Wikijunior:Natuurkunde/Licht

Gezocht: Wikibookianen die een beroep hebben waar natuurkunde bij gebruikt wordt en die in het hoofdstuk "Einde" heel kort iets willen vertellen over hun beroep.

Inleiding: Werken met licht

Met licht kun je van alles doen, als je maar de juiste hulpmiddelen hebt. Lampen, camera's, spiegels, projectoren, glasvezelkabels en zonneweringen laten het licht doen wat jij wilt.

Wat is licht?

Licht heb je nodig om te kunnen zien. Als er geen licht is kun je ook niet zien. Het licht om je heen komt in je ogen, wordt dan omgezet in signalen en naar de hersenen geleidt die er dan een beeld van maakt.

Licht wordt gemaakt door een lichtbron. Dat kan een gloeilamp zijn, maar het kan ook de zon zijn. De gloeilamp is een kunstmatige lichtbron, de zon is een natuurlijke lichtbron. In beide gevallen wordt licht gemaakt door atomen, die veel energie bevatten. Als ze die energie afgeven, doen ze dat door licht uit te stralen.

• De zon bestaat uit gassen en heeft een heel hoge temperatuur, doordat er veel energie vrijkomt bij de reactie van deze gassen in de zon. En geeft natuurlijk ook licht.
• Een gloeilamp geeft licht doordat het draadje ervan heet wordt, wanneer er een elektrische stroom doorheen gaat.
• Ook een meteoor, die door de dampkring vliegt, wordt heel erg heet door de wrijving met de lucht. De hete steen gaat dan licht uitstralen. Je ziet dan een lichtflits, een vallende ster, totdat de komeet geheel uit elkaar is gevallen.
• Bij de bliksem gebeurt net weer iets anders. De grote stroom die loopt tussen de wolken en de aarde maakt het luchtkanaal heel erg heet, waardoor het licht uitstraalt. Door die energie die vrijkomt ontstaat er een knal (de donder).

Je kunt vast andere lichtbronnen bedenken. Hoe zit het met een kaarsvlam? Soms zijn er echter lichtbronnen die niet heet zijn, een tl-buis bijvoorbeeld, of een tv. Daar komt het licht door fluorescentie, doordat elektronen tegen de kleurstofjes in het scherm aanvliegen.

Het licht beweegt zich in alle richtingen van de lichtbron af. Je kunt dat laten zien door lichtstralen te tekenen. Die geven aan welke weg het licht volgt. Ze zijn altijd recht. Dat moet ook, want licht beweegt ook langs rechte lijnen.

De meeste voorwerpen geven geen licht. Je kunt ze alleen zien als er licht op schijnt. Bijvoorbeeld een foto met handtekening van je idool. Het licht wat erop valt wordt gedeeltelijk geabsorbeerd en gedeeltelijk in alle richtingen teruggekaatst. De foto is een indirecte lichtbron, want je ziet de foto alleen als het teruggekaatste licht rechtstreeks je ogen bereikt.

In de natuurkunde gedraagt licht zich soms als een golf, net als een steen die je in het water gooit; Het licht kan dan om een obstakel heen buigen. Soms gedraagt het licht zich als deeltjes, het kan ergens tegenaan kaatsen, tegen een spiegel bijvoorbeeld.

Maar hoe ontstaat licht?

Licht is eigenlijk een merkwaardig verschijnsel. Wat is het precies voor iets? Sommige mensen denken dat het golven zijn, zoals geluid[1]. Er zijn ook mensen die denken dat het deeltjes zijn, zoals een zandstorm, maar dan met heel kleine korreltjes. Maar waar bestaat het uit?

Alle materie om ons heen bestaat uit atomen. Atomen zijn de allerkleinste materiedeeltjes die er bestaan. Maar een atoom is wel weer opgebouwd uit nog kleinere deeltjes. In een atoom beschrijven elektronen allerlei banen in een elektronenwolk. Je kunt de beweging van die elektronen op verschillende manieren verstoren, onder andere door het atoom te verhitten. De elektronen gaan dan in wijdere banen om de kern heen cirkelen. Ze raken aangeslagen. Maar ze 'willen' weer terug naar hun oude baan. En dan... op het moment dat ze zich terugspringen, geven ze een lichtflits af. Die noem je foton.

Een ander voorbeeld: je stuurt elektriciteit door een broodrooster. De atomen raken opgewonden en de elektronen gaan vanuit hun wijdere baan weer terug in hun oude baan. Daar komt hun lichtflits bij vrij. En als je dan in het broodrooster kijkt, zie je dat de draadjes gaan gloeien. Tadaaaa! Licht.

Lichtbronnen

Bliksemflits.

Lichtbronnen zijn dingen die licht afgeven. Er zijn kunstmatige lichtbronnen, die door mensen zijn gemaakt. Voorbeelden zijn een fietslampje en kerstlichtjes.
Er zijn ook natuurlijke lichtbronnen. Die zijn niet door mensen gemaakt. Voorbeelden zijn een bliksemflits en de zon. Die laatste is de beste lichtbron die de mens kent. De snelheid van het licht Licht kan zich zeer snel verplaatsen, zo’n 300 miljoen meter per seconde. Dat is een stuk sneller dan geluid. Daarom zie je bij onweer ook altijd eerst een bliksemflits en hoor je daarna pas de donderslag. Het licht van de zon moet 150 miljoen kilometer reizen voor het op onze aarde is, en dat gebeurt in 8 minuten. Dus stel dat de zon ontploft en dooft: dan zouden we 8 minuten later in het donker zitten.

Laserlicht en gewoon licht Gewoon lamplicht straalt alle kanten uit. Laserlicht schijnt heel fel in één richting in een hele dunne felle lichtbundel. Laserlicht wordt gebruikt in de industrie voor het lassen van zeer kleine onderdelen. Maar ook in de gezondheidszorg wordt laserlicht gebruikt, bijvoorbeeld bij oogcorrecties of bij het zetten van een tatoeage.

Zien

Als overdag de zon schijnt, kun je de omgeving goed zien. Dat komt doordat alle voorwerpen door de zon worden verlicht en de lichtstralen naar jouw ogen worden gekaatst. 's Nachts zijn er wel sterren, maar die geven op aarde veel minder licht dan de zon. En je kunt dan ook minder goed zien als het zwaarbewolkt is!

Gezichtsveld

Doorzichtig?

Proef: Doorzichtig
Benodigdheden: raam, muur, kraanwater Kijk naar een raam. Je kunt door het glas heen kijken. Maar je kunt niet door een muur heen kijken. Je kunt alleen door een stof kijken, als 'ie doorzichtig is. Je kunt door lucht heen kijken, want dat is een doorzichtige stof. Je kunt ook goed door kraanwater heenkijken, dat is dus ook doorzichtig.
Wat heb ik geleerd: er zijn doorzichtige en niet-doorzichtige stoffen

Wat is je gezichtsveld?

De ogen van een vlieg zijn bolvormig en zitten aan de zijkant. Daardoor kan de vlieg bijna overal tegelijkertijd naar kijken.

Je gezichtsveld is alles wat je kunt zien. In het vorige tussenkopje is verteld dat je alleen door doorzichtige stoffen heen kunt kijken. Stoffen waar je niet door kunt kijken, maken je gezichtsveld kleiner, want zo zie je minder.

Je gezichtsveld vergroten

Je kunt je gezichtsveld ook vergroten door een spiegel te gebruiken. Dan kun je achter je kijken zonder je hoofd te draaien, maar daarbij wordt je gezichtsveld weer verkleind, doordat je niet achter de spiegel kunt kijken.

Stel, er vliegt een vlieg door je huis. Je pakt de vliegenmepper en wil hem neerslaan. Dat gaat niet zo makkelijk, want hij kan gedeeltelijk achter zich kijken. Daardoor kan hij de slag zien aankomen en op tijd ontsnappen.

Je gezichtsveld verkleinen

Als je bijvoorbeeld naar een muur kijkt, zie je alleen maar de muur. Achter de muur kun je niks zien. Je zegt dat je gezichtsveld wordt verkleind. Dat geldt niet als je naar een raam kijkt. De ruit is namelijk doorzichtig en je kunt zien wat erachter gebeurt. Dan wordt je gezichtsveld dus niet verkleind.

Proef: Je gezichtsveld verkleinen
Benodigdheden: glas, zand, waxinelichtje, lucifers Gooi in het glas het zand, tot ongeveer 1 cm onder de rand. Pak het glas met zand. Hou je linkerduim langs het glas. Beweeg hem langzaam in de richting van het glas en houd de nagel van je duim achter het glas met zand. Je kunt je duim niet zien.
Wat heb ik geleerd: Iets waar je niet door kunt kijken, maakt je gezichtsveld kleiner.

Kleur

Absorberen (opnemen), weerkaatsen en doorlaten

Als er licht op iets valt, kunnen er verschillende dingen gebeuren met het licht. Het kan worden geabsorbeerd (opgenomen), worden weerkaatst of worden doorgelaten.

• zwart absorbeert het licht
• wit kaatst het licht diffuus terug
• spiegels kaatsen licht spiegelend terug
• ruiten laten licht door maar spiegelen ook een beetje

Maar er gebeurt in werkelijkheid niks voor 100% met het licht. Bijvoorbeeld: door zwart wordt het licht niet voor 100% geabsorbeerd. Er wordt een heel klein beetje teruggekaatst. En ruiten laten een heel groot deel door, maar kaatsen ook een klein deel terug en absorberen ook een klein beetje.

Het spectrum

Doorzichtige voorwerpen laten licht niet alleen door, maar kunnen het licht van richting laten veranderen. Het licht wordt gebroken. De verschillende kleuren licht worden niet allemaal even sterk gebroken. Rood wordt het minst gebroken, violet (paars) het sterkst.

Wit licht kan worden gebroken door een prisma, maar ook door bijvoorbeeld water. Achter het prisma is een reeks van zeven kleuren te zien:

• Rood
• Oranje
• Geel
• Groen
• Blauw
• Indigo
• Violet

Deze kleuren worden een spectrum genoemd. Deze kleuren heten spectraalkleuren.

'Wit' licht kun je dus splitsen in verschillende kleuren. Maar het kan ook omgekeerd, als je de kleuren weer bij elkaar voegt, krijg je weer 'wit' licht. Wit is dus een mengsel van al die verschillende kleuren.

Proef: Het spectrum op een CD
Benodigdheden: lamp, CD Neem een lamp en een CD. Als je er met licht op schijnt, zie je een reeks kleuren. Dat noem je een spectrum. Dat spectrum vormt samen wit.
Wat heb ik geleerd: Het spectrum bestaat dus niet uit één kleur, maar uit heel erg veel verschillende.

De regenboog

Je hebt vast weleens een regenboog gezien. Soms zie je zelfs een tweede -of derde! - boog die buiten de eerste staat, met de kleuren in de omgekeerde volgorde van de vorige: bij de tweede boog is blauw de buitenste kleur (zie foto). Elke volgende boog is wel zwakker.

Als er een regenboog aan de hemel is, kun je soms nog een tweede zien.

Het is een natuurverschijnsel. ‘s Nachts kan er bij maanlicht een regenboog te zien zijn.

Maar hoe werkt dit? Zoals eerder verteld, bestaat wit licht uit alle kleuren van de regenboog. Dat zie je normaal gesproken niet, maar het is er toch. Maar... als het licht in aanraking komt met water, wordt het gebroken. Dat heb je gezien in het proefje, maar het gebeurt ook als het regent. Als licht gebroken wordt, dan betekent dat dat het van richting verandert. Alle kleuren worden op een andere manier gebroken. Daardoor krijg je alle kleuren ook apart te zien. Dus de volgorde in een regenboog is ook altijd hetzelfde. In een regenboog wordt het licht gebroken en weerkaatst. Daarom zie je hem als je met de rug naar de zon staat.

We gaan nu een proef doen waarin we zelf een regenboog gaan namaken.

Proef: Je eigen regenboog
Benodigdheden: dienblad, water, spiegel, sterke zaklamp, wit scherm of plafond Verduister allereerst de kamer en leg de spiegel in het dienblad. Vul dan het dienblad met water, totdat de spiegel net onder water ligt. Schijn nu met de lamp op de spiegel. Er verschijnt een regenboog op het scherm.
Wat heb ik geleerd: voor een regenboog heb je licht en water nodig

De zonsondergang

Zonsondergang.

Misschien heb je op een avond weleens lekker op het strand gezeten. Dan zie je een prachtige zonsondergang. Langzaam maar zeker zie je de zon dan in de zee zinken. Maar waarom is die zonsondergang nou toch rood?

Normaal gaat het licht van de zon (dat uit allerlei kleuren bestaat) vooral in één rechte lijn naar je oog, dat zie je dan als wit. Het blauwe licht van de lucht als er geen wolken zijn, is zonlicht dat "verstrooid" is door de moleculen van de lucht. Verstrooiing betekent dat licht alle kanten op wordt gestuurd. Blauw wordt het sterkst verstrooid, de andere kleuren minder. In het licht van de zon overheerst ook na verstrooiing geel. Daarom ziet de zon er wit-geel uit, maar de hemel eromheen met het verstrooide licht van de zon meestal blauw. Maar nu de zonsondergang. Als de zon laag aan de hemel staat, moet het licht door een veel dikkere laag van de dampkring heen. Daardoor wordt er het licht sterker verstrooid, niet alleen blauw, maar ook allerlei andere kleuren. De kleur die het minst verstrooid wordt door die dikkere laag, is rood. Daarom blijft rood over en is de zonsondergang rood.

We gaan nu een proef doen waarin we zelf een zonsondergang gaan namaken.

Proef: Je eigen zonsondergang
Benodigdheden: grote, doorzichtige, niet gekleurde glazen bak (bijv. aquarium), water, melk, lepel, zaklamp, vriend Vul de glazen bak met water. Laat je vriendin nu met de zaklamp op de bak schijnen en ga zelf aan de andere kant van de bak staan. Je zult zien dat er wit licht doorheen komt. Giet nu een scheut melk in het water, roer goed, en laat je vriend nog een keer op de bak schijnen met de zaklamp. Ga nu weer aan de andere kant staan. Hé, rood licht!
Wat heb ik geleerd:

Kleurfilters

Drie kleurfilters

Halogeenlampen geven 'wit' licht. Om het licht een bepaalde kleur te geven, gebruikt men kleurfilters. Dit is een vel dun plastic wat voor de lamp wordt gedaan. Dit filter laat sommige spiraalkleuren beter door dan andere spiraalkleuren. Het doorgelaten licht komt op het podium terecht en 'kleurt' alles wat erop staat.

Er zijn heel veel verschillende soorten kleurfilters. Hiernaast staan drie voorbeelden van kleurfilters. De hoeveelheid doorgelaten licht is nooit 100%. Het zit tussen de 0 en de 90%.

Meestal merk je niet dat een kleurfilter meer kleuren doorlaat. Meestal zie je er maar één. Bij de filters hiernaast zijn die mengkleuren 'helder rood' en 'helder blauw'. Maar als je het gekleurde licht door een spectroscoop bekijkt, zie je dat er verschillende spectraalkleuren in zitten.

Kleuren op een tv-scherm

Zet je tv aan en zoek een testbeeld. Zoek een witte plek en kijk door een vergrootglas. De plek bestaat uit rood, groen en blauw. Daaruit worden alle kleuren van het tv-beeld opgebouwd. De gele kleur bestaat voornamelijk uit rood en groen.

Kleuren zien

Als je naar een rode trui kijkt in een kamer met wit licht, zie je dat de trui toch alleen de kleur rood afgeeft. De andere kleuren worden opgenomen door de trui en warmen de trui iets op. Alleen rood licht wordt teruggekaatst.

Onzichtbaar licht

Infrarood

Infrarood licht zou je een soort licht kunnen noemen. Mensen kunnen dit niet zien. Maar er zijn dieren die dat wel kunnen. Infrarode straling is een bestanddeel van het zonlicht. Er bestaan ook speciale infraroodlampen die een klein beetje rood licht uitzenden en een heleboel infraroodstraling.

In het spectrum van IR-lampen vind je de infrarood naast het rood. De straling kun je niet zien, maar wel bijvoorbeeld fotograferen met speciale camera's.

Alle voorwerpen stralen warmte uit. Ook deze warmte is een vorm van IR-straling. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer IR-straling.

Er zijn infraroodsensoren die infraroodstraling waar kunnen nemen. Die worden bijvoorbeeld gebruikt in automatische buitenlampen en inbraakalarmsystemen. Als iemand in de buurt van zo'n sensor komt, 'ziet' de sensor de IR-straling. IR-straling wordt ook gebruikt in afstandsbedieningen. Een klein infraroodlampje in de afstandsbediening zendt een signaal uit als je op een knopje drukt. Dit signaal wordt dan opgevangen door een sensor in de televisie.

Ultraviolet

Ultraviolette ("voorbij violet") straling is voor mensen niet zichtbaar, maar er zijn dieren zoals bijen die het wel kunnen zien. Filmpjes zijn ook gevoelig voor UV-straling.

UV-straling zit in zonlicht. Hoewel je hem niet kunt zien, word je er bruin van en kun je er zelfs door verbranden. Zonnebrandcrème heeft een speciaal UV-filter dat de straling voor een deel tegenhoudt. Daarmee kun je voorkomen dat er teveel UV-straling op je huid komt. Zonnebrand (verbranding) is niet alleen vervelend, maar je kunt er ook huidkanker door krijgen. UV-licht kan niet door gewoon glas heenkomen, wel door speciaal kwartsglas.

Er bestaan speciale UV-lampen. Die geven een beetje blauw licht, maar zenden vooral onzichtbare UV-straling uit. Ze worden gebruikt in zonnebanken, vliegenvangers en blacklights.

UV-straling kan stoffen ook laten oplichten, dat heet fluoresceren. Fluorescerende stoffen worden gebruikt in kleding, tl-buizen, maar... ook in bankbiljetten. Onder UV-lampen licht de fluorescerende inkt direct op, een slechte vervalsing doet dat niet.

Als je licht van een UV-lamp op een prisma laat vallen, kun je een spectrum verwachten. Je vindt in dat spectrum de UV-straling naast het violet (daarom heet het 'ultraviolet'). Je kunt dat laten zien door het spectrum op een fluorescerend scherm te laten vallen. Waar de UV-straling terechtkomt, licht het scherm op.

Proef: Fluorescente stoffen
Benodigdheden: een UV-lamp (een blacklight (discolamp) of een lampje om bankbiljetten op echtheid te testen), fluorescente voorwerpen, bijvoorbeeld waspoeder, tandpasta, fluostift, tonic (Schweppes, Gini) Vergelijk de kleur van de voorwerpen bij gewoon en bij UV-licht (in een donkere ruimte); ze krijgen een andere kleur!
Wat heb ik geleerd: De UV-lamp zendt voornamelijk onzichtbaar licht uit.

Fluorescente voorwerpen bevatten stoffen die het onzichtbare licht in zichtbaar licht omzetten. (Waspoeder en tandpasta bevatten opwitters; dit zijn fluorescente stoffen; ze zetten onzichtbaar UV-licht om in zichtbaar licht; doordat een voorwerp meer zichtbaar licht uitstuurt dan dat erop valt, krijg je de "witter-dan-wit"-indruk. Tonic bevat de fluorescente stof kinine (dit is ook een anti-malaria-geneesmiddel)).}} In het algemeen zetten fluorescente stoffen licht van een kleur met meer energie om in licht van een kleur met minder energie, bijvoorbeeld UV in blauw, groen in rood enzovoorts afhankelijk van het soort fluorescente stof. Het verschil in energie tussen inkomend en uitgaand licht houdt de fluorescente stof zelf: hij wordt daar iets warmer van.

Witmakers

Misschien heb je een t-shirt dat ooit wit was, maar nu geel is. Dat is waarschijnlijk een oud t-shirt. Als zo'n kledingsstuk ouder wordt, vergeelt het. Dat komt doordat het textiel blauw licht gaat absorberen. Maar omdat blauw licht ontbreekt in het teruggekaatste licht, ziet het kledingsstuk geel.

Om het blauwe licht te kunnen vervangen, worden er witmakers aan wasmiddelen toegevoegd. Dit zijn fluorescerende verfstoffen. Ze nemen ultraviolet licht op en zenden in plaats daarvan blauw licht uit. Daardoor merk je niet dat je kleding aan het vergelen is. De witmakers zorgen ervoor dat je witte kledingstukken er in zonlicht 100% wit uitzien. Tegenwoordig is iedereen daar zo aan gewend, dat alle witte kleren tegenwoordig worden behandeld met witmakers.

Radiogolven en gammastraling

Het elektromagnetische spectrum is de verzameling van alle elektromagnetische golven, gerangschikt naar hun golflengten en energie. Het wordt meestal in een aantal gebieden verdeeld van lange naar korte golflengte (van minder naar meer energie): radiogolven, infrarode straling (warmtestraling), zichtbaar licht, ultraviolette straling, röntgenstraling en gammastraling. Toepassingen zijn:

• Radiogolven: radio/TV, radar, sterrenkunde, mobieltje!
• Infrarood: gloeilamp als bron van warmte, slangeogen (zien de warmte van een muis in het donker), zonlicht
• Röntgenstraling: medische en industriele beeldvorming, wetenschap
• Gammastraling: sterilisatie van voedsel en voorwerpen (messen en meer in ziekenhuis), ontploffingen van sterren, kern- en kosmische straling

Schaduw

Schaduwen op het strand.

Stel je voor, de zon schijnt en je speelt buiten. Dan zie je op de grond een of meer schaduwen. Die ontstaan doordat er op de plek van de schaduw geen zonlicht kan komen. Het object dat de schaduw veroorzaakt bevindt zich dan tussen de zon en de grond, het licht van de zon kan niet door het object heen en dus krijg je een schaduw.

Kern- en halfschaduw

De donkerste schaduw is de kernschaduw. Links en rechts van de kernschaduw is nog een lichtere schaduw zichtbaar, de zogenaamde halfschaduw. De zon (of een ander lichtbron) is namelijk geen punt zonder oppervlakte. Als je in de kernschaduw staat, kan je de zon in het geheel niet zien. Als je in de halfschaduw staat, kan je wel de zon zien; echter niet de hele zon, maar slechts een klein deel van de zon. Als je de hele zon kan zien, dan ben je niet meer in de schaduw van dat object.

Spiegels

Er is al eerder verteld dat als je een spiegel gebruikt, dit dan je gezichtsveld vergroot.

Proef: Spiegelen
Benodigdheden: 1 grote spiegel, 1 klein spiegeltje Je kunt heel veel lol hebben met je spiegelbeeld. Ga maar eens voor de grote spiegel staan en steek je pink in je oor. Wat doet je spiegelbeeld? Nog meer spieggellol: neem dit woord: MAT. Schrijf dat op een briefje, neem een klein spiegeltje en zet hem precies op het midden van de A. Je zult dan MAM of TAT in het spiegeltje zien staan! Of schrijf de letter M op een briefje en hou het spiegeltje op het midden. De M staat nog steeds in het spiegeltje.
Wat heb ik geleerd: de spiegel weerkaatst het licht, maar verdraait daarbij de richting. Vandaar dat je iets in spiegelbeeld kan lezen.

Weerkaatsing

Als je in de spiegel kijkt kun je jezelf zien, dat betekent dat licht in de spiegel moet worden weerkaatst. In de natuurkunde heet dit spiegelende reflectie. Reflectie betekent niets anders dan “weerkaatsing”. Bij spiegelende reflectie wordt het licht een kant op gekaatst, in een rechte bundel. Het tegenovergestelde daarvan is diffuse reflectie. Bij diffuse reflectie wordt het licht overal heen gekaatst en wordt de lichtbundel opgedeeld in kleine lichtstralen. Diffuse reflectie gebeurt op alle voorwerpen, behalve op glimmende of spiegelende voorwerpen.

Spiegelwet

Spiegels zijn speciaal gemaakt om licht terug te kaatsen. Spiegelend. Ze worden gemaakt door een dun laagje metaal op het glas aan te brengen. Dat kaatst ongeveer 80% van het licht terug.

Hoek van inval = hoek van terugkaatsing

In het plaatje hiernaast zie je hoe spiegels smalle lichtbundels weerkaatsen. Op de plaats waar de lichtbundel de spiegel raakt hebben we een lijn getekend die loodrecht op de spiegel staat. Die lijn noemen we de normaal. Verder zijn ook de hoek van inval (i) en de hoek van terugkaatsing (t) gegeven.

Dit wordt de spiegelwet genoemd. Dankzij de spiegelwet kun je tekenen hoe een lichtbundel wordt teruggekaatst door een vlakke spiegel.

Spiegelbeelden zien

Achter een spiegel lijkt een beeld te zijn van je eigen wereld. Vanaf elk punt van het voorwerp valt er licht op de spiegel. De spiegel kaatst dit licht terug, waardoor het spiegelbeeld van achter de spiegel lijkt te komen.

Spiegelbeelden worden virtuele beelden genoemd. Hiermee wordt bedoeld dat het beeld niet echt is. Het lijkt zo, maar het is er echt niet. Je ogen houden je voor de gek.

Lenzen

Positieve en negatieve lenzen

Als je aan lenzen denkt, denk je al gauw aan contactlenzen. Maar lenzen kun je in allerlei dingen tegenkomen, zoals fototoestellen. Wist je trouwens dat brillenglazen ook lenzen zijn?

Er zijn twee soorten lenzen: positieve en negatieve. Je kunt deze twee soorten lenzen makkelijk uit elkaar houden, want positieve lenzen zijn in het midden dikker dan aan de rand en negatieve zijn in het midden dunner dan aan de rand.

Divergent en convergent

Divergerend.

Convergerend.

Als je een gloeilamp aanzet, verspreidt het licht zich en wordt het steeds zwakker. Dat noem je divergent licht. Bij divergent licht bewegen de lichtstralen uit elkaar. Dat gebeurt bij een negatieve lens.

Bij een positieve lens bewegen de lichtstralen zich naar één punt toe. Dat is een convergente lichtbundel. Hoe sterker de lens, hoe sterker de lichtstralen zich naar één punt toe bewegen.

Maar soms is een positieve lens te zwak om de lichtstralen naar elkaar toe te bewegen. Na de lens divergeert het licht nog steeds. Het is wel minder dan voor de lens, maar toch heb je een sterkere lens nodig om het licht te laten convergeren.

In de afbeeldingen rechts zie je hoe lichtstralen zich voortbewegen als ze door een positieve of een negatieve lens gaan. De rode lijnen stellen de lichtstralen voor. Je ziet, bij positieve lenzen bewegen de lichtstralen naar elkaar toe, bij een negatieve lens bewegen ze juist van elkaar af.

De brandpuntsafstand

De lichtstralen van de zon lopen ongeveer evenwijdig. Dat komt door de grote afstand tussen de zon en de aarde (150 miljoen kilometer). Met een positieve lens kun je het licht in één punt concentreren. Dan gebruik je de lens als brandglas.

Die techniek kan gebruikt worden om vuur te maken. De lens wordt loodrecht op het zonlicht gehouden. Dan lopen de lichtstralen evenwijdig met de hoofdas voordat ze op de lens vallen. Het punt waar de lichtstralen bij elkaar komen, heet het brandpunt. In het brandpunt kan de temperatuur heel hoog worden, zodat je een stukje hout of wat droge hooi, zo kan ontsteken. Pas op: doe je dit op je huid, dan verbrand je jouw huid.

De afstand tussen het midden van de lens en het brandpunt noemt men de brandpuntsafstand. Dat is een belangrijke eigenschap van een lens: hoe kleiner de brandpuntsafstand, hoe sterker (en hoe boller) de lens.

Vuurtorens

In vuurtorens worden ook positieve lenzen gebruikt. Dat wordt gedaan om het licht van de lamp te bundelen. Die lens wordt niet uit één stuk glas geslepen, maar ze zijn opgebouwd uit ringen van glas. Elke ring is een stukje positieve lens. Zo'n lens noem je een fresnellens.

Het fototoestel

Beelden maken

Positieve lenzen kun je gebruiken om ‘beelden te maken’. Op een scherm achter de lens is dan een plaatje te zien van de wereld voor de lens. Dat noem je een beeld.

Proef: Beelden maken
Benodigdheden: positieve lens, vel wit papier, strook papier van 50 cm, lenshouder, beeld, liniaal In deze proef ga je uitvinden hoe een fototoestel de wereld afbeeldt. Teken op het vel papier een rechthoekje van 3,6 bij 2,4 cm. Hang het velletje papier over het scherm. Verduister de kamer op één raam na. Op dat raam moet je de strook papier hangen. En zet de lens voor het scherm. Schuif het scherm naar achteren tot je een scherp beeld van het raam ziet. Er zitten een paar verschillen tussen het raam en het beeld op het scherm. Schuif het scherm verder bij de lens vandaan. Hoe verandert het beeld nu? Maak nu het beeld weer zo scherp mogelijk. Bekijk het gedeelte van het beeld binnen het rechthoekje. Zo'n beeldje leg je vast op een film die je gebruikt in een kleinbeeldcamera.
Wat heb ik geleerd: om een goede foto te maken, moet de afstand tussen lens en film precies ingesteld worden

Foto’s maken

Je kunt met een analoog fototoestel beelden vastleggen. Op de plaats waar het beeld wordt gevormd, bevindt zich een lichtgevoelige film. Die kan het beeld vasthouden dat erop valt.

De sluiter van het fototoestel is meestal gesloten. Dan valt er geen licht op de film. Alleen als je op de ontspanknop drukt, gaat de sluiter héél even open. In die korte tijd wordt er een beeld vastgelegd op de film. Zo’n beeld is niet groot, een normale kleinbeeldcamera maakt beelden van 36 bij 24 mm...
Na het nemen van een foto wordt de film doorgedraaid. Dan krijg je een nieuw stukje film achter de lens, die je weer kan belichten

Als de film vol is, moet hij worden ontwikkeld. Op de ontwikkelde film zie je negatieven staan. Dat zijn de beelden die je met het fototoestel hebt vastgelegd. Een foto is een afdruk van een negatief.

Scherpstellen

De film moet zich precies op de plaats vinden waar de lichtstralen bij elkaar komen. Dan wordt elk punt van het voorwerp ook een punt op het beeld. Dat noem je een scherp beeld.

Maar... als de film NIET precies op de juiste plaats ziet, zie je vage lichtvlekken. Dat is onscherp beeld.

Je moet er dus voor zorgen dat de afstand tussen de lens en de film goed is. Dat doe je met de standaard-instellingsring. Daarmee kun je de lens van de film af of naar de film toe bewegen.

Sommige fototoestellen stellen automatisch scherp. Dan zorgt een toestel er zelf voor dat de afstand tussen de lens en de film goed is.

Het diafragma

Vlak achter de lens van een fototoestel zit een diafragma. Dat is een opening die je kunt verstellen met een ring. Op de ring staan getallen. Een klein getal hoort bij een grote opening, een grote bij een kleine opening. Met het diafragma kun je de hoeveelheid licht regelen die op de film valt. Als er te weinig licht is, kun je het diafragma verder opendraaien, bij teveel licht, kun je hem verder dichtdraaien. Bij moderne camera’s gebeurt dit automatisch.

Het maken van lenzen

Om lenzen te maken, gebruikt men optisch glas. Dit soort glas is heel zuiver. Eerst wordt het oppervlak in de juiste vorm geslepen, dan wordt de lens gepolijst, zodat het oppervlak glad wordt. Fototoestellen, maar ook verrekijkers hebben vaak een lens die samengesteld is. Dit soort lens is opgebouwd uit meer lenzen die van verschillende soorten glas zijn gemaakt. Dit heeft voordelen. Zo kun je voorkomen dat de lens het licht splitst in de spectraalkleuren.

Het vergrotingsapparaat

Negatief en positief

Als je filmpje vol is, laat je hem ontwikkelen. Dan krijg je een serie negatieven. Bij negatieven zijn licht en donker omgedraaid. Licht is dan donker geworden en donker licht.

Bij het afdrukken gebeurt het omgekeerde: wat donker is op een negatief, wordt op een foto licht. En wat licht is op een negatief, wordt op een foto donker. De foto is positief.

Afdrukken

Met een vergrotingsapparaat kun je een negatief groot afdrukken. Dat moet je in een donkere kamer doen. Dan wordt het negatief op speciaal lichtgevoelig papier afgedrukt.

Eerst moet je een fotopapier verlichten. Een lamp verlicht het negatief dat in de kop van het vergrotingsapparaat zit. De lens maakt een beeld van het negatief op het fotopapier.

Daarna wordt het fotopapier in drie schalen gelegd, eerst in een schaal ontwikkelaar, daarna in een ‘stopbad’ en in de derde schaal zit fixeervloeistof. Na het derde bad is de afdruk lichtbestendig geworden en kan hij tegen licht. Je hoeft hem nu alleen nog maar met lauw water af te spoelen en hem dan te drogen.

Scherpstellen

Met vergrotingsapparaten kun je zelf instellen hoe groot je foto wordt. Op een vergrotingsapparaat zit een kop die je naar boven of naar beneden draait. Hoe verder je de kop naar boven draait, hoe groter de foto wordt.

Je moet ook scherpstellen. Dat doe je met een andere knop. Je draait de lens omhoog of omlaag, totdat het beeld scherp is. Licht uit één punt van het negatief moet weer in één punt samenkomen.

Vergrotingen

Proef: De diaprojector
Benodigdheden: zaklamp, dia, klei, positieve lens, lenshouder, scherm Zet de dia in het hoopje klei en zet de lens op 13 cm afstand van de dia. Zet het scherm vlak achter de lens. Schuif nu het scherm naar achteren tot je een beeld van de dia ziet verschijnen. Schuif het scherm nog een beetje heen en weer en zoek op die manier uit waar het beeld het scherpst is. Meet de lengte en breedte van het beeld op het scherm (beeld) en de lengte en de breedte van de dia (voorwerp). Probeer op die manier te ontdekken hoeveel keer een diaprojector een dia afbeeldt.
Wat heb ik geleerd: de verhouding tussen de afstand is de vergroting

De projector

Zo gaan de lichtstralen als je een pijl projecteert.

In projectoren worden positieve lenzen gebruikt. Eigenlijk is een vergrotingapparaat ook een soort projector. De lens in de projector beeldt op een scherm een voorwerp af. Bij een vergrotingsapparaat is het een negatief en bij een diaprojector een dia.

De lens van een projector doet hetzelfde als de lens van een camera. Lichtstralen uit één punt van het voorwerp worden door de lens naar één punt toe gebroken. Het scherm moet precies op de plaats staan waar de lichtstralen bij elkaar komen, anders krijg je een onscherp beeld.

Zien

Ogen

Als er licht op je oog komt, passeert het op volgorde:

1. het hoornvlies
2. voorste oogkamer
3. pupil
4. ooglens
5. glasachtig lichaam
6. netvlies

Het netvlies heeft een groot aantal lichtgevoelige zintuigcellen. Als er licht opkomt, geven ze elektrische signalen af, die door de oogzenuw aan de hersenen worden doorgegeven. Pas als die de signalen ontvangen, kun je iets zien.

Hoe werkt je oog?

Het licht dat in je oog terechtkomt, wordt eerst een paar keer gebroken, eerst door je hoornvlies, daarna door de ooglens en ten derde door het glasachtig lichaam. Die combinatie heeft dezelfde werking als een positieve lens. Het licht wordt zo gebroken, dat er op het netvlies een scherp beeld opstaat.

Accommoderen

Rond je ooglens ligt een kring van spiertjes. Die kunnen de ooglens platter en boller maken. Dat noem je accommoderen. Als je je ooglens boller maakt, wordt hij sterker. Maak je hem platter, wordt hij zwakker.

Stel, je staat op een berg en heel in de verte zie je een kasteel. Als je naar dat kasteel kijkt, is je ooglens plat. Het licht wat in je oog valt divergeert nauwelijks. Daarom hoeft de lens niet sterk te zijn om het voorwerp scherp af te beelden.

Als je naar iets kijkt wat dichtbij is, is je ooglens een stuk boller. Het licht wat in je oog valt, divergeert flink. Je moet een sterke lens in je oog hebben om een scherp beeld op het netvlies te vormen.

Proef: Accommoderen
Benodigdheden: potlood, liniaal, vriend, een plaatje dat aan de muur hangt. (HAAL HET NIET VAN DE MUUR AF!) Houd een potlood op ongeveer 30 cm afstand van je ogen. Zorg er dan voor dat je op de achtergrond een plaatje kunt zien. Kijk strak naar de punt van het potlood. Kun je tegelijk het plaatje scherp zien? Kijk nu wat er op het plaatje staat. Kun je tegelijkertijd het potlood scherp zien? Kijk nu naar het potlood, naar het plaatje, het potlood, het bord enzovoorts. Wat voel je? Houd nu het potlood zo ver van je ogen, dat je het nog net scherp kunt zien. Laat vervolgens een vriend de afstand meten tussen je ogen en het potlood. Hoe groot is die afstand bij jou?
Wat heb ik geleerd: Het oog moet net als bij een fotocamera scherp stellen om op een bepaalde afstand te kunnen zien.

Proef: Je blinde vlek
Benodigdheden: NIKS! Makkelijk, hè? Sluit je linkeroog en kijk met je rechteroog naar het rondje. De afstand tussen de oog en het papier moet ongeveer een halve meter zijn. Beweeg je rechteroog langzaam naar het rondje toe. Uiteindelijk zie je het driehoekje niet meer. Als je niet meer strak naar het rondje kijkt, dan zie je het driehoekje echter weer!
Wat heb ik geleerd: Het oog heeft een blinde vlek

Proef: Je pupilreflex
Benodigdheden: zaklamp, vriend, half verduisterde ruimte Jij of je vriend is de proefpersoon. Bekijk eerst de ogen van de proefpersoon in het halfdonker. Onthou hoe groot ze zijn. Schijn met de zaklamp recht in de ogen van de proefpersoon. Kijk goed naar de pupillen en kijk naar de verandering...
Wat heb ik geleerd: Net als bij een fototoestel heeft het oog een diafragma dat de hoeveelheid licht regelt.

Brillen

Soms ben je bijziend. Dan zijn je ooglenzen te sterk gekromd. Voorwerpen die ver weg zijn, kun je dan niet goed zien. De ooglens vormt het beeld van het voorwerp niet op, maar voor het netvlies. Iemand die bijziend is, heeft een bril met negatieve lenzen nodig. Dan wordt het licht minder sterk gebroken.

Je kunt ook verziend zijn. Dan zijn je ooglenzen te zwak gekromd. Voorwerpen die dichtbij zijn, kun je dan niet goed zien. De ooglens breekt het licht niet genoeg om een scherp beeld te laten ontstaan. Iemand die verziend is, heeft een bril met positieve glazen nodig, zodat het licht sterker wordt gebroken.

Ten derde kun je oudziend worden. Dan worden ooglenzen minder veerkrachtig. Dan kunnen je ogen niet meer zo goed accommoderen. Daardoor krijg je moeite met lezen. Uiteindelijk hebben ze een bril nodig met positieve glazen. Dat noem je een leesbril. Daardoor kun je lezen en precieze klusjes uitvoeren. Mensen die alleen oudziend zijn, hebben genoeg aan een leesbril.

Maar mensen die zowel oudziend als bij- of verziend zijn, hebben eigenlijk twee brillen nodig. Een gewone bril en een extra sterke leesbril. Ze kunnen ook een bril kopen waarvan de glazen niet overal hetzelfde brandpunt hebben. (jawel, dat kan) In zulke brilglazen zit een speciaal stukje (half maantje) waar je doorheen kijkt als je leest of als je iets precies doet.

Contactlenzen

Je kunt ook contactlenzen dragen in plaats van een bril. Glazen contactlenzen bestaan al ongeveer honderd jaar. In 1938 werden de eerste contactlenzen van plastic gemaakt.

Nu kun je kiezen uit zachte en harde contactlenzen. Een contactlens ligt niet direct op het hoornvlies, maar drijft op het traanvocht. Daardoor kan het traanvocht tussen lens een hoornvlies regelmatig ververst worden. Dat is nodig, anders raakt je hoornvlies beschadigd.

Oogchirurgie

Soms raakt er bij iemand het netvlies los van het vaatvlies. Hierdoor kun je veel minder zien. Oogchirurgen kunnen het vaatvlies weer vastmaken. Dan blijft de schade beperkt. Dit gebeurt met een laser die een sterk geconcentreerde lichtstraal produceert. De lichtstralen worden door het hoornvlies en de lens gericht op het netvlies. Doordat het zo warm wordt, wordt het netvlies eigenlijk vastgelast aan het vaatvlies.