6
Schaduwvorming
6.1 Schaduw gevormd door een puntvormige lichtbron Vroeger gebruikte men een zonnewijzer als uurwerk. Die steunde op de verandering van de schaduw naargelang de stand van de zon. A
B
Fig. 2.12 Een schaduw kan gevormd worden door een puntvormige lichtbron A Met een zonnewijzer kan de tijd worden afgelezen B Met je handen kun je schaduwbeelden maken
Schaduwvorming is een gevolg van de rechtlijnige voortplanting van het licht. Omdat licht niet door een ondoorzichtig voorwerp kan dringen en omdat het zich rechtlijnig voortplant, ontstaat achter het voorwerp een donkere ruimte of schaduw. De aard van die schaduw hangt af van de gebruikte lichtbron. Als een ondoorzichtig voorwerp belicht wordt door een puntvormige lichtbron, zie je op het scherm achter het voorwerp een scherpe, donkere schaduw. ondoorschijnend voorwerp a kernschaduw puntvormige lichtbron
b
Fig. 2.13 Ontstaan van een kernschaduw bij een puntvormige lichtbron Quark3_LWB_0203_Fig13.ai
In de figuur wordt getoond waarom de schaduw zo scherp en donker is. Om de tekening eenvoudig te houden, nemen we als voorwerp een bolvormige figuur. Alle lichtstralen tussen stralen a en b worden door het voorwerp teruggekaatst of geabsorbeerd. Achter het voorwerp is een scherp afgebakend gebied waar geen licht doordringt: de kern- of slagschaduw. ondoorschijnend voorwerp a bijschaduw
niet puntvormige lichtbron
kernschaduw
bijschaduw b
Quark3_LWB_0204_Fig14.ai
Thema 2: Licht en kleur zien – Schaduwvorming
37
b
6.2
Schaduw gevormd door een niet-puntvormige lichtbron Quark3_LWB_0203_Fig13.ai
ondoorschijnend voorwerp
Als een voorwerp belicht wordt door een niet-puntvormige lichtbron, dan zie je achter het voorwerp een onscherpe schaduw.
a kernschaduw
puntvormige lichtbron
ondoorschijnend voorwerp
a bijschaduw
niet puntvormige lichtbron
kernschaduw
b
bijschaduw b
Quark3_LWB_0203_Fig13.ai
Fig. 2.14 Ontstaan van een kernen bijschaduw bij een niet-puntvormige lichtbron Quark3_LWB_0204_Fig14.ai
In de figuur wordt getoond waarom de schaduw onscherp is. Centraal achter het voorwerp is er een gebied waar geen licht van de bron doordringt; dat is de kern- of slagschaduw. Daarnaast is er een gebied waar licht van een gedeelte van de lichtbron doordringt; dat is de EK bijschaduw. ondoorschijnend voorwerp
6.3 Maanfasen VM
Fig. 2.15 De maanfasen
3 4
aarde
2
a bijscha
niet puntvormige lichtbron NM
Wie de maan kijkt, zal vaststellen dat de vorm verandert: soms 1 5 elke avond naar zon zie je een volle heldere schijf, dan weer een halve schijf of een kleine sikkel en soms 6zie je de maan helemaal niet. Die veranderende vormen van de maan 8 noemen we7 de schijngestalten van de maan of de maanfasen.
kernsc
bijscha b
De maanfasen zijn een gevolg van de beweging van de maan rond de aarde. De maan is een donker lichaam dat in 28 dagen rond de aarde draait. De LK maan reflecteert zonlicht. Slechts de helft van het maanoppervlak wordt door de zon verlicht. Afhankelijk van hoe de maan ten opzichte van de aarde en de Quark3_LWB_0205_Fig16.ai Quark3_LWB_0204_Fig14.ai zon staat, zien we een groter of kleiner deel van de verlichte kant van de maan.
We zien natuurlijk slechts die helft van de maan die naar de aarde is toegekeerd, dat is altijd dezelfde helft. • Als de maan tussen de zon en de aarde staat (1), dan zien we de niet verlichte kant van de maan. Dat noemen we nieuwe maan (NM). • Als de aarde tussen de zon en de maan staat (5), dan zien we een volledig verlichte maan. Dat noemen we volle maan (VM). • Tussen nieuwe en volle maan zien we een eerste keer een halve maan (3). Dat noemen we het eerste kwartier (EK). Tussen volle en nieuwe maan zie we voor de tweede keer een halve maan (7). Dat noemen we het laatste kwartier (LK). Voor het noordelijk halfrond geldt dat bij het eerste kwartier de rechter helft van de maan verlicht is, en bij het laatste kwartier de linker helft. • Tussen nieuwe maan en volle maan wordt het deel van de maan dat je kunt zien geleidelijk aan groter (2, 3, 4). Na volle maan verkleint het verlichte deel tot een sikkel en bij nieuwe maan herbegint de volledige cyclus (6, 7, 8).
38
EK
3 4 VM
aarde
2 NM 1
5 8
6 7
LK Fig. 2.16 De cirkelvormige baan van de maan om de aarde gezien vanuit een punt hoog boven de Noordpool. Quark3_LWB_0205_Fig16.ai Elk kadertje geeft aan hoe de maan wordt gezien vanaf de aarde.
zon
6.4 Maans- en zonsverduistering Opdracht 10 a Bij een maansverduistering bevindt de aarde zich tussen de zon en de maan. Teken de schaduw die achter de aarde ontstaat. Duid de verschillende gebieden aan.
b Vindt een maansverduistering plaats bij een volle of een nieuwe maan?
Opdracht 11 a Bij een zonsverduistering bevindt de maan zich tussen de zon en de aarde. Teken de schaduw die achter de maan ontstaat. Duid de verschillende gebieden aan.
b In welke gebieden heeft een volledige zonsverduistering plaats? In welke gebieden heeft een gedeeltelijke zonsverduistering plaats?
Vindt een zonsverduistering plaats bij een volle of een nieuwe maan?
Thema 2: Licht en kleur zien – Schaduwvorming
39
6.5
Camera obscura
AAN DE SLAG 2 oriënteren Onderzoeksvraag Staat het beeld dat gevormd is door een camera obscura recht, of is het omgekeerd? Wat is de invloed van de grootte van het gat?
Hypothese (schrap wat niet past) Het beeld is recht/omgekeerd. Hoe kleiner het gat bij een camera obscura, hoe scherper/ minder scherp het beeld.
Voorbereiden Materiaal • • • • • • •
schoendoos of koffieblik met doorzichtig deksel aluminiumfolie fijne naald of fijne en dikkere spijker sterke lichtbron met matte lamp kalkpapier plakband breekmes
Werkwijze Schoendoos: 1 Maak met het breekmes in het midden van een korte zijde een vierkant gat van ongeveer 3 cm. 2 Bevestig met plakband langs de binnenzijde over dat gat een stuk aluminiumfolie. Maak met de naald in het midden van de folie voorzichtig een heel klein gaatje. 3 Snijd in de achterkant van de doos (de andere korte kant) een rechthoek uit tot ongeveer 3 cm van elke kant. Plak daar een stuk kalkpapier in. 4 Sluit de doos. Koffieblik: 1 Maak met de fijne spijker een gaatje in het midden van de onderkant van het blik. Je buur maakt een gaatje dat een beetje groter is. Let op, beide gaatjes moeten heel klein zijn. 2 Sluit het blik.
Uitvoeren 1 Richt de voorkant met het gaatje naar de lamp of naar een fel belicht onderwerp. Kijk naar het kalkpapier of door het deksel in het koffieblik. Leg eventueel een doek over de doos en over je hoofd. Het beeld staat recht/omgekeerd. Verklaar dat, door het beeld te tekenen van de bovenkant en van de onderkant van de pijl.
40
2 Vergelijk het beeld gevormd door jouw doos met het beeld gevormd bij je buur. Hoe kleiner het gat, hoe minder scherp/even scherp/scherper het beeld. Verklaar dat door het beeld te tekenen van een puntvormige lichtbron.
3 Bij een klein gat is het beeld van een puntvormige lichtbron
Bij een groot gat is het beeld van een puntvormige lichtbron en dus .
4 Ontwerp een methode om met een camera obscura de grootte van de zon te bepalen. Zoek op het internet de afstand tussen de zon en de aarde op.
Reflecteren Besluit Bij een camera obscura is het beeld . Hoe kleiner het gat, hoe het beeld.
Reflectie Bij een fototoestel is de foto scherp als je een klein diafragma neemt. Bij een groot diafragma is de achtergrond vaag. Ga op het internet na of je met de zoekterm ‘applet pinhole’ de applet ‘The World through a Hole’ kunt vinden. Ga de beeldvorming bij een camera obscura na met behulp van deze applet.
Thema 2: Licht en kleur zien – Schaduwvorming
41
