Hoofdstuk 8

H8 paragraaf § 1 t/m 4

§ 1 licht en kleur

Doordat de zon veel dichter bij de aarde staat dan de andere sterren, is hij voor ons de belangrijkste natuurlijke lichtbron.  Het witte Licht van de zon bestaat uit alle kleuren van de regenboog. Dat kun je aantonen door zonlicht onder de juiste hoek op een driehoekig stuk glas te Laten vallen. Zo’n stuk glas heet een prisma Op een scherm achter het prisma is dan een reeks kleuren te zien: rood, oranje, geel, groen, blauw en violet (figuur 1). Zo’n reeks kleuren wordt een spectrum genoemd. Met een tweede prisma kun je de verschillende kleuren licht in het spectrum weer met elkaar mengen. Met dit soort proeven kun je Laten zien dat zonlicht een mengsel is van verschillende spectraal kleuren. dat zijn de zuivere kleuren in het spectrum. Licht kun je je voorstellen als golven die zich voortplanten door de ruimte. Mensenogen zijn alleen maar geschikt om straling te zien waarvan de golflengte ligt tussen 400 nanometer en 750 nanometer. Dat is het gebied van het zichtbaar Licht.  De kleur van Licht hangt af van de golflengte. Rood Licht heeft een golflengte van ongeveer 750 nm en paars Licht van 400 nm.

Je kunt alleen dingen zien als ze verlicht worden.  Het Licht dat op het voorwerp valt, wordt dan diffuus  teruggekaatst. Je ziet het voorwerp alleen als een deel van dit teruggekaatste licht in je ogen terechtkomt. Overdag worden dingen door de zon verlicht. Je ziet de wereld dan in kleur. De verschillende kleuren ontstaan doordat veel voorwerpen het zon Licht maar gedeeltelijk weerkaatsen. Daarom geeft een  en rood voorwerp vooral de spectraal kleur rood en een blauw voorwerp vooral de spectraal kleur blauw. Witte voorwerpen kaatsen bij na al het zonlicht terug. Alle spectraal kleuren worden daarbij even sterk weerkaatst. Het teruggekaatste Licht heeft daardoor dezelfde samenstelling Als het oorspronkelijke zonlicht en dus zie je het voorwerp als wit. Zwarte voorwerpen kaatsen juist heel weinig licht terug, er komt geen licht in je ogen en daarom zie je het voorwerp als zwart.

Kunstmatige lichtbronnen zijn door de mens gemaakt. Als je met een spectroscoop naar deze lichtbronnen kijkt, zie je het spectrum van het lamplicht. Zo kun je vaststellen uit welke kleuren het licht van de lamp bestaat. Een halogeenlamp en tl-buis geven allebei wit licht. Maar hun spectrum is verschillend in een tl-buis overheersen bepaalde kleuren, bij een halogeenlamp is het spectrum meer gelijkmatig, zoals bij de zon. daarom zie je kleuren anders bij tl-buizen dan in zonlicht.

Een natriumlamp geeft maar één kleur licht, het spectrum bestaat uit twee smalle lijntjes in het gele gebied. Soms is er ook en oranje streepje, die is afkomstig van het gas neon. In dit licht ziet alles er anders uit, paars lijkt bijvoorbeeld donkergrijs of zwart. Dit komt doordat de trui het gele licht bijna volledig absorbeert. Een witte en gele trui lijken onder de lamp allebei geel, het licht van de natriumlamp wordt door beide truien even sterk weerkaatst.

Een beeldscherm bestaat uit allemaal subpixels die altijd dezelfde kleur hebben: rood, groen en blauw. Je kunt dit zien als je het beeldscherm met een vergrootglas bekijkt. Elke subpixels kan apart aan en uit gezet worden. Bij iets roods, lichten de rode subpixels op, bij groen allen groen, enzovoort. Andere kleuren worden gemengd, bijvoorbeeld wordt geel gemaakt door de rode en groene subpixels tegelijk aan te zetten.  Dat rood en groen, geel licht maken heeft te maken met hoe je ogen dit opvangen. In het netvlies zitten drie soorten kegeltjes A reageert op rood, oranje en geel, B op geel, groen en blauwgroen en C op blauwgroen, blauw en violet licht. Een mengsel van rood en groen activeert A en B en daarom zie je geel.

§ 2 reflectie en verstrooiing

het licht dat lichtbronnen uitstralen, beweegt alle kanten op. De lichtstralen die je tekent, teken je recht want licht beweegt langs rechte lijnen. Een verzameling lichtstralen wordt een lichtbundel genoemd. Soms is een lichtbundel evenwijdig, maar meestal lopen de lichtstralen uit elkaar dit noem je divergent. Divergent licht wordt steeds zwakker als het verder schijnt. Als de lichtstralen naar elkaar toegaan noem je dat convergent, en wordt het licht steeds sterker. Wanneer een voorwerp een deel van het licht van de lichtbron tegenhoud, is er een schaduw. In de schaduw is dan een gebied waar het licht niet direct kan komen. Omdat licht langs rechte lijnen beweegt, kan je de grootte van het schaduw gebied makkelijk bepalen:

1. Teken de lichtstralen die net niet worden tegengehouden door het voorwerp
2. Arceer het gebied tussen de twee randstralen, hier is de schaduw

Als mensen heel precies moeten werken moet er veel licht zijn. Daarvoor worden meestal lampen gebruikt die direct licht geven. Dat betekent dat het licht rechtstreeks van de lichtbron naar het werkvlak gaat. Een leeslamp is niet geschikt voor een oppervlak met allerlei werkmateriaal. Er ontstaan overal scherpe schaduwen, waardoor je niet goed kunt zien waar je mee bezig bent. Het helpt als je twee lampen naast elkaar hangt, je krijgt dan een dubbele schaduw, een voor elke lamp. Op de plaats waar de schaduwen samenkomen is de kernschaduw, links en rechts hiervan is het iets lichter. Hier is de halfschaduw. Bij een tl-buis is er altijd wel een stukje dat die plek belicht. Hierbij krijg je vloeiende overgangen tussen licht en donker.

Indirect licht schijnt niet rechtstreeks de kamer in, maar wordt gericht op een witte muur. De muur weerkaatst het lamplicht in verschillende richtingen. Het lijkt hierdoor of de muur een groot lichtgevend vlak is, een indirecte lichtbron. Om ‘zacht’ licht te produceren valt het licht op doorschijnend papier. Het licht wordt hierdoor in allerlei richtingen verstrooit, dit noem je diffuus licht.

Indirect en diffuus licht is afkomstig van een groot oppervlak, hierdoor is het contrast tussen licht en schaduw minder groot. Indirect licht ontstaat door reflectie: het licht weerkaatst tegen een ondoorschijnend vlak, zoals een wit plafond. Diffuus licht ontstaat door verstrooiing: het licht weerkaatst niet, maar veranderd van richting als het door een doorschijnend materiaal beweegt, en gaat daarna alle kanten op.

Als je omhoog kijkt naar de lucht is het hemelsblauw. Dat blauwe licht is een mengsel van spectraal kleuren. Er zit in: veel violet (je ogen zijn hier niet heel gevoelig voor), veel blauw en een beetje groen. De mengkleur van deze spectraal kleuren is hemelsblauw. Die blauwe kleur komt doordat de moleculen het zonlicht van richting laten veranderen. In een dunne laag lijkt de lucht dan doorzichtig, maar in de dikke atmosfeer is de verstrooiing goed merkbaar. De spectraal kleuren violet en blauw worden het sterkst verstrooid, en rood en oranje het mist. Daardoor is het verstrooide licht hemelsblauw. Bij een zonsondergang moet het licht van de zon een lange weg afleggen. Hierdoor is het violette en blauwe licht al verstrooid en lijkt de zon dan rood.

§ 3 spiegelbeelden

Een Spiegel is een glasplaat waar een laagje aluminium of zilver op is aangebracht. Licht passeert het glas en wordt daarna teruggekaatst door het laagje metaal daaronder. Doordat het oppervlak glad is, is de terugkaatsing spiegelend. Het licht wordt dat gericht teruggekaatst en niet alle kanten op. Als je in een vlakke spiegel kijkt zie je jezelf, en zelfs diepte. Er is alleen een verschil: voor en achter zijn in de spiegel omgedraaid. Je ziet tekst bijvoorbeeld in spiegelschrift.

In het plaatje zie je hoe een spiegel een evenwijdige en smalle lichtbundel terugkaatst. Omdat je zo’n kleine lichtbundel kunt tekenen als één lichtstraal, zeg je meestal lichtstraal in plaats van evenwijdige smalle lichtbundel. Op de plek waar de lichtbundel de spiegel raakt, is een loodrechte lijn getekend, t.o.v. de spiegel. Dit is de normaal. De hoek van de invallende lichtstraal en de normaal heet de hoek van inval. De hoek tussen de teruggekaatste lichtstraal en de normaal heet de hoek van terugkaatsing. Hoek van inval = hoek van terugkaatsing, dit is de spiegelwet. Wat je doet is je meet de hoek van inval t.o.v. de spiegel. Stel deze hoek is 30^oC dan teken je de hoek van terugkaatsing ook 30^oC.

Wanneer er een lampje voor de spiegel staat, lijkt het alsof het licht uit een punt achter de spiegel komt. Het spiegelbeeld bevindt zich even ver achter de spiegel als het voorwerp ervoor. Je tekent dit als volgt: stel punt a ligt 3 cm voor de spiegel, dan teken je achter de spiegel na 3 cm punt a’. doe dit ook met de andere punten.

Als je wil tekenen hoe een spiegel licht weerkaatst, hoef je niet de spiegelwet te gebruiken. Wat je doet is dat je de lichtbron evenwijdig aan de andere kant van de spiegel tekent. Daarna trek je de lichtstraal door tot achter de spiegel. Nu leg je je geodriehoek op het punt achter de spiegel en ga je door het punt waar de lichtstraal tegen de spiegel komt.

Als je in een tripelspiegel kijkt, zie je jezelf op de kop. De lichtbundel die in de spiegel valt wordt drie keer weerkaatst, hierdoor draait de lichtbundel precies om en zie je jezelf op z’n kop. Dit wordt bijvoorbeeld gebruikt in reflectoren. Het licht wat de auto’s hierin schijnen komt dan terug naar de bestuurder.

§ 4 infrarood en ultraviolet

Alle voorwerpen, maar ook mensen en dieren zenden infrarode straling uit. Hoe hoger de temperatuur van het voorwerp hoe meer ir-straling. Net als zichtbaar licht kan ir-straling als zichtbaar licht worden voorgesteld. Warmtelampen maken hiervan gebruik. Mensen en dieren ervaren dit als ‘aangenaam warm’. Ir-straling wordt ook gebruikt voor afstandsbedieningen. Als je op een knopje drukt, zend hij een reeks ir-flitsen uit. Die worden opgevangen door de ir-sensor en wordt dan verwerkt. Infraroodsensoren vind je ook in alarminstallaties, winkeldeuren die zelf open en dicht gaan en ook nachtkijkers. Telecommunicatie gaat ook steeds vaker met ir-straling. Bij de verzender wordt een elektrisch signaal omgezet in ir en bij de ontvanger precies andersom. Ir-straling kun je ook gebruiken om schilderijen te onderzoeken. Als je een schilderij met ir onderzoekt, worden de lagen eronder zichtbaar.

Ir-straling heeft een iets langer golflengte dan zichtbaar licht. De golflengte van uv-straling is iets korter dan zichtbaar licht. Net als ir-straling is uv-straling onzichtbaar voor mensen. Uv zorgt ervoor dat je bruin wordt als je in de zon ligt, en ook dat je verbrandt als je dit te lang doet. Je huidcellen zijn dan beschadigd en je heb een licht verhoogd risico op huidkanker.

Uv lampen in discotheken en zonnebanken herken je aan hun violette licht. Uv-stralling kan sommige stoffen sterk laten oplichten, dit heet fluoresceren. Fluorescerende stoffen worden toegepast in geld en tl-buizen. Als een bankbiljet is vervalst, ligt hij niet op. Er zijn ook uv-lampen met een korte golflengte, hiermee kan je werkoppervlaktes schoonmaken, ook wel steriliseren genoemd.