OPTICA

OPTICA 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?

Wat is licht? Licht is een vorm van energie ! Zonlicht duwt gas weg uit de komeetkop Zonlicht wordt omgezet in elektrische energie Licht is een vorm van energie ! Licht doet molentje draaien

De Rechtlijnige voortplanting van het licht

Wat is licht ? 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

Wat is licht ? 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

Wat is licht ? 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.

Lichtbronnen en donkere lichamen

Lichtbronnen Voorwerpen die zelf licht produceren, noemt men lichtbronnen.

Donkere voorwerpen bakstenen spiegel koffiekan bloemen vaas…

Donkere voorwerpen Voorwerpen die geen licht produceren, noemt men donkere voorwerpen.

Doorzichtig, doorschijnend, ondoorschijnend Dit deksel is … doorschijnend cd en cd-doosje zijn … ondoorschijnend Dit deksel is … doorzichtig

Lichtbronnen en donkere lichamen 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.

Lichtbronnen en donkere lichamen 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

Lichtbronnen en donkere lichamen 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

Voortplanting van het licht 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.

Voortplanting van het licht

Voortplanting van het licht 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 Foto lucht conclusie

Rechtlijnige voortplanting van het licht Volkomen rechtlijnige laserstralen In een homogene optische middenstof plant het licht zich rechtlijnig voort

De LASER Laser: lichtbron die zeer bijzondere lichtgolven voortbrengt. 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.

Lichtstraal en lichtbundel

Lichtstraal en lichtbundel 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

Lichtstraal en lichtbundel 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.

Lichtstraal en lichtbundel 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

Soorten lichtbundels Bolle lens Divergerende bundel Convergerende bundel Evenwijdige bundel

Lichtstraal en lichtbundel 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

Lichttheorie

Lichttheorieën Huygens 1629-1695 Newton 1642-1727 Lichtstralen zijn golven Huygens 1629-1695 Een lichtstraal is een stroom van deeltjes Newton 1642-1727

Lichttheorieën Planck 1858-1947 Einstein 1879-1955 Lichtstraal = Stroom van fotonen Een foton is tegelijk deeltje en golf Einstein 1879-1955

Lichttheorie 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

Gevolgen van de rechtlijnige voortplanting van het licht : “Schaduwvorming” Handboek p. 130-134, cursus optica pag 5

Hoe ontstaat een schaduw? 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

Schaduwvorming 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

Puntvormige lichtbron kernschaduw

Kernschaduw Scherp begrensde kernschaduw

Schaduw bij puntvormige lichtbron kernschaduw

Schaduwbeeld gevormd door een puntvormige lichtbron 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

Schaduwbeeld gevormd door een puntvormige lichtbron Puntvormige lichtbronnen leveren altijd een scherpe, donkere schaduw op: een kernschaduw of slagschaduw.

Uitgebreide lichtbron bijschaduw kernschaduw bijschaduw

Kernschaduw en bijschaduw Onscherp begrensde kernschaduw

Schaduw bij uitgebreide lichtbron kernschaduw bijschaduw

Schaduwbeeld gevormd door een NIET- puntvormige lichtbron 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

Schaduwbeeld gevormd door een NIET- puntvormige lichtbron 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.

Toepassingen van schaduwvorming

Schijngestalten van de maan

De schijngestalten van de Maan 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

Schijngestalten van de maan nieuwe maan (1) eerste kwartier (2) halve maan (3 + 7) volle maan (5) laatste kwartier (8)

Zonsverduistering – cursus pag 9 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.

Zonsverduistering 1 = kernschaduw 2 = bijschaduw

Zonsverduistering – cursus pag 9 Voorwaarden : Nieuwe maan Aarde , Zon en Maan op één as

Zonsverduistering Zonsverduistering 1999, gezien vanuit Mir

Zonsverduistering Zon: van diamantring tot corona Maanschaduw beweegt over de aarde

Zonsverduisteringen op Saturnus De ringen van Saturnus werpen een schaduw op Saturnus. In die schaduw is het zonsverduistering. Deze maan van Saturnus werpt een schaduw op Saturnus. In die schaduw is het zonsverduistering De ringen en de manen van Saturnus doen zonsverduisteringen ontstaan

Maansverduistering – cursus pag 9 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.

Maansverduistering bijschaduw kernschaduw

Maansverduistering – cursus pag 9 Voorwaarden : Volle maan Aarde, Zon en Maan op 1as

Maansverduistering Videoclip van maansverduistering

Toepassing van schaduwvorming: Schimmenspel Een afschuwelijke operatie… Schimmenspel in Indonesië

Camera obscura of donkere kamer 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.

Camera obscura of donkere kamer De beroemde “camera obscura” in het Schotse Edinburg Met een draaibare spiegel kunnen beelden vanuit elke richting naar binnen geprojecteerd worden. Beelden van de stad worden in het donkere zaaltje onder de koepel geprojecteerd op een witte tafel.