verdieping thema`s licht en energie

Verwijzingen en tips voor pedagogisch medewerkers en leerkrachten
VERDIEPING THEMA’S LICHT EN ENERGIE
Verdieping thema’s energie en licht
Overzichtskaart
Techniek&ik is een educatief programma voor talentontwikkeling met een duidelijke focus op het
gebied van onderzoekend en ontwerpend leren. Door middel van professionaliseringsworkshops, een
community en ondersteunend materiaal richt het zich op de vaardigheidsontwikkeling van educatieve
en pedagogische professionals in scholen en kindercentra. Door de inzet en betrokkenheid van
medewerkers van Philips en ASML zijn reeds bestaande en nieuwe thema’s van Techniek&ik verrijkt
vanuit de context van het bedrijfsleven. De leskaarten gaan dieper in op de thema’s energie en licht.
Onze dagelijkse ervaringswereld biedt veel boeiende aanknopingspunten om natuurwetenschappelijke
en technologische thema’s nader te bekijken. Door samenwerking met bedrijven is het mogelijk een
kijkje te nemen in de actuele technologische ontwikkelingen. Zo wordt met city-farming gezocht
naar oplossingen voor het toekomstige voedselprobleem. Verder wordt gekeken naar de positieve
en negatieve gevolgen van straling en kinderen ontdekken de werking van een camera. De high
tech kennis van Philips en ASML is omgezet naar lesmateriaal op het niveau van kinderen van de
basisschool. Zes onderzoekskaarten maken het kinderen mogelijk om hun ervaringen met licht en
energie te verkennen en verdiepen.
Deze set verdiepingskaarten is tot stand gekomen op initiatief van Jet-Net Junior Zuid-Oost Nederland.
Jet-Net Junior wil samen met Techniek&ik er zorg voor dragen dat leerlingen en leerkrachten op een
goede en leuke manier in aanraking komen met wetenschap en technologie. De samenwerkende
partijen in Jet-Net Junior/Techniek&ik zijn Korein Groep, Fontys Hogeschool Kind en Educatie, Summa
College, Hogeschool de Kempel, Philips en ASML.
Jet-Net Junior
De nieuwsgierigheid van jonge kinderen biedt hen ongekende kansen om de wereld om hen heen te leren begrijpen. Het stellen van vragen, logisch redeneren, ontwerpen, bouwen, sleutelen en onderzoeken:
jonge kinderen doen het allemaal. Talenten van kinderen op het gebied van wetenschap en technologie kunnen dan ook bij uitstek worden ontwikkeld door in te spelen op de van nature aanwezige nieuwsgierigheid
en creativiteit. Onderzoek toont echter aan dat de natuurlijke interesse van kinderen voor wetenschap en technologie (en de bijbehorende beroepen) verdwijnt als ze daar niet voor hun zevende levensjaar op een
positieve manier mee in aanraking komen. Om deze reden is in 2013 van start gegaan met Jet-Net Junior gericht op het basisonderwijs.
Foto: Philips Horticulture LED Solutions
Hogeschool Kind en Educatie
01_2015
Hogeschool Kind en Educatie
Verschijnselen ontdekken
BREKING VAN LICHT
Lichtbreking in microscopen
Veel bedrijven maken bij onderzoek naar materialen gebruik van microscopen. De microscoop is ontworpen
om superkleine dingen mee te vergroten. De basis achter alle microscopen is breking van licht. In een
microscoop gaat het licht van een lamp door een voorbeeld dat je wilt onderzoeken en dan via lenzen in de
microscoop naar je oog. Het licht wordt gebroken door de vorm en het materiaal van de lens en zo kunnen
we iets heel kleins toch goed zien. Bijvoorbeeld de cellen van mensen om te zien of ze ziek zijn of niet.
Bespreek de bevindingen met elkaar. Je ziet dat het rietje verschoven is. Door het water veranderen
de lichtstralen van richting. Werkt het ook met andere voorwerpen? Probeer hetzelfde eens met een
potlood of liniaal.
Waar kom je het tegen in het dagelijks leven?
Kinderen zien dat er een regenboog kan ontstaan als het regent en tegelijkertijd de zon schijnt. Ook
zien ze soms de regenboog bij een glas water dat in het licht staat. Sommige kinderen dragen een bril.
De brilglazen (de lenzen) breken het licht, zodat je toch scherp ziet.
Hier gaat het om
De kinderen gaan op onderzoek naar lichtbreking en de werking van een lens of vergrootglas. Ze
ervaren dat licht door verschillende materialen anders gebroken wordt. Ze ontdekken dat voor het
ontstaan van een regenboog altijd licht nodig is en water (om het licht te breken).
Dit heb je nodig
• Glas met water
•Rietje
•Plantenspuit
• Zonlicht of lamp (geen led)
• Wit papier
• Ondiepe bak
•Spiegeltje
•Karton
• Vershoudfolie of doorzichtig plastic
•Pipetten
• Stuk tekst met kleine letters
Lichtbreking in een glas water.
BREKING VAN ZONLICHT
Een regenboog is een prachtig natuurverschijnsel. Het kan ontstaan als het regent en de zon schijnt,
of je ziet het gebeuren onder de sproeier in de tuin. Hoe ontstaat nu eigenlijk zo’n regenboog? Laat
kinderen een eigen regenboog maken. Vul hiervoor een smal glas met water. Neem de kinderen op een
zeer zonnige dag mee naar buiten en zet het glas water in het zonlicht. Beweeg een wit vel papier rond
het glas. Lukt het de kinderen om een kleine regenboog te zien op het papier. Een echte boog kunnen
ze maken door met de zon in de rug met een plantenspuit te sproeien.
Uitleg
We ervaren zonlicht als wit licht, maar in feite
bestaat dit uit verschillende kleuren licht. De
kleuren worden zichtbaar als het witte zonlicht
wordt gebroken door bijvoorbeeld regendruppels.
Er ontstaat een regenboog omdat de ene kleur wat
sterker wordt gebroken dan de andere.
GEBROKEN RIETJE
Als je een rietje in een glas water doet, ziet dit er anders uit dan normaal. De kinderen kijken door het
glas. Laat ze beschrijven wat ze zien. Hoe ziet het rietje er uit in het water? Wat gebeurt er denk je?
Zelf een regenboog maken.
Hogeschool Kind en Educatie
Verschijnselen ontdekken
BREKING VAN LICHT
BREKING MET EEN PRISMA
zoals de meeste gloeilampen. Wit licht bestaat
uit alle kleuren van de regenboog. Veel (zak)
lampen bevatten led-licht. Dit heeft een andere
opbouw dan wit licht. Omdat led-licht niet alle
kleuren bevat, zul je bij breking ook geen mooie
regenboog kunnen vangen.
Een andere manier om regenbogen te maken is
met een spiegeltje in een bak water. Je maakt dan
zelf een prisma. Zet een ondiepe bak water in de
zon. De kinderen proberen uit onder welke hoek
ze de spiegel in het water moeten zetten om het
licht te laten breken. Met een vel papier vangen ze
de regenboog op. Wat gebeurt er als ze het vel
papier dichterbij of verder weg houden?
LENZEN
Uitleg
Een voorwerp dat wit licht (zoals zonlicht) kan
breken in verschillende kleuren wordt ook wel
een prisma genoemd. De zon geeft wit licht, net
Als je door een vergrootglas kijkt, zie je alles
groter. Veel kinderen en volwassenen hebben
een bril om scherper te kunnen zien. In beide
gevallen zorgt een lens voor de breking van het
licht. De kinderen gaan zelf uittesten hoe ze een
vergrootglas kunnen maken. Ze knippen een
cirkel uit een stukje karton en plakken over het
ontstane gat vershoudfolie. Wat zien ze als ze
hiermee over kleine lettertjes bewegen? En als ze
een paar druppels water op de folie doen? Zien
ze verschillen?
Uitleg
De manier waarop licht wordt gebroken is niet
alleen afhankelijk van het materiaal. Dit is ook
afhankelijk van de vorm van het materiaal waar
het licht doorheen gaat. Een bolle vorm zorgt er
bijvoorbeeld voor dat de dingen die je achter de
bolle vorm ziet groter lijken.
ACHTERGRONDINFORMATIE
afgebogen. Hierdoor zijn de kleuren los te zien:
een regenboog. De kleurenvolgorde van een
regenboog is altijd hetzelfde, omdat de kleuren
altijd op dezelfde manier gebroken worden. Zo
wordt rood licht het minst gebroken en violet
licht het meest. De volgorde van de kleuren is
Rood, Oranje, Geel, Groen, Blauw, Indigo, Violet
(afgekort: ROGGBIV). De werking van een lens
is ook gebaseerd op lichtbreking. Een lens breekt
lichtstralen op een bepaalde manier. Als je naar
een rietje kijkt in een glas met water, lijkt het rietje
groter (en gebroken). Het bolle glas werkt als een
bolle lens. Een bolle lens vergroot voorwerpen.
Andersom kun je met een holle lens dingen
verkleinen.
Licht gaat met een bepaalde snelheid door
lucht. De snelheid van licht is afhankelijk van het
materiaal waar het doorheen gaat. De snelheid
door water is dus anders dan door lucht of
glas. Normaal gesproken gaat licht rechtdoor.
Als licht van de ene doorzichtige stof naar een
andere doorzichtige stof gaat, bijvoorbeeld van
water naar lucht, veranderen de lichtstralen van
richting. De verandering van richting van licht
wordt breking van licht genoemd. Wit licht, zoals
bijvoorbeeld zonlicht, bestaat uit alle kleuren licht.
Alle kleuren licht samen zien er uit als wit. De
kleuren die in zonlicht zitten hebben een net wat
andere snelheid door bepaalde materialen zoals
glas en water. Dat betekent dat de verschillende
kleuren licht onder een andere hoek worden
… ontstaat een regenboog op je papier.
Kijken door een vergrootglas.
01_2015
Via de spiegel in het water …
Verschijnselen ontdekken
LICHT ZIT VOL ENERGIE
City-farming
Hier gaat het om
City-farming is de naam die gegeven wordt aan het binnenshuis kweken van planten. Specifieker: het
laten groeien van groentes, fruit en granen in kleine binnenruimtes. Om de ruimte optimaal te gebruiken
worden plantenbakken boven elkaar geplaatst. Nieuwe moderne led-verlichting maakt het mogelijk om
alle plantjes met de juiste lichtkleur te belichten waardoor de groei geoptimaliseerd wordt.
De kinderen gaan op onderzoek naar de invloed van licht en lichtenergie op de groei van tuinkers. Ze
ontdekken dat licht energie bevat om planten te laten groeien en dat je energie kunt filteren uit licht.
Belangrijk om te weten!
Bij city-farming wordt gewerkt met verschillende kleuren led-licht. Omdat dit soort led-licht niet
algemeen te verkrijgen is, gaan de opdrachten op deze ontdekkaart wel over lichtenergie, maar de
verschillen in lichtkleur worden gemaakt met behulp van kleurfilters en niet door led-lichtjes. Het
principe van led-licht is duidelijk een andere natuurkundig principe dan waarmee wij het onderzoek
doen.
Waar kom je het tegen in het dagelijks leven?
De zon is een energiebron. Een plek op het gras waar de zon op schijnt voelt warmer dan een plek in
de schaduw. Als je zelf bloemen kweekt of groenten verbouwt moet je goed kijken of ze zon of juist
schaduw nodig hebben. Dit zie je op de verpakking van de zaadjes.
Dit heb je nodig
• Potjes met potgrond (voor de helft gevuld)
• Blauwe folie
• Zwart papier
•Tuinkerszaad
•Zaklamp
• Papier en potlood
• Smartphone/tablet met lichtmeter app, bijvoorbeeld iPhone: Lichtmeter (Sensonet), Android:
Luxmeter (KHTSXR), Windows: Lux-o-meter
TUINKERS MET FILTERS
Voor dit onderzoek vul je zes potjes met aarde. Probeer het zaad netjes over alle potjes te verdelen
zodat elk stukje grond ongeveer even veel zaad heeft. Laat de kinderen de zaadjes eventueel precies
aftellen. Elk potje krijgt een andere deksel; 1 met zwart papier, 1 met doorzichtig folie, 1 met 1 laag
blauw folie en 1 met respectievelijk 2, 3 en 4 lagen folie. Zoek een lichte plek (bij een raam) om de
potjes neer te zetten. Komt er evenveel licht op alle potjes? Bedenk met elkaar hoe je de komende tijd
de groei van het tuinkers gaat bijhouden.
Uitleg
De blauwe folie (het filter) houdt een deel
van het licht tegen en dus een deel van de
lichtenergie. Hoe meer filters over elkaar heen, hoe
minder lichtenergie erdoor komt. Deze plantjes
zullen minder goed groeien. Klopt dit met de
meetresultaten? De potjes met het zwarte papier
en zonder filter dienen als vergelijk. Bij de eerste
komt helemaal geen licht in het potje, bij de tweede
komt het licht juist ongefilterd in het potje.
Foto: Philips Horticulture LED Solutions
City-farming in de praktijk.
Welk potje tuinkers groeit het best?
Hogeschool Kind en Educatie
Verschijnselen ontdekken
LICHT ZIT VOL ENERGIE
Nu de kinderen weten dat licht van invloed
is op de groei van tuinkers, kunnen ze een
vervolgonderzoek gaan doen. Ze kunnen
bakjes met tuinkers maken en op verschillende
plekken zetten. Buiten waar vaak de zon
schijnt, buiten in de schaduw, binnen recht
onder een tl-balk, binnen achter het raam. De
verschillen in groei van de tuinkers laat zien
waar meer of minder lichtenergie was. Bedenk
samen op welke plekken ze gaan meten en hoe
ze de resultaten vastleggen. Groeit tuinkers
ook bij het licht van een beeldscherm? Of
bij het licht van een fietslampje? Sommige
lichtbronnen geven ook warmte af. Bespreek
met de kinderen wat de invloed hiervan kan zijn
op het onderzoek.
Uitleg
Op een plek met meer licht, en dus meer
lichtenergie, zullen planten beter groeien. Het is
belangrijk dat alle andere omstandigheden gelijk
blijven, bijvoorbeeld de temperatuur en hoeveel
water ze krijgen.
LICHTENERGIE METEN
Laat de kinderen met een zaklamp onder een
hoek op een vel papier schijnen. Hoe groot
is het oppervlak waar licht op valt? Laat
ze dit omcirkelen. Vervolgens schijnen ze
met de lamp recht van boven op het papier
en omcirkelen ook hier het oppervlak waar
het licht op valt. Bespreek met elkaar de
verschillen. Wat betekent dit als je op het
strand ligt; wanneer is de energie van de zon
het sterkst?
Uitleg
Het licht van de zaklamp wordt in het eerste
geval over een groter oppervlak verdeeld. De
energie per oppervlakte is daarom lager dan
wanneer de zaklamp recht omlaag schijnt. Op
ruitjespapier kunnen de kinderen makkelijk het
aantal hokjes tellen waar licht op valt. Dat is
ook de reden waarom je dus beter niet rond de
middag op een hete zonnige dag buiten op het
strand kan gaan liggen zonder je in te smeren
met zonnebrandcreme. Je kunt hier met elkaar
bespreken waarom men zegt dat je in de zomer
vooral tussen 12.00 en 15.00 uur niet buiten in
de directe zon mag zitten.
Extra
Er zijn apps waarmee je licht kunt meten. Laat
kinderen met een tablet of smartphone op
onderzoek uitgaan. Hoeveel licht meten ze
onder een tl-balk, bij de led-verlichting van een
muis of bij de verlichting van een beeldscherm.
Laat ze er maar eens mee spelen. Wat gebeurt
er als je ’s ochtends meet of in de middag? En
is er verschil als je een zaklamp recht of schuin
op de app schijnt. En wat is de invloed van een
kleurenfilter?
ACHTERGRONDINFORMATIE
Bedrijven, waaronder Philips, doen onderzoek
naar city-farming, want deze manier van kweken
zal steeds belangrijker worden. Er zijn steeds
meer monden om te voeden in de wereld en
met city-farming kunnen in een compacte ruimte
veel gewassen geproduceerd worden. Om te
kunnen groeien heeft een plant lichtenergie
nodig. De hoeveelheid energie is weer afhankelijk
van de lichtkleur. Daarom wordt er onderzocht
bij welke lichtkleur de beste groei plaatsvindt.
En dit kan van plant tot plant verschillen. Dit
soort onderzoek vindt niet alleen plaats voor de
toekomstige voedselvoorziening op de aarde,
maar ook voor de ontwikkelingen die er zijn voor
leven op Mars. Het is belangrijk om te kijken
hoe mensen daar in de toekomst eten kunnen
verbouwen. Op Mars zal de teelt van planten
waarschijnlijk plaatsvinden in afgesloten, met
led-lampen voorziene ruimten. Maar welke kleur
is optimaal voor planten en waar haal je de
elektriciteit vandaan? Wageningen UR houdt zich
bezig met onderzoek hiernaar.
Lichtstraal onder een hoek en recht van boven.
01_2015
TUINKERS OP VERSCHILLENDE
PLEKKEN
Verschijnselen ontdekken
LICHTENERGIE OMZETTEN
Waar kom je het tegen in het dagelijks leven?
Foto’s maken
Met lichtenergie kun je planten laten groeien; hoe meer lichtenergie hoe beter ze groeien. Er zijn
nog veel meer voorbeelden waar lichtenergie gebruikt wordt. Wat dacht je van de zonnebank of een
warmtelamp voor kleine kuikens. Je kunt ook denken aan zonnecellen die stroom opwekken, laserlicht
om metaal te snijden, het maken van foto’s en het produceren van computerchips.
Als je een foto van je huisdier maakt, kun je deze later terug
kijken. Dat werkt eenvoudig. Een druk op de knop is genoeg om
het beeld (je huisdier) op een lichtgevoelige plaat af te beelden.
Zo’n plaat heet een CCD sensor. De lichtenergie die het huisdier
uitstraalt, wordt omgezet in een elektrische stroom, dit wordt weer
digitaal opgeslagen in het geheugen. Later kun je dan het beeld
terugkijken of printen.
Waar gaat het om?
Kinderen ontdekken dat energie uit licht voor allerlei toepassingen gebruikt wordt. Bijvoorbeeld om
computerchips te produceren of om foto’s te maken. Dit passen ze toe in een eigen gemaakte camera.
Een selfie maken.
Dit heb je nodig:
• Fotocamera: Keukenrol (leeg), wc-rol waar de keukenrol in past (leeg), overtrekpapier of bakpapier,
aluminiumfolie, elastiekje, plakband, schaar, passer.
• Licht en schaduw meten: Lichtbron (zon, zaklamp, diaprojector, beamer, smartphone), voorwerp om
schaduw mee te maken, wit en zwart papier, theelicht, spiegel.
• Schaduw silhouet: Lichtbron (zon, zaklamp, diaprojector, beamer, smartphone), persoon, lijst of
raam, zwart en wit papier, potlood.
Lichtenergie omzetten
Zelf een fotocamera maken
Je kunt zelf met een wc-rol en keukenrol een fotocamera maken. Men noemt dit ook wel “Camera
obscura”. Hiermee maak je een afbeelding van de werkelijkheid. 1) Plak een opening van de
keukenrol af met overtrekpapier. 2) Vouw aluminiumfolie zo strak mogelijk om een opening van de
wc rol en zet deze vast met een elastiekje. Prik een klein gaatje in het aluminiumfolie. 3) Plaats de
rollen in elkaar en bekijk de wereld. Het licht komt binnen door het kleine gaatje in het aluminiumfolie
en valt dan op het overtrekpapier. Wat zie je? Zie je licht en donker? Zie je kleuren? Staat het beeld
hetzelfde als in het echt?
Bij het maken van computerchips maken bedrijven zoals bijvoorbeeld ASML, gebruik van
fotolithografie. Deze techniek gebruikt licht om een patroon van lijnen (een soort stratenplan)
af te beelden op een schijf silicium, waar de chip van gemaakt wordt. Verschillende lagen van
die patronen vormen een chip. De techniek van fotolithografie lijkt veel op de werking van een
fotocamera. Je maakt met behulp van licht een afbeelding in een lichtgevoelige laag, deze laag
wordt later weggehaald waardoor de afbeelding achter
blijft.
Foto: ASML
Lijnenpatroon op een computerchip.
Uitleg
Het proefje werkt het beste
met fel licht, zoals zonlicht, en
een klein gaatje. Bij weinig licht
maak je het gaatje ietsje groter.
Het beeld zal hierdoor wel
minder scherp worden. Door de
koker iets te verschuiven, kan je
proberen het beeld weer scherp
krijgen.
Uitleg
Fotolithografie is een ingewikkeld en zeer nauwkeurig
proces. Het Klokhuis heeft een duidelijk filmpje gemaakt over
computerchips om fotolithografie beter te kunnen begrijpen.
Je vindt dit op de site van : www.talentenik.nl/jetnet.
Dit zie je in het echt …
… en dit is het beeld in de camera obscura.
Hogeschool Kind en Educatie
Verschijnselen ontdekken
LICHTENERGIE OMZETTEN
Licht en schaduw
Bij het maken van een lithografie is het
belangrijk om overal op de lichtgevoelige plaat
(de schijf silicium) evenveel licht te krijgen.
Hiervoor is het nodig om in de lichtstraal te
meten. Dit heeft als gevolg dat er schaduw
op de lichtgevoelige plaat ontstaat. Dat is
ongewenst, want er komt dan niet meer
overal evenveel licht. Dit wordt in machines
bijvoorbeeld opgelost met spiegels. Laat
de kinderen dit uitproberen. Richt eerst een
lichtstraal (zaklamp, projector, smartphone)
op een vel papier. Plaats nu een voorwerp
tussen de lichtstraal en het papier. Je ziet de
schaduw van het voorwerp op het papier.
Door het voorwerp valt het licht niet meer
overal op het projectievlak. Als je goed kijkt,
zie je de kernschaduw en de slagschaduw (of
bijschaduw). Laat de kinderen de vorm van
de kernschaduw en slagschaduw tekenen en
inkleuren.
Uitleg
Het voorwerp houdt een deel van de lichtstraal
tegen. Op die plekken valt geen licht. De
hoeveelheid licht op het papier is niet overal
gelijk meer.
camera obscura
Achtergrondinformatie camera
Vroeger hadden we geen CCD sensor in het
fototoestel maar een lichtgevoelig filmrolletje
waarop het beeld werd vastgelegd. Waar veel
licht komt op de lichtgevoelige plaat, ontstaat veel
reactie. Na het afdrukken zal het deel waar veel licht
op gevallen is wit zijn en waar weinig of geen licht
is geweest zwart. In de camera obscura zien de
kinderen een heldere lucht als wit en een donkere
boom als zwart. Het beeld in de camera obscura
staat op z’n kop. Het licht komt binnen door het
kleine gaatje in het aluminiumfolie en valt dan op het
scherm van overtrekpapier. Door dit kleine gaatje
komt het licht van het beeld waarnaar je kijkt niet
rechtstreeks op het scherm. Dingen die hoog staan
kun je alleen laag op het scherm zien en dingen die
laag staan kun je alleen hoog zien. Het beeld wordt
door het kleine gaatje dus omgekeerd.
afbeelding
voorwerp
01_2015
Kernschaduw en slagschaduw.
Verschijnselen ontdekken
LICHT VERPLAATSEN
Waar kom je het allemaal tegen in het dagelijks leven?
Machines die computerchips produceren, maken gebruik van spiegels om het licht precies naar de goede
plek te sturen. Ook in de koplampen van een auto zitten spiegels om het licht te bundelen en te sturen.
spiegels gebruikt om het licht naar de machine te brengen. Met een paar spiegels en een zaklamp
kunnen de kinderen dit uittesten. Lukt het om het licht via de spiegels naar de andere kant van de
ruimte te sturen?
Waar gaat het om?
Kinderen ontdekken dat energie uit licht voor allerlei toepassingen gebruikt wordt. Ze testen uit hoe je
licht met behulp van spiegels kunt sturen. Ook ontwerpen ze een creatieve toepassing waarin ze dit
principe verwerken.
Dit heb je nodig
• Licht verplaatsen door een waterstraal: heldere pet-fles, water, zaklamp, schaar.
• Om een hoekje kijken: 2 spiegels, schaar, plakband, karton of lege melkverpakking, papier en
potlood.
• Lichtdoolhof ontwerpen: materialen afhankelijk van ontwerp.
Licht sturen
Licht in een waterstraal.
Licht gaat rechtdoor. Probeer zelf maar om met een zaklamp de hoek om te schijnen. Dit lukt wel als je
spiegels gebruikt om het licht (om) te leiden. Bedrijven, waaronder ASML, gebruiken deze techniek van
spiegelen in hun nieuwste machines. De lichtbron staat vaak ver weg van de machine. Daarom worden
Zo gaat het licht in de waterstraal.
Uitleg
Licht dat in een spiegel schijnt, zal onder dezelfde hoek weer wegkaatsen. De stand van de spiegel is
dus bepalend voor de richting waarheen het licht gaat. Met meerdere spiegels achter elkaar komt het
licht steeds verder. Doordat het steeds wat energie kwijtraakt, wordt de lichtstraal wel zwakker.
Licht verplaatsen door een waterstraal
Een andere manier om licht om een hoekje te laten gaan of te verbuigen is via een waterstraal. Kinderen
vullen een heldere fles met water en maken een gat onderaan. Wat gebeurt er als ze met een zaklamp
door de fles naar de waterstraal schijnen?
Uitleg
Het verschijnsel dat de kinderen zien is vergelijkbaar met glasvezel. Glasvezel is een dunne, sterke
draad van glas waar licht door gestuurd kan worden. De glasvezel is buigzaam, hierdoor kan het licht
in de vezel de hoek om gaan. Glasvezel wordt gebruikt om (internet)data te versturen, maar je ziet ook
veel creatieve verlichting waar glasvezel in verwerkt is.
Foto: ASML
Het licht gaat via spiegels door de machine.
Kinderen weerkaatsen het licht via spiegels.
Hogeschool Kind en Educatie
Verschijnselen ontdekken
LICHT VERPLAATSEN
Om een hoekje kijken
Soms kan het heel handig zijn om de hoek om te kunnen kijken. Of
over de schutting. Je kunt natuurlijk op een trap gaan staan. Maar
je kunt ook iets ontwerpen waarbij je spiegels gebruikt. Bespreek
met de kinderen of ze dit al eens gezien of gebruikt hebben.
Bijvoorbeeld bij een onderzeeboot. Wat hebben ze nodig om de
hoek om te kunnen kijken? De kinderen bedenken en maken hun
eigen ontwerp.
Uitleg
Het beeld (licht) wat in de bovenste spiegel van een periscoop
wordt gezien, wordt in de onderste spiegel weerkaatst. Hierdoor
zie je het beeld van de bovenste spiegel, terwijl je in de onderste
spiegel kijkt.
Lichtdoolhof ontwerpen
Laat de kinderen een spel bedenken en maken waarin ze het licht
door een soort doolhof leiden. Zulke spellen zijn al te koop (Laser
maze en Khet lasergame), maar het is natuurlijk leuker om een
eigen origineel spel te ontwerpen. Hoe gaat het spel werken?
Wat worden de spelregels? Welke materialen hebben de kinderen
nodig?
Achtergrondinformatie
Als licht via spiegels geleid wordt, wordt het licht steeds
zwakker. Bij elke spiegeling verliest de lichtstraal een deel van
de energie. Voor machines die gebruikmaken van deze techniek
is het dus nodig dat de lichtstraal aan het begin heel sterk is,
zodat er voldoende lichtenergie overblijft als deze bij het einde
aankomt. Bij het spiegelen zal de hoek waaronder het licht
uitstraalt even groot zijn als de hoek waarmee het licht op de
spiegel valt.
Het gebruik van spiegels zie je in complexe machines maar ook
in eenvoudige instrumenten. Met een periscoop kun je om een
hoekje kijken. Het licht wordt via spiegels naar je oog geleid.
Dat kan dankzij twee spiegels, elk onder 45° met de as van de
periscoop. Het opgevangen licht wordt door de buis omhoog
of omlaag geleid. Je ziet dit bijvoorbeeld toegepast in een
onderzeeër. Of om ergens overheen of omheen te kijken.
Een glasvezel is gemaakt van glas. Het glas wordt tot dunne
draden getrokken. De vezel is niet meer breekbaar, zoals glas,
maar buigzaam en sterk. Door de glasvezel kan licht gestuurd
worden. De hoek waaronder het licht door de vezel gestuurd
wordt is zodanig dat het licht volledig weerkaatst wordt. De
lichtstraal wordt steeds verder door de vezel weerkaatst.
Hierdoor kan het licht een grote afstand afleggen. Door de
buigzaamheid kunnen de vezels alle soorten hoeken en bochten
maken. Het Klokhuis heeft een filmpje gemaakt over de werking
van glasvezel. Je vindt dit op de website van Techniek&k via
www.talentenik.nl/jetnet.
Ontwerp je eigen lichtspel.
01_2015
Om een hoekje kijken.
Verschijnselen ontdekken
STRALING
Waar komen we het allemaal tegen?
Licht filteren
Wanneer je in de zon zit voel je de warmte van de zon en zie je het intense licht. Als het te
warm wordt kan je onder een parasol gaan zitten. Je kijkt dan niet meer direct in de zon en de
warmte voel je niet meer op je huid branden. Als je te lang in de zon zit verbrandt je huid. Als je
zonnebrandcrème opsmeert, verbrand je minder snel. De zonnebrandcrème vormt een laag op
onze huid die ons beschermt tegen de zonnestraling. (zie ook Nivea Sun commercial).
De kinderen testen wat er gebeurt als je (zon)licht weg filtert. Eerst voelen ze de warmte van de zon
of een lamp direct op hun gezicht. Laat ze niet direct in het licht kijken. Is het warm? Laat ze meer en
minder afstand nemen tot de lamp. Wat is het verschil? Dan houden ze een stuk karton tussen gezicht
en lichtbron. Het licht schijnt nu niet meer direct in het gezicht. Het karton werkt als afscheiding tussen
het kind en de lichtbron. Bespreek wat er veranderd is met de hoeveelheid licht. En hoe zit het met de
warmte? Laat ze ook andere voorwerpen en materialen uitproberen. Houdt elk voorwerp evenveel licht
en warmte tegen?
Hier gaat het om
Kinderen ontdekken dat er naast zichtbaar licht ook onzichtbaar licht is. De verzamelnaam
hiervoor is straling. Straling kent verschillende verschijningsvormen waaronder ultraviolette
straling, infrarode straling en röntgenstraling. Röntgenstraling vind je terug in röntgenapparatuur
in ziekenhuizen. Kinderen ontdekken dat diverse types straling tegengehouden worden door
bepaalde materialen.
Uitleg
Onder een parasol voel je de directe warmte van de zon niet meer. Je voelt wel de warmte van de lucht
om je heen, maar niet de directe zonnewarmte.
Dit heb je nodig
Licht filteren:
• Zon of een warme lamp (niet te fel)
• Stuk karton
Röntgenstraling (1):
• 1 Doorzichtig, 1 semitransparant en
1 Ondoorzichtig bakje met deksel
• 1 Heel potlood
• 1 Potlood met breuk
• 2 Helften van een gebroken potlood
•Blinddoek
• Zwakke lamp
• Felle lamp
• Plastic zakjes, verschillend in kleur en transparantie
Röntgenstraling (2):
• Groot vel papier (A3)
• Stuk tule, niet groter dan het papier
• Stuk karton
• Verfspuitbus op waterbasis
Zonnebrandcrème beschermt tegen de zonnestraling.
Licht van de lamp wegfilteren.
Schaduw zoeken op het strand.
Hogeschool Kind en Educatie
Verschijnselen ontdekken
STRALING
Als je je arm gebroken hebt, is het aftasten van
de arm door de arts erg pijnlijk. Wanneer we
met röntgenstraling de gebroken arm belichten
en aan de andere kant van de arm het licht
weer opvangen, kunnen we, zonder de arm aan
te raken, vaststellen of er een botbreuk is. Dit
(onzichtbare) licht gaat wel door de zachte delen
(huid en vlees) van het lichaam, maar niet door
de harde delen (botten). Je kunt dit simuleren
door de verschillende potloden in verschillende
plastic zakjes te doen. Blinddoek de kinderen.
Kunnen ze voelen welk potlood in welk zakje zit?
En hoe werkt het als je niet kunt voelen, zoals bij
een gebroken arm. Kunnen ze zien wat er in de
verschillende zakjes zit? Helpt het wanneer we
een lamp door de zakjes laten schijnen? En hoe
zit het met de bakjes; kunnen ze zien wat daar in
zit? Helpt het als we een lamp gebruiken? Maakt
het nog uit welke lamp?
Uitleg
Hoe feller het licht hoe makkelijker je door
(semi) transparante materialen kunt kijken.
Maar bij het (voor mensenogen) ondoorzichtige
materiaal komt zelfs de felste lamp niet door. Met
röntgenstraling is het wel mogelijk om door dit
soort materialen heen te kijken.
Röntgenstraling (2)
Knip uit het karton en tule dezelfde vorm,
bijvoorbeeld van een bot. Leg op het papier
het karton met tule. Het karton staat voor
de botten in je lijf. Het tule staat voor de
spieren en huid. Het papier maakt de straling
zichtbaar. De kinderen spuiten de verf over
het geheel, de verf stelt de röntgenstraling
voor. Wat zien ze na het weghalen van de tule
en het karton?
Met een röntgenfoto zie je de botten.
Uitleg
De verf is dwars door de huid en spieren (het
tule) heengegaan en heeft alleen een afdruk
De verf gaat niet door alle materialen.
achter gelaten waar het karton gelegen heeft. Net
zoals bij röntgenstraling zien ze precies de vorm
van het bot. De verf is namelijk door het karton
(de botten) tegengehouden.
Achtergrondinformatie
Door de zon worden verschillende soorten
straling uitgezonden: gammastraling,
röntgenstraling, ultraviolet (UV), zichtbaar licht,
infrarood en radiostraling. Zichtbaar licht is
slechts een klein deel hiervan. Infraroodstraling
is de onzichtbare straling die warmte
afgeeft. Sommige dieren kunnen infrarood
waarnemen. Zo kunnen ze warme prooien
detecteren. Ultraviolette straling is onzichtbare
elektromagnetische straling. Het effect van
ultraviolette straling is zeer groot, ook al
is het onzichtbaar. UV-straling kan schade
veroorzaken aan het hoornvlies van je ogen.
Een goede zonnebril moet beschermen tegen
verblinding, maar moet ook zo veel mogelijk
UV-stralen filteren. Kinderen zijn kwetsbaarder
voor veel licht en UV-straling dan volwassenen
en moeten dus extra goed beschermd worden.
In Nederland is de UV-straling lager dan rond
de evenaar. Toch kan de UV-straling ook in
ons land flink oplopen. Daarom is bescherming
tegen de zon erg belangrijk, in ieder geval
in de zomermaanden tussen 12 uur en 15
uur. Je beschermt je door: insmeren met
zonnebrand, in de schaduw zitten en een
hoedje en zonnebril opzetten. Röntgenstraling
is handig om mee in je lichaam te kijken als je
iets mankeert, maar veelvuldige blootstelling
aan deze straling is gevaarlijk. Het kan de
cellen in je lichaam beschadigen waardoor het
risico op kanker toeneemt. Daarom zitten de
radiologen, die de hele dag met röntgenstraling
werken in een aparte kamer met dikke muren,
een hele zware deur en speciaal loodglas. De
röntgenstralen kunnen hier niet doorheen. Om
dezelfde reden zit de radioloog in een aparte
kamer als ze de röntgenfoto nemen. Op een
röntgenfoto kun je de botten goed zien. Dat
komt omdat röntgenstraling dwars door het
zachte weefsel gaat maar tegengehouden
wordt door harde weefsels in je lijf.
01_2015
Röntgenstraling (1)
Verschijnselen ontdekken
WIFISIGNALEN
Waar komen we het allemaal tegen?
Wifi afschermen
Als we in huis gebruikmaken van internet voor onze tablet, computers of smartphones is dat vrijwel
altijd met behulp van wifi. Of het nu in de woonkamer is of in de slaapkamer, overal kun je via wifi
verbinding maken met internet. Je moet dan je apparaat verbinden met de wifi-zender (router). Hoe
verder je wegloopt van de router, hoe slechter het signaal wordt. Wifi is op steeds meer plaatsen
beschikbaar; in de trein, bij veel restaurants en in openbare gelegenheden.
Sommige materialen blokkeren wifi. De kinderen onderzoeken dit door een telefoon, tablet of iPod met
verschillende materialen in te pakken. Eerst sturen ze vanuit een telefoon (niet ingepakt) een appje
naar elkaar. Dan pakken ze de telefoon met verschillende materialen in? Welke materialen blokkeren
het signaal? En met welke materialen kunnen ze wel contact blijven maken? Maakt het uit of je het
materiaal een of meer keer om het apparaat wikkelt? Maakt het soort apparaat nog uit hoe goed die het
wifisignaal blijft ontvangen? Bij deze opdracht is het belangrijk dat alleen het wifinetwerk actief is. Zorg
dat het telefoonnetwerk is uitgeschakeld, want anders kan alsnog data verstuurd worden. Dit netwerk
werkt namelijk met andere signalen.
Hier gaat het om
Kinderen ontdekken de werking van wifi. Ze proberen uit met welke materialen je wifisignalen kunt
blokkeren en passen die toe in een ontwerp. Ook ervaren ze spelenderwijs hoe storingen in een
wifisignaal ontstaan.
Dit heb je nodig
• Apparaten die met wifi verbonden kunnen worden; GSM/smartphone, tablet, iPod
• Verschillende soorten papier
•Aluminiumfolie
• Fijn kippengaas
• Materialen voor ontwerpopdracht
Wifi vind je in huis …
… en op allerlei plekken buitenshuis.
Wifi blocker ontwerpen
De kinderen weten nu welke materialen ervoor zorgen dat wifisignalen geblokkeerd worden. Deze
kennis passen ze toe in een ontwerp voor een dagelijks probleem op school; hoe kun je ervoor
zorgen dat de les niet meer gestoord wordt door telefoons die aanstaan? Hoe komt het ontwerp eruit
te zien? Welke materialen ga je gebruiken? Wat is het resultaat na testen? Willen ze hun ontwerp
nog veranderen of verbeteren? Gebruik de stappen van de ontwerpcirkel bij dit proces.
Welke materialen blokkeren wifi?
Hogeschool Kind en Educatie
Verschijnselen ontdekken
WIFISIGNALEN
Storingen bij wifi
Je wilt een filmpje kijken op je tablet, maar deze
maakt geen contact met wifi. Dat is heel vervelend.
Bij wifisignalen kan er een slecht signaal zijn
wanneer de afstand tot de zender te groot is. De
storing kan ook veroorzaakt worden wanneer we
exact tussen twee even sterke zenders staan en
er continu geschakeld wordt tussen deze twee
zenders. Door deze storingen te simuleren, krijgen
de kinderen begrip hoe dit werkt.
1)Hoe werkt het overschakelen tussen twee
wifizenders? Twee pratende kinderen staan op
ruime afstand van elkaar en 1 kind loopt tussen
hen op en neer. Het lopende kind hoort eerst
vooral het ene kind. Als hij naar de ander loopt,
dan wordt deze steeds hoorbaarder. Op een
bepaald moment hoort het lopende kind de
beide andere kinderen even hard. Als hij weer
verder loopt, hoort hij vooral het andere kind.
Dit is vergelijkbaar met twee huizen, die op
dezelfde wifikanalen zitten.
2)Hoe werkt een wifirepeater? Dit is een
apparaat dat de wifisignalen oppakt en
versterkt doorstuurt. Maar hoe werkt dat?
Laat kinderen een zin aan elkaar doorvertellen.
Degene die start zegt zachtjes iets tegen
de volgende, deze vertelt de zin weer door.
Degene die daarna komt mag de zin hardop
doorvertellen aan de volgende (degenen die
de zin nog niet gehoord hebben moeten even
hun vinger in de oren doen). Daarna geeft die
persoon de zin weer zachtjes door. Je zal zien
dat de zin (bijna) helemaal goed doorkomt,
doordat deze af en toe versterkt wordt.
3)Hoe werkt storing tussen verschillende
apparaten? Laat kinderen weer een zin
doorvertellen aan elkaar. Laat iemand
meelopen en allerlei storende geluiden
maken terwijl de kinderen de zin aan elkaar
doorvertellen. Wat gebeurt er?
4)Wat gebeurt er als het wifisignaal niet sterk
genoeg is? Twee kinderen staan weer op
afstand van elkaar. Hoe kunnen ze zich beter
verstaanbaarder maken? Bijvoorbeeld met
hard roepen, dichterbij staan of met hogere
stem/lagere stem spreken. Wat gebeurt er als
de twee personen in aparte kamers staan en
wanneer je dan ook nog een of beide deuren
dicht doet. Laat de kinderen verschillende
situaties uitproberen.
de beschikbare radiofrequenties. Steeds meer
apparaten maken gebruik van deze wifisignalen.
Naast tablet en smartphone komen er steeds
meer andere apparaten op de markt met een
internetverbinding via wifi. Denk hierbij aan de
thermostaat, tv, koelkast, oven, garagedeur, auto,
dimmer en lichtschakelaarsystemen. Een slecht
wifisignaal kan veroorzaakt worden door ijzer
en staal in de buurt van de router. Kippengaas
om je telefoon of tablet zorgt ervoor dat het wifi
signaal jouw apparaat niet bereikt. Dit werkt
volgens het principe van een Kooi van Faraday.
Ook elektrische apparaten kunnen wifisignalen
verstoren. Bijna alle elektrische apparaten die
verbonden zijn met het stopcontact produceren
straling. Deze straling kan storend werken op je
wifisignalen. De zendmasten van mobiele telefonie
en internet (3G en 4G) hebben een groot bereik.
Ze komen makkelijk ons huis binnen terwijl ze op
kilometers afstand staan. Toch komt het voor dat
je geen bereik hebt of dat er veel storing is.
Achtergrondinformatie
Iedereen wordt blootgesteld aan straling:
gammastraling, röntgenstraling, ultraviolet (UV),
zichtbaar licht, infrarood en radiostraling. Wifi valt
onder de radiostraling, het gebruikt een deel van
01_2015
Geef jij het signaal duidelijk door?