1. 1 Wat is een trilling? Een trilling is een beweging die steeds wordt herhaald. Bijvoorbeeld een massa m dat aan een veer hangt. In rust bevindt m zich in de evenwichtsstand. Als m beweegt noemen we de afstand van m tot de evenwichtsstand de uitwijking (u). De maximale uitwijking wordt amplitude (r)genoemd. De trillingstijd (T) is de tijd die nodig is om een hele trilling af de maken. Met frequentie (f) bedoelen we het aantal trillingen dat per seconde wordt afgemaakt. De frequentie kan worden berekend uit de trillingstijd: 1 f T De eenheid van trillingstijd is (s). De eenheid van frequentie is (Hz). http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=148.msg735#msg735 oefenopdrachten 1.1.1 Van een trilling is de trillingstijd 0,15 s. Bereken de frequentie. 1.1.2 Hoeveel Hz is 1,4 MHz? 1.1.3 1 f schrijf de formule in de vorm T = T 1.1.4 Op een stemvork staat 440 Hz. Bereken de trillingstijd. 1.1.5 Zie figuur rechts. Het uiteinde van een staaldraad voert een trilling uit tussen positie A en B. De afstand van A tot B bedraagt 1,2 mm. De tijd van A naar B te komen bedraagt 0,014 s. De bepaal van deze trilling de amplitude, de trillingstijd en de frequentie. A B Dictaat exact blok 3 1 11-12-2012
1.2 Wat is een golf? Een golf bestaat uit een reeks trillers die elkaar nadoen. In het plaatje hieronder zie je twaalf trillers naast elkaar. De linker triller is begonnen en nu trillen ze allemaal. Samen vormen ze een golf. Met golflengte (labda) wordt bedoeld: de lengte van een hele golf. Geef zelf in de figuur aan: de evenwichtsstand, de voortplantingsrichting en de golflengte. oefenopdrachten 1.2.1 Hoeveel golflengtes zie je in de figuur hierboven? 1.2.2 A Hierboven zie je een foto van een golf in een koord. De golf is 0,60s geleden in A begonnen. a. Hoeveel hele golven zie je? b. Bepaal door opmeten de amplitude en de golflengte. c. Bepaal de trillingstijd en de frequentie d. (extra moeilijk) Teken de stand van het koord 0,15s later. Kijk ook op http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_en.html Dictaat exact blok 3 2 11-12-2012
1.3 Wat is licht? Licht is een elektromagnetische golf. Andere voorbeelden van e.m.-golven zijn: radar en röntgenstraling. In de figuur hieronder zie je een Elektromagnetische golf: een golf die bestaat uit elektrische en magnetische trillingen.(zie figuur). Er zijn dus geen deeltjes in trilling. De trillingen bestaan uit veranderende velden. Het elektrische en magnetische veld worden sterker, zwakker, sterker, enz. Dat gebeurt met een onvoorstelbaar hoge frequentie. Binas tabel 19A en 19B. Met frequentie (f) wordt bedoeld: het aantal trillingen per seconde. De eenheid van frequentie is hertz (Hz). De voortplantingssnelheid van e.m.-golven is de lichtsnelheid. De golflengte (labda) bepaalt de eigenschappen van de golf. (BINAS tabel 19B). c formule f : golflengte (m) c : lichtsnelheid (m.s -1 ) f : frequentie (Hz) De lichtsnelheid c is afhankelijk van de stof waar de e.m.-golven door gaan. Deze golven hebben geen stof nodig om zich te kunnen voortplanten.elektromagnetische golven kunnen door vacuüm. De lichtsnelheid is in vacuüm ongeveer 3,0.10 8 m/s (BINAS tabel 7). Het is de hoogste snelheid die er bestaat. Door lucht en water gaan e.m.-golven met een lagere snelheid. 1.3.1 Bereken de frequentie van radiogolven het golflengte 192m (in vacuüm). 1.3.2 De golflengte van radar is 2,8 cm(in vacuüm). Bereken de frequentie. 1.3.3 De frequentie van rood licht is 4,6.10 14 Hz. In water bedraagt de golflengte 435 nm. Bereken de voortplantingssnelheid van licht in water. Kijk ook op http://www.amanogawa.com/archive/planewave/planewave-2.html Dictaat exact blok 3 3 11-12-2012
1.4 Fotonen Licht is gekwantiseerd. Gekwantiseerd betekent: opgedeeld in vaste hoeveelheidjes. Licht bestaat uit fotonen. Je mag een foton opvatten als een soort golfpakketje. f is de frequentie van het foton. De golflengte λ van het c foton is te berekenen met. (c:lichtsnelheid) f 1.5 Wat is kleur? De kleur van zichtbaar licht wordt bepaald door de frequentie (en dus ook door de golflengte) van de fotonen. In tabel 19A van Binas kan je dat zien. Als de frequentie bekend is, kan de golflengte van het foton worden berekend. De hoogste frequentie die we kunnen zien is 7,5.10 14 Hz (violet) golven met iets hogere frequentie noemen we ultra-violet (UV). Die golven kunnen we niet zien. De laagste frequentie die we kunnen zien is 4,0.10 14 Hz (rood) golven met iets lagere frequentie noemen we infra-rood (IR). Die golven kunnen we niet zien. 1.5.1 Bereken de frequentie van e.m.-golven met (in vacuüm) een golflengte van 450nm. Kunnen wij deze golven zien? Verklaar je antwoord. 1.6 Wat is een spectrum? Licht bestaat vaak uit een mengsel van kleuren (dus van verschillende golflengten). Bij een spectrum worden de verschillende kleuren naast elkaar geprojecteerd. Hoe maak je een spectrum? Er zijn twee manieren om een spectrum te maken. 1. Een spectrum maken met een prisma: Een prisma werkt met breking. Verschillende golflengten hebben ook een verschillende brekingsindex. De kleuren komen dus met een verschillende hoek uit het prisma. Dictaat exact blok 3 4 11-12-2012
2. Een spectrum maken met een tralie: Als licht op een CD-tje valt zie je een spectrum. Het CD-tje werkt als een tralie. Een tralie bestaat uit een glaasje met zeer veel evenwijdige krasjes (bijv 600 per mm). Het licht dat op het tralie valt gaat door de openingen tussen de krasjes. Daar vindt buiging plaats. De gebogen lichtstralen interfereren. Interferentie is: het versterken en verzwakken van de golven. In bepaalde richtingen wordt rood versterkt, in andere violet, enz. 1.7 Het continu spectrum Fotonen wordt uitgezonden door gloeiende voorwerpen. (gloeidraad, gloeiende koolstofdeeltjes in een kaarsvlam). Er ontstaat wit licht. Als van dit licht een spectrum wordt gemaakt zie je alle kleuren continu in elkaar overlopen. Continu betekent: doorlopend, zonder onderbrekingen.zie Binas: 20-1 1.7.1 Kijk naar Binas tabel 20-1. Is het spectrum van de zon een continu spectrum? Dictaat exact blok 3 5 11-12-2012
1.8 De kleurencirkel. De kleurencirkel is een hulpmiddel om lichtabsorptie te begrijpen. Er zijn drie primaire 1 lichtkleuren: rood, blauw en groen. Samen geven ze wit licht. Als je twee primaire lichtkleuren mengt krijg je de secundaire 2 kleuren. rood + groen geel rood + blauw magenta groen + blauw cyaan Kleuren die tegenover elkaar liggen noem je complementaire kleuren. Als je complementaire lichtkleuren mengt krijg je wit licht. Let op: het gaat hier over mengen van licht en niet over mengen van verf. rood geel magenta groen blauw cyaan 1.9 Lichtabsorptie. Als een oplossing blauw van kleur is betekent dit dat de oplossing blauw licht doorlaat (want die kleur zie je). Rood en wit groen (en dus ook geel) worden geabsorbeerd. Bij absorptie van kleuren kan je met lichtsommen werken: Wit rood-groen = blauw blauw Oefenen: 1. Wit licht valt op een gele oplossing. Welke kleur(en) wordt/worden geabsorbeerd? 2. Geel licht valt op een rode trui. Welke kleur zie je? 3. Rood licht valt op een gele trui. Welke kleur zie je? 4. Groen licht valt op een rood schrift. Welke kleur zie je? 1 primaire : eerste 2 secundaire: tweede Dictaat exact blok 3 6 11-12-2012
1.10 Monochromatoren. Monochromatisch licht is licht van slechts één kleur (één golflengte). Een monochromator levert monochromatisch licht. Dit kan bijvoorbeeld door van een spleet gebruik te maken. Van een spectrum wordt slechts een klein deel doorgelaten. Hieronder zie je een monochromator die geel licht levert. 1.11 Extinctie Bij absorptiemetingen gaan we meestal uit van monochromatisch licht. Absorptie (a) is het gedeelte dat geabsorbeerd wordt bijvoorbeeld: 0,85 (of 85%). Transmissie (T) is het gedeelte dat wordt doorgelaten. T = 1 - a Chemici werken liever met extinctie E. formule: E log(t) of, als T in % staat : E 2 logt in ons voorbeeld: T= 0,15 E = 0,82 oefenen. 1. Bereken de extinctie bij een transmissie van 0,05. 2. Welke extinctie krijg je bij 100% absorptie? 3. Welke extinctie krijg je bij 0% absorptie? 4. E log(t ) Schrijf de formule in de vorm T= 5. Bereken de absorptie bij E = 0,14. Geef je antwoord in %. 6. Een groen licht schijnt door een oplossing. 60% wordt door de oplossing geabsorbeerd. Bereken de transmissie (in %) en de extinctie. Dictaat exact blok 3 7 11-12-2012