kan dit gemakkelijk uittesten op je computer
door het programma PAINT te openen. Ga naar
het menu Kleuren/Kleuren bewerken/Aangepaste
kleuren definiëren. Je krijgt dan onderstaand
scherm.
Stuurgroep NW- VVKSO
73
Hier kan je nu zelf een kleur instellen door de RGB-waarde in te stellen. Als je rood op 255, groen op
255 en blauw op 255 zet dan krijg je wit. Indien je nu blauw op 0 zet dan krijg je geel.
Zeepbellen
http://www.exploratorium.edu/ronh/bubbles/bubble_colors.html
Hoe ontstaat nu het interferentieverschijnsel bij zeepbellen?
We weten al dat door destructieve interferentie sommige trillingen (golflengten) kunnen uitdoven. Licht
dat op een zeepbel invalt zal voor een deel weerkaatst worden door de buitenste oppervlakte van het
zeepbelmembraan (overgang lucht-zeep). Een deel van het licht zal echter door het
zeepbelmembraan gaan en wordt weerkaatst door de binnenste oppervlakte (overgang zeep-lucht).
Het licht dat door de zeepbel gaat zal dus een grotere weg afleggen dan het licht dat rechtstreeks
weerkaatst wordt. Er ontstaat een faseverschil waardoor interferentie zal optreden. Hierdoor zal bij
een bepaalde dikte van de zeepbel een bepaalde golflengte uit het licht verdwijnen en ontstaat zo de
complementaire kleur. Omdat de dikte van de zeepbel niet overal even groot is, zien we ook
verschillende kleuren in de zeepbel.
Interferentie in de natuur
In de natuur treedt interferentie van licht dikwijls op. We denken hierbij aan de kleuren van vlinders en
pauwenveren, de kleurenpracht van kevers en parelmoer. Ook de regenboogkleuren die ontstaan bij
een dunne oliefilm op water zijn een gevolg van interferentie.
3
4
Buiging ................................................................................................................................. 72
Interferentie .......................................................................................................................... 73
Stuurgroep NW- VVKSO
74