3Alle kleuren van de regenboog

Ondertussen weten we dat licht breekt bij elke overgang van middenstof.

Als we een lichtbundel door een prisma sturen gebeurt er iets bijzonders. Een lichtstraal die invalt op een prisma wordt gebroken bij het binnenkomen in de prisma en opnieuw bij het buitengaan uit de prisma.

Een prisma is een massief doorzichtiglichaam begrensd door twee vlakken die elkaar snijden.

De hoek tussen de twee vlakken is de tophoek.

invallende straal

i1 I1

r1 deviatiehoek

i2 I2 n

r2

n uittredende straal

Het merkwaardige is nu, dat het witte licht dat je laat invallen op de prisma, na breking niet als wit licht uit het prisma komt, maar wel als een spectrum van lichtstralen met verschillende kleuren. We noemen dit fenomeen kleurschifting of dispersie.

Licht bestaat uit verschillende kleuren: rood – oranje – geel – groen – blauw – indigo – violet (ROGGBIV).

Om dit beter te begrijpen, gaan we dieper in op wat licht juist is.

Licht bestaat uit elektromagnetische golven die zich (in vacuüm) voortbewegen met een snelheid van 2 2 m . Die golven bestaan eigenlijk uit een continu veranderend elektrisch en magnetisch veld. Later zien jullie daar meer over, maar jullie kunnen al een schematische voorstelling zien op de figuur hieronder. De golftoppen van zo’n golf liggen op een afstand λ van elkaar, die afstand noemen we de golflengte.

Naast het licht dat we kunnen zien (het zichtbare licht), is er dus ook licht dat we niet kunnen zien, zoals infrarood of ultraviolet licht. Daarnaast zijn er ook nog andere elektromagnetische golven zoals gamma stralen, radiogolven, microgolven …

zichtbaar spectrum

gammastralen x-stralen ultraviolet infrarood microgolven

golflengtes (m)

10–12 10–12 10–10 10–8 10–6 10–4 10–2 radiogolven

1 104 106

frequenties

Alle elektromagnetische golven samen, de zichtbare en de onzichtbare, vormen het elektromagnetische spectrum (EM-spectrum).

Als wij spreken van licht bedoelen we natuurlijk het voor ons zichtbare licht.

De verschillende soorten elektromagnetisch golven, verschillen van elkaar door hun golflengte. Net als de verschillende kleuren zichtbaar licht verschillen van elkaar door hun golflengte.

golflengte in nanometer = 10–9 m

radiogolven

microgolven

infrarood

zichtbaar licht

ultraviolet

x-stralen

gammastralen

De snelheid waarmee licht zich voortplant in een middenstof is afhankelijk van de golflengte (en van de kleur) van het licht. De verschillende kleuren licht gaan zich met verschillende snelheden doorheen het glas van de prisma bewegen en worden op een andere manier gebroken. Daardoor wordt wit licht na doorgang door een prisma gescheiden in verschillende kleuren. Dat is de reden waarom we zo een mooi kleurenspectrum te zien krijgen.

3.1De brekingsindex

De kleur van het licht heeft een invloed op de brekingsindex.

We bekijken als voorbeeld een waterdruppel. In water hebben verschillende kleuren een verschillende brekingsindex bij de overgang van licht tussen lucht en water:

• rood (λ= 687 nm) n = 1,330 • geel (λ= 589 nm) n = 1,333 • blauw (λ= 486 nm) n = 1,337 • violet (λ= 434 nm) n = 1,341 Daardoor zijn de brekingshoeken verschillend voor alle kleuren en wordt wit licht gescheiden in verschillende kleuren, zoals dit ook in een prisma gebeurt.

Als een lichtstraal binnentreedt in een waterdruppel, krijgen we dus hetzelfde effect als bij een prisma.

Het licht kan ook zo invallen dat er volledige terugkaatsing plaats vindt binnen in de waterdruppel, zoals weergegeven op de figuur hieronder.

zonnestraal in

waterdruppel R 42°

uit

3.2Hoe komen kleuren tot stand?

Nu we weten dat wit licht eigenlijk bestaat uit licht van verschillende kleuren, willen we natuurlijk ook weten waarom we bepaalde voorwerpen zien als rood en andere als blauw, geel of oranje.

We zagen dat een donker voorwerp, een voorwerp is dat zelf geen licht geeft. De meeste voorwerpen rondom ons zijn dus donkere voorwerpen. Maar toch zijn die niet donker! Ze hebben daarentegen alle kleuren van de regenboog.

Als je in een kamer, afgesloten van het licht van buiten, alle lichtbronnen dooft dan zie je niets meer in de kamer. We hebben dus licht nodig om donkere voorwerpen te kunnen zien. Wat we

zien is afhankelijk van hoe het licht interageert met het donker voorwerp. Hierbij zijn er verschillende mogelijkheden:

Het licht kan worden geabsorbeerd door het donker voorwerp, de lichtstralen die geabsorbeerd worden verdwijnen dan in het voorwerp. Van een lichtbundel kan een deel van het licht geabsorbeerd worden en een ander deel niet. de eigenschappen van licht

Het licht kan weerkaatst worden op het voorwerp, het gaat na weerkaatsing terug weg van het voorwerp. Het licht wordt gereflecteerd. reflectie absorptie doorlating

Het licht wordt doorgelaten door het voorwerp, de lichtstraal beweegt zich dus door het voorwerp.

Ook een combinatie van die drie fenomenen is mogelijk.

Dit zwarte ijsje is gemaakt van zwarte sesam, het ziet er zwart uit omdat alle lichtstralen geabsorbeerd worden. De lichtstralen verdwijnen in het ijsje.

Bij dit witte ijsje worden geen lichtstralen geabsorbeerd, maar worden alle lichtstralen weerkaatst. Daardoor ziet het ijsje er wit uit.

Bij een gekleurd ijsje wordt een deel van de lichtstralen geabsorbeerd en een deel weerkaatst. Nemen we als voorbeeld het rode ijsje, daarbij worden alle lichtstralen geabsorbeerd behalve de rode, die worden weerkaatst, waardoor we het ijsje zien als een rood ijsje.

Kun je nu zelf uitleggen wat er gebeurt bij het gele ijsje? Waarom zien we dat als een geel ijsje? Noteer.

WIST-JE-DAT

Doordat witte voorwerpen al het licht weerkaatsen gaan ze in de zomer minder snel opwarmen, daarom draag je ook best witte kledij op een hete zomerdag.

3.3Hoe neemt ons oog kleur waar?

Een voorwerp kan ook licht doorlaten.

IJsjes die licht doorlaten bestaan niet, ijsblokjes laten echter wel het licht door. Ze zijn doorschijnend, zoals deze visjes of het matte glas. Op de figuur kun je zien hoe de lichtstralen zich gedragen na doorgang door de doorschijnende middenstof.

Sommige middenstoffen zijn doorzichtig, ze laten het licht gewoon door zonder het van richting te veranderen. Doorzichtig glas is daarvan het meest voor de hand liggende voorbeeld en ook heel wat verpakkingen zijn doorzichtig.

Een ondoorschijnend voorwerp laat helemaal geen lichtstralen door. We kunnen een object achter een ondoorschijnend voorwerp niet zien. Deze bril is bijvoorbeeld ondoorschijnend, ook het hout van de kast is ondoorschijnend waardoor de poes zich kan verstoppen in de kast.

3.4Kleurmenging

Bij kleurmenging onderscheiden we additieve en subtractieve kleurmenging.

Additieve kleurmenging

Additieve kleurmenging nemen we waar als we verschillende lichtbronnen, elk met hun eigen kleur, over elkaar op een scherm projecteren.

Zo geeft rood, groen en blauw licht, samen wit licht. En groen en rood licht geven samen geel licht.

Staan alle kleuren uit, dus alle lichtbundels, dan is het scherm zwart.

Dit principe wordt onder andere gebruikt bij beeldschermen, kleurentelevisies, theaterverlichting …

Subtractieve kleurmenging

We spreken van subtractieve kleurmenging als verf of inkt wordt gemengd. De kleuren die gemengd worden zijn cyaan, magenta en geel.

Zo geeft magenta en geel samen rood. De kleuren cyaan, magenta en geel geven samen zwart. Als er geen verf op de ondergrond aangebracht is, dan is de ondergrond wit, het beeld is dan wit.

3.5Hoe ziet ons oog de kleuren?

Bordeauxrood, grasgroen, lavendelblauw, kobaltblauw, zonnebloemgeel, gifgroen … er bestaan miljoenen kleuren en die kunnen wij allemaal herkennen. Behalve voor wie kleurenblind is. Hoe doet ons oog dat? Heeft een oog speciale attributen om kleuren te zien? Of is er iets in onze hersenen verantwoordelijk voor dat kleuren zien?

De werking van het oog

Het oog bestaat uit heel veel verschillende delen.

Het licht komt het oog binnen door het hoornvlies, kamerwater, en treedt via de lens in het glasachtig lichaam. Het wordt hierdoor gebroken en vormt zich een omgekeerd beeld op het netvlies. Het regenboogvlies of de iris zorgt ervoor dat de pupil groter of kleiner wordt. Bij veel licht is de pupil klein, bij weinig licht is de pupil groot. Via de oogzenuw gaat het beeld naar de hersenen die het beeld weer recht zetten. Hoe ze het doen, is nog een raadsel.

Het zien van kleuren steunt op het feit dat onze ogen het licht in verschillende golflengtes waarnemen en die golflengtes kunnen filteren. Ons oog vangt het licht en ook kleuren op via receptoren op het netvlies. Ze filteren blauw, groen en rood uit het licht. Ultraviolet en infrarood licht is niet zichtbaar voor onze ogen.

0

Die receptoren noemen we kegeltjes en staafjes. Er zijn ongeveer twee keer zoveel kegeltjes (7 miljoen) als staafjes. Ongeveer 60% vangt het rood op, ongeveer 30 % het groen en 10 % vangt het blauw op. De meeste vind je aan de buitenrand van het netvlies. Als er voldoende licht is, zetten de kegeltjes de kleur om. Onze kegeltjes werken alleen bij daglicht. Is er te weinig licht, dan nemen de staafjes het over van de kegeltjes, maar dan zien we ook minder kleur.

oogwit

iris hoornvlies pupil

lens straalvormig lichaam en spier bindvlies netvlies

oogzenuw

gele vlek

netvlies bloedvaten glasachtig lichaam

ultraviolet

300

1,0 380 450 490 560 590 630

violet

400 blauw groen geel oranje

500 600 golflengte (nm) rood

700 780

infrarood

300

relatieve gevoeligheid 400 500 600 700

WIST-JE-DAT

Ooit al gehoord van nachtblindheid? Als onze staafjes niet goed of zelfs niet werken, dan zijn we nachtblind. De staafjes zorgen ervoor dat we kunnen zien als er weinig licht is. Ze zijn onze nachtkijkers als het ware. Daarnaast zorgen ze er ook voor dat hoewel we recht voor ons kijken, toch 180° rondom ons kunnen zien. Dit heet een perifeer beeld.

Als je naar de doorsnede kijkt van het oog zie je de gele vlek. Eigenlijk is het niet echt een vlek, maar een holte waar alleen maar kegeltjes zitten. Het beeld dat recht in het oog valt, komt op die plaats terecht. Op die plek kunnen we dus beter kleuren onderscheiden en scherpstellen.