5 dingen die ieder mens moet weten over licht

5 dingen die ieder mens moet weten over licht

2015 is het Internationale Jaar van het Licht (maar het universele jaar van het licht is in 2533). Ik denk dat we het er allemaal wel over eens zijn dat licht heel belangrijk is in zowat alle aspecten van ons leven. Maar wat zijn de belangrijkste dingen die ieder mens erover zou moeten weten? Oké, ik laat mensen onder de 7 jaar even links liggen. Jongere kinderen weten waarschijnlijk al veel over licht (omdat ze het de hele tijd gebruiken) – maar laten we ons daar nu even niet druk over maken. Dus, als je ouder bent dan 7, let dan even op.

Bekijk meer

Licht is een golf

Wat is een golf? Laten we beginnen met een voorbeeld. Gooi een steen in een plas en je ziet iets als dit:

De steen veroorzaakt een verstoring in het water (een rimpeling). Deze verstoring beweegt zich radiaal naar buiten vanaf de plek waar de steen is geraakt. Het is de verstoring die naar buiten beweegt, niet de watermoleculen – die bewegen alleen op en neer. Je kunt iets soortgelijks doen met een touwtje. Leg het op de grond en blijf schudden aan één uiteinde. De verstoring beweegt zich langs de snaar naar beneden (een zware snaar werkt beter).

Laten we eens kijken naar het geval van een golf die langs een snaar naar beneden beweegt. Er zijn 4 eigenschappen die je kunt beschouwen:

Deze 4 eigenschappen zijn:

• Amplitude: dit is de grootte van de verplaatsing van de verstoring. De eenheden voor amplitude hangen af van het type golf. Voor een snaar zouden de eenheden meters zijn.
• Golfsnelheid: als u naar één verplaatsing zou kijken, zou deze zich verplaatsen. De golfsnelheid is de snelheid (dat lijkt overbodig). De eenheid voor de golfsnelheid is meters per seconde.
• Golflengte: dit is de afstand van de ene verstoring tot de volgende, gemeten in meters
• Frequentie: als je zou tellen hoeveel golven er in elke seconde een stilstaand punt passeren, dan zou dat de frequentie zijn (in cycli per seconde of Hertz).

De laatste drie eigenschappen hangen met elkaar samen. De snelheid van de golf is gelijk aan het product van de golflengte en de frequentie.

Licht is dus een golf. Dit betekent dat het alle bovenstaande eigenschappen heeft en golfachtige dingen kan doen, zoals:

• Uitbreiden en uitstralen in alle richtingen (zoals een gloeilamp of de golven in het water veroorzaakt door een rots).
• Storen met andere golven.
• Buigen om hoeken (ja, licht doet dit – maar het is moeilijk te zien).
• Dragen energie en momentum.
• Interactie met materie.

Licht doet al deze dingen.

Licht is een Elektromagnetische Golf

Je kunt je eigen golf maken. Neem een lang verlengsnoer en rek het uit op de grond. Schud nu een uiteinde verticaal. U zou iets als dit moeten krijgen (deze gif is in slow motion):

Neem nu het verlengsnoer weg en herhaal de demonstratie. Ja, er gebeurt niets. Als je geen medium hebt om een golf in te laten reizen, is er geen golf. Maar hoe zit het met licht? Licht is een golf, toch? Ja, inderdaad (zoals ik hierboven beschreef). Hoe reist licht dan door de lege ruimte als het van de zon naar de aarde gaat? Wat is het medium voor een lichtgolf?

Het blijkt dat er twee belangrijke dingen zijn met betrekking tot elektrische en magnetische velden. Ten eerste loopt hier een draad met elektrische stroom over een magnetisch kompas. De elektrische stroom maakt een magnetisch veld waardoor de kompasnaald gaat draaien.

Maar je hebt niet eens een elektrische stroom nodig om magnetische velden te maken. Het blijkt dat een veranderend elektrisch veld ook een magnetisch veld zal maken. Hier is een spoel van draad verbonden met een gloeilamp (zonder batterij). Wanneer deze over dit veranderende magnetische veld wordt geplaatst, ontstaat een veranderend elektrisch veld dat een stroom aandrijft.

Dus we hebben een veranderend elektrisch veld dat een magnetisch veld creëert en een veranderend magnetisch veld creëert een elektrisch veld. Voeg deze twee ideeën samen en je kunt twee golven maken (een elektrische veldgolf en een magnetische veldgolf) die beide de ander doen voortbewegen. Elektromagnetische golven hebben geen medium nodig, omdat ze in zekere zin hun eigen medium zijn.

Verschillende golflengten van licht hebben een verschillende wisselwerking met materie

Eerst is er het elektromagnetische spectrum. Je kunt een elektromagnetische golf van allemaal verschillende golflengten maken – van groter dan 1 meter (radiogolven) tot minder dan 10 picometer (gammastralen – maar het zijn nog steeds golven). Hier is de gangbare indeling van het elektromagnetisch spectrum, gaande van grote golflengten naar kleine.

• Radio
• Microwaves
• Infrarood
• Zichtbaar licht
• Ultraviolet
• X-stralen (maar het zijn golven)
• Gammastralen

Al deze golven zijn elektromagnetische golven en ze reizen allemaal met dezelfde snelheid (de snelheid van het licht). Ze hebben echter verschillende wisselwerkingen met materie. Als u binnen bent, kan uw mobiele telefoon nog steeds gegevens ontvangen van een zendmast, omdat deze radiogolven door de meeste muren heen gaan. Kun je door de muren heen kijken? Nee. Zichtbaar licht gaat niet door de meeste muren. Röntgenstralen gaan meestal door je huid heen, maar je kunt (met zichtbaar licht) niet door de huid heen kijken – dat zou gewoon raar zijn.

Technisch hangt de interactie met licht en materie af van de frequentie van het licht – maar aangezien frequentie en golflengte met elkaar samenhangen, kunnen we het gewoon over de golflengte hebben.

Je ziet dingen als er licht in je oog komt

Ok, dit gaat niet alleen over licht maar ook over hoe mensen werken.

Er zijn twee manieren waarop licht in je oog kan komen. Ten eerste kan er een lichtbron zijn (zoals een gloeilamp) die licht maakt. Dit licht gaat dan je oog in en BOEM – je hersenen interpreteren dit signaal als licht. De andere manier (meer gebruikelijk) is om dingen te zien door gereflecteerd licht. Stel dat je naar een potlood kijkt. Het licht (ergens vandaan) wordt weerkaatst door het potlood en komt dan in uw oog.

Maar wat gebeurt er als er geen licht in je oog komt? Wat als je op een plek bent waar absoluut geen lichtbron is? In dat geval neem je de kleur zwart waar. Eigenlijk kan dit een leuke vraag zijn. Vraag iemand dit:

Ben je ooit ergens geweest waar absoluut geen licht is? (Als je in een kamer bent die helemaal donker is, wat zou je dan zien? Wat gebeurt er nadat je heel lang hebt gewacht?

Eén van de meest voorkomende antwoorden is dat je alles zwart ziet – in het begin. Deze mensen zullen ook zeggen dat je ogen zich na enige tijd zullen aanpassen en dat je dan WEL iets zult zien. Het juiste antwoord is dat je gewoon zwart zult zien – voor altijd. Als er geen licht in je oog komt, zie je gewoon zwart. Het gemeenschappelijke idee is gebaseerd op een gemeenschappelijke ervaring. Normaal gesproken passen je ogen zich inderdaad aan als je in een donkere kamer bent. Dit werkt echter alleen in kamers met een beetje licht – en er is bijna altijd op zijn minst een beetje licht.

Alle voorwerpen produceren licht

Misschien moet ik zeggen dat alle voorwerpen elektromagnetische golven produceren – dat doen ze. Laten we eens kijken naar een voorbeeld uit uw huis. Ga naar je keuken en zet het fornuis op hoog (ervan uitgaande dat je een elektrisch fornuis hebt). Kijk nu hoe het fornuis heter wordt (maar raak het niet aan).

Op een gegeven moment zal het fornuiselement zo heet worden dat het een lage roodachtige kleur gaat gloeien (roodgloeiend). Maar eigenlijk heeft het element de hele tijd licht geproduceerd. Het is alleen zo dat bij lagere temperaturen het elektromagnetische licht in een golflengte zit die je niet kunt zien – het zit in het infraroodspectrum.

De meeste dingen die je om je heen ziet zenden EM (elektromagnetische) straling uit in het infraroodspectrum – dus je kunt het niet zien. Nou, je kunt het eigenlijk indirect zien als je een geweldige infrarood camera (voor je telefoon) hebt. Deze thermische camera’s dectecteren het infrarode licht en creëren een valse-kleurenbeeld dat mensen kunnen zien. Voor het grootste deel, verschillende kleuren in het IR-beeld komen overeen met verschillende temperaturen van de objecten.

Hier is een voorbeeld. Dit is mijn hond op een gladde vloer. Merk op dat zijn ogen en neus warmer zijn dan andere delen van zijn lichaam. U ziet ook zijn infrarode weerkaatsing op de vloer.

Maar werkt dit ook voor voorwerpen die heter zijn dan uw fornuiselement? Ja. Als een voorwerp nog heter wordt, creëert het licht met steeds kortere golflengtes. Uiteindelijk zal het voorwerp er wit uitzien naarmate er meer licht met kortere golflengte wordt geproduceerd. Ja, het zou zelfs ultraviolet licht kunnen maken bij nog hogere temperaturen.

Ok, dat zijn de vijf dingen die iedereen zou moeten weten over licht.