Licht

Les 1: Licht, schaduw en spiegels

De lesstof:

Licht en Schaduw

Als je naar een lamp kijkt, zie je het licht dat uit de lamp komt. Dit licht maakt dat je de lamp kunt zien. Een lamp geeft zelf licht, daarom noemen we het een lichtbron. Andere dingen die zelf licht geven zijn bijvoorbeeld de zon, de flits van een camera en een brandende kaars. Maar de meeste dingen om ons heen geven zelf geen licht. We kunnen ze alleen zien omdat ze het licht van een lichtbron weerkaatsen, waardoor het in onze ogen komt.

Je kunt lichtstralen tekenen om te laten zien hoe het licht van de lichtbron af beweegt. Deze pijlen laten zien in welke richting het licht gaat. Lichtstralen bewegen recht vooruit, want licht beweegt in rechte lijnen. Denk aan een zaklamp of een schijnwerper. Die hebben een bundel van lichtstralen. Maar meestal tekenen we alleen de buitenste stralen van die bundel.

Licht is een vorm van straling die we goed kunnen zien met onze ogen. Er zijn ook andere vormen van straling die we niet kunnen zien, maar waar we wel mee te maken hebben, zoals:

• Microgolven die een magnetron gebruikt om eten op te warmen.

• Infrarode straling, wat warmte is, die bijvoorbeeld uit een radiator komt.

• Ultraviolette straling van de zon die je huid bruin kleurt.

• Röntgenstraling die tandartsen gebruiken om foto's van je tanden te maken.

Het bijzondere aan straling is hoe het zich verspreidt. Het komt uit een bron en gaat alle kanten op.

Absorberen en weerkaatsen

Als licht op een voorwerp valt, kunnen er drie dingen gebeuren:

• Het voorwerp kan het licht absorberen. Dan verdwijnt het licht en wordt het omgezet in warmte. Donkere voorwerpen absorberen meer licht. Als je bijvoorbeeld een zwart stuk papier in de zon legt, wordt het snel warm omdat het veel licht absorbeert.

• Het voorwerp kan het licht doorlaten. Het licht gaat dan door het voorwerp heen en komt aan de andere kant weer tevoorschijn. Doorzichtige voorwerpen, zoals brillenglazen en vensterruiten, laten het licht door.

• Het voorwerp kan het licht terugkaatsen. Dit kan op twee manieren. Bij spiegelende terugkaatsing blijven de lichtstralen geordend. Bij diffuse terugkaatsing gaan de lichtstralen alle kanten op.

Meestal doet een voorwerp twee of alle drie van deze dingen tegelijk. Bijvoorbeeld, zwart papier absorbeert veel licht, maar kaatst ook een klein beetje terug. Vensterglas laat veel licht door, maar absorbeert en kaatst ook wat licht terug.

Als licht wordt tegengehouden, ontstaat er schaduw. Bijvoorbeeld, als het licht van een lamp niet door een tafelblad kan gaan, wordt er een gebied onder de tafel donker. Dat noemen we de schaduw van de tafel.

Om te zien hoe de schaduw van een voorwerp eruitziet, kun je dit doen:

• Teken de lichtstralen die net niet worden tegengehouden door het voorwerp.

• Kleur het gebied tussen deze lichtstralen in. Dit is de schaduw van het voorwerp.

Spiegels

Een spiegel reflecteert lichtstralen. Op de plek waar de lichtstraal de spiegel raakt, tekenen we een lijn die loodrecht op de spiegel staat. Dit noemen we de normaal. Ook tekenen we de invalshoek (hoek i ) en de terugkaatsingshoek (hoek t ).

Je zult zien dat de invalshoek gelijk is aan de terugkaatsingshoek. Dit noemen we de spiegelwet.

Een spiegelbeeld is een virtueel beeld. Dit betekent dat het niet echt is. Het lijkt alsof er iets achter de spiegel is, maar dat is niet zo. Je kunt een virtueel beeld niet opvangen op een scherm. Je ziet het alleen als je in de spiegel kijkt. Er bestaan ook beelden die je met een beamer op een scherm projecteert.

Een spiegelbeeld tekenen

Als licht op een spiegel valt, wordt het teruggekaatst. Je kunt de teruggekaatste bundel tekenen met behulp van de spiegelwet ( hoek i = hoek t ). Maar er is ook een makkelijkere manier:

1. Teken het spiegelbeeld van de lichtbron.

2. Teken twee lichtstralen vanuit de lichtbron naar de randen van de spiegel.

3. Teken de teruggekaatste lichtstralen alsof ze uit het spiegelbeeld van de lichtbron komen.

Kleur het gebied tussen de invallende en de teruggekaatste lichtstralen in om de bundel compleet te maken.

Les 2: Infrarood tot ultraviolet

De lesstof:

Het Kleurenspel van wit licht

Wanneer je naar een regenboog kijkt, ontvouwt zich een prachtig palet van kleuren. Het zonlicht wordt als het ware uit elkaar getrokken tot een reeks van zes kleuren: rood, oranje, geel, groen, blauw en violet. Dit fenomeen wordt het zonlichtspectrum genoemd. Elk van deze kleuren heeft zijn eigen speciale naam: spectraalkleuren. Wat uniek is aan deze kleuren is dat ze niet verder opgedeeld kunnen worden. Neem bijvoorbeeld de kleur rood. Deze bestaat alleen uit rood licht en niets anders.

Als je wit licht onder de loep neemt, ontdek je dat het eigenlijk een mix is van verschillende kleuren. Met behulp van een prisma, een soort driehoekig stuk glas of doorzichtig plastic, kun je wit licht opsplitsen in de kleuren van de regenboog, van rood tot violet. Het omgekeerde is ook waar. Als je deze kleuren weer samenvoegt, krijg je opnieuw wit licht. Dit toont aan dat wit licht geen unieke kleur op zich is, maar eerder een mengsel van spectraalkleuren.

De zon straalt niet alleen licht uit, maar ook andere soorten straling, die zich aan beide kanten van het zichtbare spectrum bevinden. Direct naast violet vind je ultraviolette straling (uv-straling), terwijl infrarood (ir-straling) zich naast rood bevindt. Hoewel uv- en ir-straling erg lijken op licht, zijn ze onzichtbaar voor het menselijk oog.

Kleuren zien

Wanneer je een rood shirt bekijkt in daglicht, zie je het shirt als rood van kleur. Dit komt doordat het shirt voornamelijk rood licht reflecteert, terwijl andere kleuren geabsorbeerd worden. Echter, als je het shirt bekijkt door een spectroscoop, een instrument dat licht splitst in verschillende kleuren, ontdek je dat het rode shirt eigenlijk een mix is van rood, oranje en geel licht. Hoewel je ogen geen onderscheid maken tussen deze mengkleur rood en zuiver rood licht, kunnen instrumenten dit wel.

Als je rood licht op het shirt laat schijnen, zal het nog steeds rood lijken. Maar als je puur blauw licht op het shirt richt, zal het shirt bijna al het licht absorberen en er dus bijna zwart of donkergrijs uitzien.

Onzichtbare kleuren

Uv-straling, een belangrijk onderdeel van zonlicht, kan onze huid kleuren in de zomer. Sommige dieren, zoals bijen, kunnen uv-straling waarnemen. Zij kunnen 'ultraviolette kleuren' zien die voor ons onzichtbaar zijn. Dit helpt bijen om nectar en stuifmeel te vinden.

Waarom smeren we zonnebrandcrème?

Uv-straling kan schadelijk zijn voor stoffen, waaronder onze huid. Daarom is het belangrijk om jezelf te beschermen tegen te veel blootstelling aan de zon. Zonnebrandcrème kan helpen om de huid te beschermen tegen verbranding en andere schade veroorzaakt door uv-straling.

Warmtestraling

Infrarode straling, ook wel ir-straling genoemd, wordt uitgezonden door warme voorwerpen. Deze straling wordt vaak gebruikt in infraroodcamera's en sensoren in alledaagse apparaten, zoals inbraakalarmen en afstandsbedieningen van auto's.

Les 3: Beelden maken met een lens

De lesstof:

Lenzen: het aanpassen van licht

Lenzen zijn als kleine schijfjes van glas of doorzichtig kunststof die je kunt vinden in allerlei apparaten, zoals telefoons, tablets, fototoestellen, en zelfs in verrekijkers en beamers. Het bijzondere aan lenzen is dat ze licht op een speciale manier kunnen buigen, wat we lichtbreking noemen.

Er zijn twee soorten lenzen: positieve lenzen en negatieve lenzen. Positieve lenzen zijn in het midden dikker dan aan de rand, daarom worden ze ook wel bolle lenzen genoemd. Aan de andere kant zijn negatieve lenzen in het midden dunner dan aan de rand, waardoor ze holle lenzen worden genoemd. Positieve lenzen kunnen dingen vergroten, zoals een vergrootglas, terwijl negatieve lenzen dingen juist kleiner laten lijken.

Lichtbreking bij positieve lenzen

Met een positieve lens kun je een bundel zonlicht concentreren op één punt, waardoor je het als het ware als een brandglas kunt gebruiken. Stel je voor dat je een vergrootglas gebruikt om zonlicht op een vel papier te concentreren - het punt waar al die lichtstralen samenkomen, wordt het brandpunt genoemd. De afstand tussen het midden van de lens en het brandpunt wordt de brandpuntsafstand genoemd.

Lichtbreking bij negatieve lenzen

Negatieve lenzen, aan de andere kant, verspreiden lichtstralen nadat ze er doorheen zijn gegaan. Dit betekent dat ze het licht zwakker maken. In plaats van een brandpunt te hebben, lijkt het alsof de lichtstralen achter de lens vandaan komen. Dit wordt ook wel een virtueel brandpunt genoemd.

Het vormen van beelden

Met behulp van lenzen kunnen we afbeeldingen maken op schermen. Dit gebeurt bijvoorbeeld in camera's, waar lenzen de wereld voor de camera verkleind afbeelden op een lichtgevoelige chip. Een soortgelijk proces vindt plaats bij beamers, waar lenzen een klein beeld op een scherm vergroten.

Het belang van scherpstellen

Om ervoor te zorgen dat een foto scherp is, moet je ervoor zorgen dat het beeld op de lichtgevoelige chip van de camera scherp is. Dit noemen we scherpstellen. Moderne camera's doen dit automatisch, maar soms kun je ook handmatig scherpstellen. Dit is handig voor speciale foto's, zoals sportfoto's of foto's bij weinig licht.

Met een optische bank kun je onderzoeken hoe scherpstellen werkt. Door de afstand tussen het voorwerp en de lens te veranderen, kun je ook de afstand tussen de lens en het scherpe beeld veranderen. Dit helpt je begrijpen hoe lenzen werken en hoe ze worden gebruikt om afbeeldingen te maken.

Les 4: Oog en bril

De lesstof:

De wereld gezien vanuit je eigen ogen

Heb je je ooit afgevraagd hoe je de wereld om je heen ziet? Dat komt door de kracht van licht! Als licht van bijvoorbeeld de zon of een lamp op objecten valt, kaatst het terug naar je ogen. Dit licht reist vervolgens door je oog via transparante delen zoals het hoornvlies, de ooglens en het glasachtige lichaam, om uiteindelijk op het netvlies te landen.

Het hoornvlies, de ooglens en het glasachtige lichaam werken samen als een soort lens, vergelijkbaar met een positieve lens. Ze buigen het licht zo, dat er een scherp en echt beeld ontstaat op je netvlies.

Het netvlies is een speciale plek vol met lichtgevoelige cellen. Als licht op deze cellen valt, sturen ze elektrische signalen naar je hersenen. Wanneer je hersenen deze signalen ontvangen en verwerken, zie je de wereld om je heen!

De pupil, dat is de donkere opening in je iris (het gekleurde deel van je oog), past zich aan afhankelijk van hoeveel licht er is. Bij veel licht wordt de pupil kleiner, terwijl hij in het donker groter wordt. Zo wordt voorkomen dat er te veel of te weinig licht op het netvlies valt.

Scherpstellen

Je ogen moeten ook kunnen scherpstellen om alles goed te kunnen zien. Maar wist je dat je ogen geen beweegbare lens hebben? De afstand tussen je ooglens en je netvlies blijft altijd hetzelfde. Dus hoe kun je dan scherp zien? Dat komt door accommodatie! Dit betekent dat spieren rond je ooglens de vorm ervan kunnen veranderen, waardoor de lens platter of boller wordt.

Wanneer de lens boller wordt, wordt hij sterker en buigt hij het licht meer. Als je naar iets ver weg kijkt, zijn je lenzen niet zo bol. Maar als je naar iets dichtbij kijkt, worden je lenzen boller om het beeld scherp te stellen.

Bijziendheid en Verziendheid

Sommige mensen zien niet zo goed, en dat komt doordat hun ogen het licht niet goed breken. Bijziende mensen zien alleen dichtbij scherp, omdat het beeld vóór hun netvlies terechtkomt. Verziende mensen zien alleen ver weg scherp, omdat het beeld achter hun netvlies valt.

Gelukkig kunnen brillen en contactlenzen helpen! Bijziende mensen hebben lenzen nodig die het licht wat laten verspreiden, zodat het beeld precies op het netvlies terechtkomt. Verziende mensen hebben lenzen nodig die het licht sterker breken, zodat het beeld ook weer op het netvlies valt.

Als je goed kijkt, kun je zelfs zien welke lenzen iemand in zijn bril heeft. Brillen met positieve lenzen laten de ogen er groter uitzien, terwijl brillen met negatieve lenzen de ogen juist kleiner laten lijken. Zo kunnen brillen niet alleen helpen om beter te zien, maar ook een beetje een mode-accessoire zijn!