## Licht, donker, schaduw

Licht en Donker

We praten er elke dag over: 'het wordt al licht'. 'Wat is het nog donker!' 'In de winter wordt het vroeg donker'. Wat bedoelen we dan eigenlijk? Wat betekent het? Wat zeggen we dan? Waarschijnlijk heb je daar nog nooit over nagedacht. 'Dat is toch duidelijk!', zul je zeggen. Maar hoe komt het eigenlijk dat het 's avonds donker wordt?

Oké, dat weet je natuurlijk wel. De zon gaat onder. Oftwel, de zon verdwijnt achter de horizon. Dat leert ons natuurlijk dat de zon een belangrijke bron van licht is, een lichtbron. De zon noemen we een directe lichtbron, omdat de zon zelf licht 'maakt', net zoals een lamp, een vuur, een kaarsvlam e.d. De zon is als het ware een grote vuurbal die licht geeft.

De meeste dingen geven zelf geen licht. Ze kaatsen alleen maar licht terug dat van een directe lichtbron komt. Zulke dingen die verlicht worden en daardoor licht terugkaatsen noemen we indirecte lichtbronnen. Een hele bekende is natuurlijk ...

Maar waardoor wordt het nu 's avonds donker? Laten we eens kijken naar hoe dat werkt. Je hebt dat vast bij aardrijkskunde al wel eens gezien. Natuurlijk weet je wel dat eigenlijk niet de zon 'onder' gaat, maar dat de aarde om zijn as draait. Wij draaien mee en daardoor raakt de zon voor ons op een bepaald moment uit zicht.

Zoals je op de plaatjes kunt zien, komen we dan in de schaduw. 'Donker' en 'nacht' betekenen dus gewoon 'we zitten aan de schaduwkant van de aarde'.

Omdat de draaias van de aarde een beetje schuin staat t.o.v. de baan van de aarde om de zon, verschuift door het jaar heen het moment waarop die schaduw ontstaat een beetje. Kijk maar naar het onderstaande plaatje en dit filmpje: ´Waarom is het ‘s winters langer donker?

Dit verklaart ook waarom de zon 's zomers hoger aan de hemel staat dan 's winters. Maar daar moet je misschien even over nadenken (en als je er niet uitkomt, vraag je het maar).

Schaduw

Hoe komt dat nu eigenlijk, dat er schaduw ontstaat? Wat is schaduw? En waar vinden we de schaduw?

Hieronder zie je een plaatje van de schaduw van een rechtopstaande koker die geworpen wordt door een spot aan het plafond. Dan zie je natuurlijk een schaduw op de grond, zeg maar achter de koker. Schaduw is dus eigenlijk gewoon een plek waar geen (of weinig) licht komt.

Is die plek op de grond de enige plek waar we de schaduw van de koker kunnen vinden?

Nee. Kijk maar eens naar de volgende tekening. Daar zie je een aantal mensen en weer een spot, links aan het plafond. De meest linkse figuur werpt een grote schaduw op de grond. De andere figuren zitten allemaal in de schaduw van die eerste. Niet alleen hun voeten zitten in de schaduw die oop de grond is te zien, ook hun hoofden zitten in de schaduw van de eerste figuur. Over de hoofden kun je een lijn trekken, vanaf de spot. En alles beneden die lijn (rechts van de meest linkse figuur) is schaduw. Schaduw staat dus ook in de lucht.

Lichtstralen en lichtbundels

Dit leert ons nog iets: licht gaat dus vanaf de lichtbron in rechte lijnen. Lichtstralen noemen we dat. Overal waar die lichtstralen onderbroken worden door een ding (of een persoon dus) dat daar staat, ontstaat daarachter schaduw. Zo kan er ook een lichtbundel ontstaan, als de lichtstralen doorgelaten wordt tussen twee dingen (hindernissen, zeg maar), terwijl de rest van de stralen door die hindernissen tegengehouden wordt. Dat zie je in het bos soms. Als bladeren en takken een deel van het zonlicht tegenhouden. Of je ziet het als het licht vat door een smalle opening. En een spot is eigenlijk ook een lamp die maar door een kleine opening licht doorlaat en de rest tegenhoudt. De zijkanten van de lichtbundel noemen we de randstralen.

Soms zijn lichtbundels recht; evenwijdig noemen we die (omdat de randstralen evenwijdig lopen). Andere bundels worden stereds breder; die noemen we divergent. En weer andere worden steeds smaller; die noemen we convergent.

Schaduwfiguren, Wajang en theater

Met schaduw kun je prachtige dingen doen. Je kent natuurlijk wel de vogel en de hondekop die je als schaduwfiguur met je handen kunt vormen. Dat kan allemaal nog een stuk mooier en ingewikkelder. Kijk maar eens naar deze filmpjes:

´Matt McGinn Magic Shadow Show
´Raymond Crowe Is Master Of The Shadows
´Attraction Shadow Theatre Group

En in Indonesië is een hele kunstvorm ontstaan met het gebruik van schaduwen: het Wajang poppenspel. Wajang betekent schadu of schim in het Javaans. Kijk maar eens op wikipedia bij Wajang.

Wajangpoppen

Schaduw bij meerdere lichtbronnen

Tot nu toe hebben we alleen gekeken naar schaduw die wordt gevormd door één lamp, één lichtbron. Wat gebeurt er nu als je meer dan één lichtbron hebt? Kijk maar eens naar de onderstaande foto.

Je ziet een tafel op zijn kant. Aan het plafond hangen twee lampen, links en rechts. Verder is er geen licht (behalve een beetje van een computerscherm). Daarvóór zie je een donkere, bijna zwarte driehoek. En daar schuin voor zie je links en rechts nog twee donkere vlekken. Die laatste zijn de schaduwen die door één lamp worden gevormd. Maar omdat de andere lamp dat deel nog wel verlicht, is de schaduw niet zo diep. Er komt nog licht. Daarom noemen we dat een halfschaduw. De donkere driehoek is een gebied waar het licht van beide lampen niet kan komen. Dat noemen we de kernschaduw.

Spiegels

Wat is een spiegel? De meeste mensen denken dan aan een stuk glas, met daarachter vaak een laagje zilver. Maar eigenlijk is elk oppervlak dat lichtstralen vrijwel net zo terugkaatst als de manier waarop ze invallen een spiegel. Ook een glad metalen oppervlak kan dus een spiegel zijn. Of een volkomen glad wateroppervlak.

Lichtstralen die op een dergelijk oppervlak vallen, worden dus precies zo weer teruggekaatst (in werkelijkheid gaan sommige stralen ook door het oppervlak heen, maar in een iets andere richting; breking noemen we dat; of worden ze opgenomen; geabsorbeerd, zeggen we dan netjes; ze verdwijnen dan als het ware).

Dus als de lichtstralen onder een bepaalde hoek invallen, kaatsen ze onder dezelfde hoek weer terug.

Dat geldt natuurlijk ook voor de randstralen van een lichtbundel. Dat betekent ook dat een invallende lichtbundel precies zo wordt teruggekaatst. Een evenwijdige lichtbundel blijft evenwijdig, een convergente bundel blijft convergent en een divergente bundel blijft divergent.

Een divergente lichtbundel kaatst ook divergent weer terug, een parallelle bundel kaatst parallel terug

Spiegelbeeld

Door die terugkaatsing ontstaan spiegelbeelden. In het plaatje hieronder ziet het oog niet het rode paard, maar zijn spiegelbeeld, het blauwe paard (natuurlijk hebben ze bij een gewone spiegel allebei dezelfde kleur; de kleuren zijn hier alleen aangebracht voor het onderscheid). Een lichtstraal of lichtbundel die vanaf het rode paard komt, wordt teruggekaatst door de spiegel. Daardoor lijkt het voor het oog alsof de straal vanaf het blauwe paard komt. Zie je dat het spiegelbeeld achter de spiegel lijkt te staan? En hoe ver staat het spiegelbeeld achter de spiegel?

Het spiegelbeeld staat net zo ver achter de spiegel als het origineel er voor. De afstand A-C in het plaatje is dus gelijk aan de afstand C-D.

Voor 3 vmbo en mavo met een NOVA-licentie: bestudeer paragraaf 5.1 van NOVA NASK1 kgt 3 en maak de opgaven.

(Voor H/V-leerlingen met een NOVA-licentie die deze quest doen: bestudeer deze zelfde paragraaf van NOVA Nask1 kgt en/of kijk naar paragraaf 7.1, 7.2 en 7.3 van NOVA Natuurkunde Max h/v 1-2 en maak de opgaven)