De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
of 131
Transcript of De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
1/131
D E N A T U U R K U N D E
V A N
ROND
1900
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
2/131
VWO-BOVENBOUW
NATUURKUNDE
PROJ EKT
He t
VWO- bovenbouw
c u r r i c u l u m i n wo r d i n g b e s t a a t u i t t h e ma ' s ,
b l o k k e n en o n d e r z o e k p e r i o d e s . I n de
t h e ma ' s
s t a a t een
t h e ma
v r a a g u i t de d a g e l i j k s e
o mg e v i n g ,
de t e c hn i e k , de s a me n l e v i n g
o f de
we t e n s c h a p
c e n t r a a l .
I n
b l o k k e n w o r d e n b e l a n g r i j k e f y s i s c h e
o n d e r w e r p e n
i n hun
s a m e n h a n g
g e g e n e r a l i s e e r d .
OVERZI CHT
VAN HET EXPERI MENTEL E
CURRI CULUM
4e k l a s 5e k l a s
6e k l a s
L i j f w e r k S p o r t
S a t e l l i e t e n
Mu z i e k Mo t o r e n
B l o k El e k t r o ma g n e t i s c h e
Ve r k e e r 3 l o k A r b e i d
S t r a l i n g
B l o k
B e we g i n g e n
Rond
1900
Hoe o n t w i k k e l t
de we t e n
He t We e r A u t o ma t i s e r i n g
s c h a p z i c h ?
En e r g i e B l o k P o t e n t i a a l
Open o n d e r z o e k
I o n i s e r e n d e
S t r a l i n g
B l o k Re p e t e r e n v o o r h e t
B l o k D e e l t j e s mo d e l l e n Examen
Ke u z e - o n d e r w e r p e n
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
3/131
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
4/131
3
INHOUD
D E N A T U U R K U N D E
V A N
ROND
1900
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
5/131
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
6/131
5
1
OR I ËNTAT I E
I NHOUD:
1. 1 De n a t u u r k u n d i g e n r o n d 1880 5
1. 2 Ov e r d i t t h e ma 6
1. 3 Z i e n wa t j e v e r wa c h t t e
z i e n ?
7
1. 4 Ee n mi d d e l e e u ws d o c u m e n t d e c o d e r e n ' 0
1. 5
A l g e me n e
r e g e l s 12
1. 1 DE
NATUURKUNDI GEN ROND
1880
A a n h e t e i n d e v a n d e 19e
e e u w l e e k
h e t o f d e n a t u u r k u n d e
b i j n a
a f wa s .
De me c h a n i c a v a n Ne w t o n wa s t o t i n d e d e t a i l s u i t g e w e r k t ; b e we g i n g e n ,
k r a c h t e n , b o t s i n g e n , d a t
a l l e s
k o n men u i t r e k e n e n . He t v a k g e b i e d v a n d e
e l e k t r i c i t e i t
e n h e t
ma g n e t i s me
wa s v e r k e n d d o o r v o o r a a n s t a a n d e
f y s i c i
a l s
Ampèr e
e n F a r a d a y . Ma x we l l ha d
a l l e v e r s c h i j n s e l e n
d i e i n hu n
e x p e r i
me n t e n g e v o n d e n wa r e n i n v i e r p r a c h t i g e ( ma a r m o e i l i j k e ) v e r g e l i j k i n g e n
s a me n g e v a t , v a n w a a r u i t a l l e e l e k t r o - ma g n e t i s c h e v e r s c h i j n s e l e n v e r k l a a r d
k o n d e n wo r d e n . De r u i m e e n
e e u w
d u r e n d e d i s c u s s i e o f l i c h t e e n g o l f - d a n
w e l e e n d e e l t j e s v e r s c h i j n s e l wa s , wa s o p g e l o s t . Y o u n g e n
F r e s n e l
h a d d e n
o v e r t u i g e n d e b e w i j z e n g e v o n d e n d a t l i c h t e e n g o l f v e r s c h i j n s e l i s .
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
7/131
6
OR IËNTAT I E
v a n het i d e e dat
a l l e
ma t e r i e u i t d e e l t j e s b e s t a a t mo e s t e n het o p n e me n
t e g e n n a t u u r k u n d i g e n d i e i n g o l v e n g e l o o f d e n .
1. 2 OVER DI T THEMA
de onderwerpen van dit thema
He t
b e g o n
i n 1895 met de o n t d e k k i n g van
Röntgen stralen ,
g e v o l g d i n 1896
d o o r de ontdekk ing van het elek tron en de e e r s t e k e n n i s ma k i n g met radio
a c t i v i t e i t Wat was er aan de h a n d i n de n a t u u r k u n d e dat er i n e e n s z o v e e l
n i e u we
o n t d e k k i n g e n we r d e n g e d a a n ?
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
8/131
7
O R I Ë N T A T I E
I n h e t
t we e d e
e n d e r d e ho o f d s t u k g a j e d e t he or i e ën o v e r g o l v e n e n d e e l
t j e s l e r e n .
D i e
e i n d i g e n
me t e e n l i j s t v a n
g o l f - e n d e e l t j e s e i g e n s c h a p p e n .
He t v i e r d e h o o f d s t u k g a a t o v e r k a t h o d e s t r a l e n . D a a r i n s t a a t e e n l i j s t me t
e i g e n s c h a p p e n , w a a r z o w e l g o l f - a l s d e e l t j e s e i g e n s c h a p p e n
i n t e
h e r k e n n e n
z i j n .
E r k u n n e n e c h t e r n o g f o u t e n i n d i e l i j s t z i t t e n . I n d e
k l a s
g a j e
h e t d e ba t o v e r
h e t
g o l f -
d a n w e l d e e l t j e s k a r a k t e r v a n
k a t h o d e s t r a l e n
n a
s p e l e n .
Ni e u we
p r o e v e n
me t d e
s t r a l e n
g e v e n a r g u me n t e n v o o r z o we l
h e t e n e
a l s
h e t
a n d e r e
m o d e l
t o t j e d e
p r o e f
e n d e
b e r e k e n i n g e n
v a n Th o ms o n
o n d e r
o g e n k r i j g t .
I n h e t
v i j f d e
h o o f d s t u k
k o m j e d e
o n t d e k k i n g
v a n Rön t g e n
t e g e n .
D i e
o n t d e k
k i n g h a d t o t g e v o l g d a t e r n o g me e r o n t d e k k i n g e n v o l g d e n z o a l s d i e v a n
B e c q uér e l ,
d i e
k o r t
i n h e t
z e s d e h o o f d s t u k
a a n d e
o r d e k o mt .
He t
z e v e n d e
e n a c h t s t e h o o f d s t u k ma k e n d e s p r o n g v a n 1900 n a a r c a 1925 . I n
d i e t i j d
w o r d e n
n i e u we
o n t d e k k i n g e n g e d a a n
d i e d e
z e k e r h e de n o v e r l i c h t ,
e l e k t r o n e n e n r ön t g e n s t r a l e n o p n i e u w t e r d i s c u s s i e s t e l l e n . Ee n n i e u we
t h e o r i e
mo e t
g e v o n d e n wo r d e n
om
d e e l t j e s -
e n
g o l f v e r s c h i j n s e l e n
me t
e l k a a r
t e v e r z o e n e n :
d e
q u a n t u mt h e o r i e .
h o o f d s t u k k e n
Or i ën t a t i e o p h e t t h e ma e n
o p ' wa a r n e mi n g -
e n t h e o r i e
a k t i v i t e i t e n
1 Or i ën t a t i e
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
9/131
OR IËNTAT I E
e x p e r i me n t e r e n . T h o m s o n s o n t d e k k i n g i s e r z o één . H i j ha d e e n i d e e i n z i j n
k op e n e xp e r i me n t e e r d e n e t z o l a n g t o t h i j h e t z a g .
Wa a r z i t n u d e r e d e n v a n he t v e r s c h i l t u s s e n d i e t we e ? L a t e n we d a a r t o e
p r e c i e z e r n a a r Röntgen e n
T h o m s o n k i j k e n .
Thomson: waarnemen
vanuit ee n theorie
T h o m s o n
ha d e e n i d e e o v e r d e a a r d v a n k a t h o d e s t r a l e n . Om d a t i d e e t e c o n
t r o l e r e n
d e e d h i j a l l e r l e i p r o e v e n , ma a r me t n o g a l t e l e u r s t e l l e n d e u i t
k o ms t e n .
H i j
w e e t
d i e u i t k o ms t e n
n i e t
a a n
o n j u i s t h e i d
v a n
z i j n i d e e , m a a r
a a n s l e c h t e e x p e r i me n t e l e o ms t a n d i g he d e n , me t name h e t
f e i t
d a t d e k a t h o d e -
s t r a a l b u i z e n d i e h i j g e b r u i k t e ,
n i e t
e e n v o l d o e n d e h o o g vacuüm h a d d e n .
D a a r a a n
o n t l e e n d e h i j
z i j n
d r a n g om v e r d e r t e . e xp e r i me n t e r e n e n
z o a l s
we
i n
d i t t h e ma
z u l l e n z i e n ,
me t s u c c e s .
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
10/131
9
OR IËNTAT I E
1 EEN EXPERI MENT MET KAARTEN
J e l e r a a r l a a t j e s p e e l k a a r t e n z i e n .
• s c h r i j f o p we l k e k a a r t e n j e g e z i e n h e b t
• ho e r e a g e e r d e n j i j e n d e a n d e r e n t o e n
j u l l i e
d e k a a r t e n n o g e e n s
z a g e n ?
•
s c h r i j f
o p wa t e r
p r e c i e s
a a n d e
h a n d
wa s me t d e k a a r t e n
• wa t i s j e c o n c l u s i e t e n a a n z i e n v a n j e w a a r n e me n ?
U i t d i t e xp e r i me n t
b l i j k t
d a t j e d e s p e e l k a a r t e n i n g r o t e l i j n e n s n e l h e r
k e n t :
v a n u i t wa t j e a l v a n s p e e l k a a r t e n we e t , be n j e
g a a n k i j k e n . Ma a r
o n v e r wa c h t e w i j z i g i n g e n z i e j e
s n e l
o v e r h e t h o o f d , a l s d e d i n g e n o p h e t
e e r s t e g e z i c h t i n j o uw ' t h e o r i e ' p a s s e n . Pa s a l s j e
we e t wa a r o p
j e mo e t
l e t t e n , b i j v o o r b e e l d : we l k e
v o r m
moe t b i j we l k e k l e u r p a s s e n , d a n k a n j e
h e r k e n ne n d a t j e n i e t
a l l e s
z a g v a n wa t j e d a c h t t e z i e n .
Me t d e v o l g e n d e a k t i v i t e i t k a n j e n og e e n s o e f e n e n ho e j e me t e e n n i e u w
i d e e
e e n p r o b l e e mp j e k u n t o p l o s s e n .
2
VI E R
L I J NEN DOOR NEGEN
PUNTEN?
W a a r s c h i j n l i j k k a n j e d e p u z z e l o n d e r a n i e t o n mi d d e l l i j k o p l o s s e n .
B e s t e e d minder dan een halve
minuut a a n a e n d o e d a n
a c h t e r e e n v o l
g e n s b e n c .
a . He t i s m a k k e l i j k o m 9 p u n t e n d o o r 5
l i j n e n
t e v e r b i n d e n ,
z o a l s
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
11/131
1
OR IËNTAT I E
1. 4 EEN M DDELEEUWS DOCUMENT DECODEREN
W
h e b b e n
g e z i e n d a t
' t he o r i e ën '
j e i n s t a a t
s t e l l e n
d i n g e n
w a a r
t e n e me n .
Ma a r , a a n d e a n d e r e k a n t k u n n e n z e o o k e e n h i n d e r p a a l
v o r me n
b i j h e t o n t
d e k k e n v a n
n i e u we
v e r s c h i j n s e l e n . De o n d e r s t a a n d e a k t i v i t e i t e n r o n d he t
d e c o d e r e n v a n e e n o ud d o c u m e n t o n d e r s t e u n e n d i t i d e e n o g e e n s .
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
12/131
11
OR IËNTAT I E
E r
wo r d e n t we e s y mb o l e n v a n d e
e e r s t e
p a g i n a u i t d e k r a s s e n o p g e d i e p t . De
e n d e Z . He t e e r s t e s y m b o o l s t a a t i n d e k o l o m
bieed,
h e t t we e de i n d e
k o l o m
gert.
E r
v e r s c h i j n e n v e r d e r
t we e n i e u we s y mb o l e n , d i e
n i e t
o p d e
e e r s t e p a g i n a s t a a n . He t
z i j n
d e s y mb o l e n
w
e n / - . He t s y mb o o l ^ s t a a t
i n
d e k o l o m
mora
e n ƒ - s t a a t i n d e k o l o m gert.
5 ORDENI NGS - PRI NCI PE
TOETSEN
a .
K l o p t
j e
v o o r s p e l l i n g
b e t r e f f e n d e
d e s y mb o l e n
R
e n Z. ?
b . Om d e s y mb o l e n ^ e n f » i n t e p a s s e n
moe t
j e b e d e n k e n h o e b e i d e
s y mb o l e n a f g e ma a k t
mo e t e n
wo r d e n . Wa t b e d e n k
j i j ?
Onze s c h r i f t g e l e e r d e i s
n i e t
e r g t e v r e d e n . H i j w i l p r e c i e s we t e n ho e d e
o r d e n i n g i s .
H i j
b e s l u i t
e e n n i e u w o n d e r z o e k t e
l a t e n
d o e n , d i t m a a l i n e e n
c h e mi s c h
l a b o r a t o r i u m .
He t r e s u l t a a t i s
n i e t
e c h t b e mo e d i g e n d . Er
o n t s t a a n
v e e l t e v e e l d o n k e r e
s t r e p e n
o p h e t d o c u me n t . E r
v e r s c h i j n t
ma a r
één n i e u w s y mb o o l d a t
e n i g s
z i n s l e e s b a a r
i s ,
h e t s y m b o o l ^ i n d e bieed-kolom. Ve r d e r
b l i j k t
h e t s ym
b o o l
3 d e
more-kolom
e e n £ t e
z i j n .
De ƒ - u i t d e
gert-kolom l i j k t
e e n ĥ{ t e
z i j n .
6 HOE VERDER?
a .
V e r g e l i j k
h e t r e s u l t a a t me t d e
v o o r s p e l l i n g
d i e j e
i n a k t i v i -
1 2
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
13/131
O R I Ë N T A T I E
H i j h u s s e l d e d e l e t t e r s
u i t
d e wo o r d e n d o o r
e l k a a r
h e e n ,
d r a a i d e
d e wo o r
d e n om e n d a a r h a d h i j h e t
7 GEVONDEN?
a . We l k e
( mi d d e l e e u ws - ) Ne d e r l a n d s e
w o o r d e n k a n j e v a n bieed, more
e n
gert m a k e n ?
b .
Wa t
z i j n
d e
o r d e n i n g s - p r i n c i p e s ?
c . P l a a t s d e o v e r i g e s y mb o l e n u i t h e t d o c u me n t i n d e j u i s t e k o l o m.
1. 5 AL GEMENE REGELS
E r
b e s t a a n ma s s a ' s
w a a r n e m i n g s s p e l l e t j e s e n c o d e r i n g s t r u c j e s v a n h e t s o o r t
a l s j u l l i e h i e r b o v e n g e z i e n h e b b e n . U i t d e z e
s p e l l e t j e s ,
d i e n a t u u r l i j k
w e l
e e n
b e e t j e g e k u n s t e l d
z i j n ,
v o l g e n
e e n
a a n t a l
a l g e me n e
r e g e l s .
H e t i s
g o e d
d i e
r e g e l s
i n g e d a c h t e t e
h o u d e n ,
a l s j e
s t r a k s
g a a t
k i j k e n n a a r
d e
r e a k t i e v a n n a t u u r k u n d i g e n o p n i e u we v e r s c h i j n s e l e n . Wa n t , wa t j e b i j d e z e
s p e l l e t j e s m a k k e l i j k
z i e t ,
i s v e e l m o e i l i j k e r t e z i e n b i j d e n a t u u r k u n d e .
O
Veel
v e r s c h i j n s e l e n k unn en o p e e n aantal v e r s c h i l l e n d e
manieren
ver
k l a a r d worden.
Soms z i j n d i e v e r s c h i l l e n d e v e r k l a r i n g e n o o k n o g me t e l k a a r i n t e g e n s p r a a k .
13
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
14/131
O R I Ë N T A T I E
Oo k n a t u u r k u n d i g e n v a n r o n d 1900 d i e n a a r d e
n i e u we
s t r a l e n k e k e n h a d d e n
v e r s c h i l l e n d e i d e eën i n h u n h o o f d . S o mmi g e n z a g e n d e e l t j e s , a n d e r e n g o l v e n .
He t z a l b l i j k e n
d a t j u i s t
d o o r .
h e t
' g e v e c ht ' o v e r
d e
v r a a g we l k e
v a n d i e
t he o r i e ën
o p g a a t v o o r
d e
n i e u we
s t r a l e n
n i e u we
t he o r i e ën e e n k a n s k r i j g e n .
3 )
Ni e uw e v e r s c h i j n s e l e n probeer je a l t i j d te be grijpen me t behulp van
o u d e theorie ën en begrippen.
Wa a r z o u j e z e
a n d e r s
me e
mo e t e n
b e g r i j p e n ?
P a s a l s j e
n i e t
a n d e r s
k a n g a
j e n i e u we
t he o r i e ën v e r z i n n e n .
De n a t u u r k u n d i g e n r o n d 1900 h a d d e n p r a c h t i g e w i s k u n d i g e t he o r i e ën o v e r
g o l v e n
e n d e e l t j e s
t o t
h u n
b e s c h i k k i n g .
Wa t was
v o o r
d e h a n d
l i g g e n d e r
d a n
d o o r
d e b r i l v a n d i e t h e o r i e ën
n a a r
d e
n i e u we
s t r a l e n t e k i j k e n ? Omd a t d i e
t he o r i e ën r e d e l i j k
k l o p t e n , b e i d e , o n t s t o n d
e r e e n s i t u a t i e
wa a r i n
t we e
t he o r i e ën één s o o r t v e r s c h i j n s e l e n v e r k l a a r d e n . Ne t a l s b i j o n z e t we e s p e l
l e t j e s .
4 )
Iemand die i e t s mee nt te begrijpen i s sterk geneigd tegenvoorbeelden
weg te
verklaren.
D a a r
z i j n a l t i j d w e l mo g e l i j k h e d e n t o e , z e k e r a l s j e e e n b e e t j e s l i m b e n t .
De s c h r i f t g e l e e r d e , me t z i j n
h o o f d l e t t e r
Q, wa s z o ' n
s l i mme r d .
H e t i s g o e d
t e
b e s e f f e n
d a t h e t n i e t a l t i j d d o m i s
t e g e n v o o r b e e l d e n
e v e n
o p z i j
t e
z e t t e n .
A l s j e b i j
i e d e r
t e g e n v o o r b e e l d j e
t h e o r i e
o f j e b e g r i p p r o b e e r t
d o o r
e e n n i e u w t e
v e r v a n g e n b l i j f
j e a a n d e g a n g .
Na t u u r k u n d i g e n r o n d
1900
1 4
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
15/131
OR IËNTAT I E
Een kwestie van geluk?
Ee n
b e k e n d e
e n g e l s e
u i t d r u k k i n g
z e g t : " L u c k f a v o u r s t h e p r e p a r e d
m n d " .
D e z e u i t d r u k k i n g p a s t h e e l g o e d b i j o n t d e k k i n g e n u i t d e n a t u u r k u n d e .
De o n t d e k k i n g v a n Röntgen
l i j k t
z o ' n k w e s t i e v an g e l u k .
Ma a r ,
Röntgen
ha d j a r e n o n d e r z o e k me t k a t h o d e s t r a a
1
b u i z e n a c h t e r de r u g . D o o r d a t
o n d e r z o e k wa s h i j
g a a n
g e l o v e n d a t e r i n d e b u i z e n e e n h e l e b o e l
s o o r t e n s t r a l i n g v o o r k o me n ,
e n d a a r d o o r wa s h i j v o o r b e r e i d o p h e t
g e l u k . L e n a r d , e e n
D u i t s e r
d i e a a n h a n g e r wa s v a n d e g o l f h y p o t h e s e
e n d i e d e b u i s g e m a a k t ha d w a a r me e Röntgen z i j n o n t d e k k i n g
d e e d ,
was
n i e t
v o o r b e r e i d . H i j wa s
v e e l
t e b e t r o k k e n i n h e t d e b a t o v e r g o l v e n
e n
d e e l t j e s
om
i e t s n i e u ws
t e z i e n .
Ook T h o m s o n , d e o n t d e k k e r v a n he t e l e k t r o n , wa s v o o r b e r e i d om g e l u k
t e h e b b e n .
Op he t
moment
v a n
z i j n
o n t d e k k i n g , 1 8 9 6 , we r k t e h i j a l
1 0
j a a r
a a n k a t h o d e s t r a a l b u i z e n .
V r i j w e l
a l l e
e xp e r i me n t e n v a n
g o l f
e n
d e e l t j e s t h e o r e t i c i
ha d h i j h e r h a a l d , e n z o wa s h i j a c h t e r b e l a n g
r i j k e
f o u t e n i n e e n g r o o t
a a n t a l
e x p e r i me n t e n
g e k o m e n .
Da t
j u i s t
h i j
o n t d e k t e d a t k a t h o d e s t r a l e n e e n s t r o o m e l e k t r o n e n z i j n , i s d an o o k
n i e t
v r e e md
en z e k e r n i e t a l l e e n e e n k w e s t i e v an g e l u k .
H e t z e l f d e g e l d t
v o o r
B e c q uér e l ,
de o n t d e k k e r v a n n a t u u r l i j k e
r a d i o -
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
16/131
1 5
ROND 1 9 0 0
DEEL
1
GEVESTIGDE T H E O R I E Ë N
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
17/131
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
18/131
17
DEELTJESTHEORIE
I NHOUD:
2. 1 D r i e p r i n c i p e s van k r a c h t en
b e we g i n g
17
2. 2 Kr a c h t we r k i n g e n
23
2. 3 Ve l d e n 25
2. 4 Ge l a d e n d e e l t j e s 28
2. 5
B a n e n
van d e e l t j e s
30
2. 6 V r i j e we g l e n g t e i n g a s s e n
34
2. 1 D RI E
P RI NCI P ES
VAN KRACHT EN BEWEG NG
To t
c a
1550 g i n g i e d e r e e n u i t van
de
b e we g i n g s t h e o r i e van
A r i s t o t e l e s .
Di e
t h e o r i e z e g t
dat
a l l e v o o r we r p e n op
aarde
v r o e g o f
l a a t
t o t
r u s t
mo e t e n
k o m e n .
R u s t zou hun ' n a t u u r l i j k e t o e s t a n d ' z i j n . V o o r sterren en planeten
g e l d t
dat
n i e t . Hun ' n a t u u r l i j k e t o e s t a n d ' i s
j u i s t dat
z e
i n c i r k e l s
b l i j v e n
b e we g e n .
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
19/131
DEELTJESTHEORIE
1 8
f i g . 2.3 C o p e r n i c u s ( P o l e n , 1473-1543)
b r a k met
de a r i s t o t e l i a a n s e
o p v a t t i n g d at
de
a a r d e
het
m i d d e l p u n t van het h e e l a l i s .
H i j v e r d e d i g d e de
o p v a t t i n g
d a t
de a a r d e
om
de zon
d r a a i t .
f i g .
2.4 Het wereldbeeld van C opernicus
(1543).
De aarde
staat
niet
langer
i n h e t centrum.
Ne w t o n p r e s e n t e e r d e
a l s e e r s t e een s a me n v a t t e n d e t h e o r i e van de me c h a n i c a ,
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
20/131
19
DEELTJESTHEORIE
f i g .
2.5
G a l i l e o
G a l i l e i ( It alië ,
f i g .
I s a a c
Newton ( E n g e l a n d ,
1642-1727) i s de meest
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
21/131
20
DEELTJESTHEORIE
2 H E T
VERSNELLINGSPRINCIPE
Om
t e k u n n e n op t r e k ken me t f i e t s o f au t o heb j e e e n n e t t o k r a c h t n od i g i n de b e we g i n g s
r i c h t i n g .
B i j a f r e mme n moet
de n et t o k r a c h t t e g en d e
b e we g i n g
i n we r k e n . De g r o ot t e
v an d e b e no d i g d e n e t t o kr a c ht hangt a f v a n
t we e
f a c t o r e n :
- de
v e r e i s t e
v e r s n e l l i n g of v e r t r a g i n g ;
- de m a s s a d i e v e r s n e l d of
a f g e r e md
wo r d t .
H e t v e r b a n d t u s s e n v e r s n e l l i n g , n et t o k r a c ht e n
m a s s a
i s t e o n de r z o e k en d oo r m d de l
v an mo d e l p r o e v e n , me t b e hu l p v an wage n t j e s o p e e n
r i j b a a n
o f g l i j d e r s op e en l u c h t k u s -
s e n ba a n.
B i j
z u l k e p r o e v en
i s
d e k r a cht
v r i j
na uwk eu r i g c o n s t a n t t e
h ouden .
Da n
b l i j k t :
een con
stante netto kracht veroorzaakt een constante versnelling.
B i j v e r d u b b el i n g v a n d e k r a c ht
wor d t
ook de v e r s n e l l i n g v e r d ub be l d . Ve r d u b be l i n g v a n
de
ma s s a
( b i j v .
doo r
t we e
g e l i j k e
wa g en t j e s o p
e l k a a r
t e
z e t t e n ) hee f t het t e g en ge s t e l d e
e f f e c t :
d e
v e r s n e l l i n g
wor d t t weemaa l z o
k l e i n
b i j
g e l i j k e t r e k k r a c h t . De
r e s u l t a t e n
z i j n
k o r t s a me n
t e va t t e n
i n
het
versnellingsprincipe ( t we e de
we t van
Ne wt o n ) :
n e t t o k r a c ht
=m a s s a
•
v e r s n e l l i n g
^netto =
m
• a
I n Ne wt o n s g e s c h r i f t e n i s de we t F = m.a o v e r i g e n s i n
d e z e
v o r m n i e t t e
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
22/131
21
DEELTJESTHEORIE
3
HET AKTIE-REAKTIEPRINCIPE
B i j een b o t s i n g
v a n a ut o A
met
a ut o Bl o pe n z e a l l e b e i s c h a d e o p:
de k r a c ht we r k i n g
i s
we de r k e r i g .
Da t
g e l d t ook a l s A een
a ut o
en B een boom
i s , a l
i s
v aak he t
e f f e c t van
de
ene k r a c h t o p va l l e nd er
d a n v a n
de
a nd er e .
P o p 3
f i g .
2.8
f i g .
2.9
D e e l t j e s
d i e
b o t s e n
o e f e n e n
v o l g e n s
het
r e a k t i e p r i n c i p e
een g e l i j k e , t e g e n g e s t e l d
g e r i c h t e k r a c h t
op
e l k a a r
ui t,
Di t i s
een
a l g e me e n k enme r k
van
k r a c ht e n i n
de
n at u ur k un di g e b et e k e ni s
van het
woo r d :
krachtwerking is ltijd ederzijds. D u i d e l i j k
k un
j e
da t
b i j v . me r k e n bi j ma g n e t e n .
A f h a n k e l i j k
v a n
de
man i e r
wa a r o p j e
z e t e g en o ve r
e l k a a r
houdt
v o e l j e a a n t r e k k i n g
o f
a f s t o t i n g , maar a l t i j d van b ei d e ka nt e n. B r e n g j e de magn e t e n d i c h t e r bi j e l k a a r , dan
w o r d e n
b ei d e
k r a c h t e n
g r o t e r . Di e
k r a c ht e n
z i j n t e
me t en :
z e b l i j k e n e v en g r o ot t e
z i j n ,
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
23/131
22
DEELTJESTHEORIE
5 G e e f
v o o r de v o l g e n d e
s i t u a t i e s
de k r a c h t e n t w e e t a l l e n
aan:
•
j i j d u w t t e g e n de mu u r ;
• een ma g n e e t wo r d t d o o r een i j z e r e n k a s t a a n g e t r o k k e n ;
• een
s t a t i s c h g e l a d e n kamt r e k t
j e
h a a r
aan;
•
Ne w t o n z i e t
een
a p p e l
van
de
boom
v a l l e n ;
•
de v l o e r wa a r o p
j e s t a a t h o u d t j e t e g e n .
6
S t e l
dat j e
op de
f i e t s r i j d t
en
van
a c h t e r t e ge n
een
a n d e r e
f i e t s e r b o t s t . B e i d e we t e n j u l l i e
de
b o t s i n g
op
t e v a n g e n . J i j
o n d e r v i n d t d o o r
de
b o t s i n g een k r a c h t van 200
N
g e d u r e n d e
0, 5 s.
a .
Hoe
g r o o t i s
de
k r a c h t d i e
de
a n d e r e
f i e t s e r o n d e r v i n d t ? We l k e
r i c h t i n g
had d i e
k r a c h t ?
b . G e d u r e n d e
we l k e t i j d
we r k t d i e k r a c h t ?
c . Hoe g r o o t
i s
de s t o o t
d i e
j i j o n d e r v i n d t ? En
d i e
w e l k e de
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
24/131
2 3
DEELTJESTHEORIE
2 . 2 KRACHTWERKI NGEN
U i t
de d r i e
p r i n c i p e s v o o r k r a c h t
en
b e we g i n g e n
v a n Ne w t o n v o l g t d a t d e e l
t j e s
a l l e e n
v a n s n e l h e i d (grootte e n / o f r i c h t i n g ) k u n n e n v e r a n d e r e n , a l s
z e e e n k r a c h t o n d e r v i n d e n
o n d e r
i n v l o e d v a n één o f me e r andere d e e l t j e s .
I n
d e z e p a r a g r a a f
ga
j e k e n n i s m a k e n me t
d r i e
s o o r t e n k r a c h t e n d i e d e e l
t j e s op
e l k a a r k u n n e n u i t o e f e n e n :
de
g r a v i t a t i e k r a c h t ( z w a a r t e k r a c h t ) ,
de
( e l e k t r i s c h e )
c o u l o mb - k r a c h t
en de
( ma g n e t i s c h e )
l o r e n t z - k r a c h t .
Er
wa r e n
i n 1 8 8 0 n o g meer k r a c h t s o o r t e n b e k e n d z o a l s de k r a c h t e n van
t we e
ma g n e t e n op
e l k a a r ,
de
k r a c h t e n d i e
a t o me n
s a me n b i n d e n t o t
één
mo l e c u u l ,
de
v an d e r wa a l s - k r a c h t e n t u s s e n mo l e c u l e n d i e e e n v a s t e
s t o f o f e e n v l o e i s t o f b i j e l k a a r h o u d e n .
Te g e n wo o r d i g
z i j n de n a t u u r k u n d i g e n v an me n i n g d a t e r s l e c h t s
v i e r
s o o r t e n k r a c h t e n b e s t a a n , wa a r u i t
a l l e
a n d e r e s o o r t e n
a f g e l e i d
k u n n e n
w o r d e n : de g r a v i t a t i e k r a c h t , de elektro-magnetische kracht ( d i e o m v a t
de
e l e k t r i s c h e
k r a c h t ,
de
ma g n e t i s c h e
k r a c h t ,
de
l o r e n t z k r a c h t ,
de
v a n d e r wa a l s - k r a c h t en de mo l e c u l a i r e k r a c h t , en i s de k r a c h t d i e we
met de z w a a r t e k r a c h t i n he t
d a g e l i j k s
l e v e n he t m e e s t t e g e n k o me n ) ,
de sterk e wisselwerki ng d i e
de
a t o o mk e r n ( p r o t o n e n
en
n e u t r o n e n )
b i j e l k a a r
h o u d t
en de zwakke wisselwerking d i e een n e u t r o n i n een
p r o t o n
en
e e n e l e k t r o n k a n d o e n o v e r g a a n . I n mi d d e l s h e e f t
men
o n t d e k t
d a t de e l e k t r o - ma g n e t i s c h e k r a c h t e n de z wa k k e w i s s e l we r k i n g a l s één
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
25/131
2 4
DEELTJESTHEORIE
De
k r a c h t m e t i n g z e l f
was
a l
m o e i l i j k
g e n o e g .
Co u l o mb
g e b r u i k t e
de
h i e r n a a s t a f g e b e e l d e
t o r s i e b a l a n s .
De
t o r s i e h o e k ( d a t w i l z e g g e n :
d e h o e k v e r d r a a i i n g
van
de
u i t e i n d e n
van
de
d u n n e
d r a a d )
i s een
ma a t
v o o r
de
k r a c h t t u s s e n
d e
b o l l e t j e s A en B.
H i j v o n d
dat
d e z e e l e k
t r i s c h e k r a c h t F
e
a f n e e mt
met
het
k w a d r a a t v an
d e a f s t a n d
r
t u s s e n
hun
mi d d e l p u n t e n . Ve r d e r
nam
h i j
aan dat
de
k r a c h t e v e n r e d i g
was met de
l a d i n g e n Q
van
de
b o l l e t j e s .
S a me n g e v a t :
draaibare
knop
1
dunne d r a a d '
Qa-Qb
" T r i -
P a s v e e l l a t e r
was men
i n
s t a a t a l l e g r o o t h e i
d e n i n d e z e wet van
Cou lomb
p r e c i e s t e me t e n .
A l s F
wo r d t
u i t g e d r u k t
i n n e wt o n ,
de
l a d i n g e n
i n
coulomb
( de e e n h e i d van l a d i n g )
en de
a f s t a n d r
i n
me t e r ,
dan
o n t s t a a t
de
v o l g e n d e
f i g . 2.14
25
«
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
26/131
DEELTJESTHEORIE
f i g . 2.15
De r e c h t e r h a n d r e g e l
v o o r
de
l o r e n t z k r a c h t op een p o s i t i e f
g e l a d e n
d e e l t j e .
f i g . 2.16
H e n d r i k A n t oon
L o r e n t z
( 1853-
1928) was de meest bekende
n a t u u r k u n d i g e
van
z i j n
t i j d
i n N e d e r l a n d .
H i j
w e r k t e aan
een e l e k t r o n e n t h e or i e en
w o r dt
a l s b e l a n g r i j k s t e v o o r l o p e r
v an de r e l a t i v i t e i t s t h e o r i e g e z i e n '
Rond 1880 h e e f t L o r e n t z ,
p r o f e s s o r
i n de t h e o r e t i s c h e n a t u u r k u n d e i n L e i
d e n , u i t h e t e x p e r i me n t e l e we r k v a n F a r a d a y en h e t i n g e w i k k e l d e t h e o r e t i
s c h e w e r k v a n Ma x we l l d e z e e e n v o u d i g e r e g e l v o o r de n a a r hem
g e n o e m d e
k r a c h t
op e e n s t r o o md r a a d a f g e l e i d . H i j
h e e f t
b o v e n d i e n d e z e r e g e l t o e g e
p a s t
op
e l e k t r i s c h
g e l a d e n
d e e l t j e s .
D a a r b i j
r e d e n e e r d e h i j a l s
v o l g t :
S t e l
d a t e e n s t r o o m b e s t a a t u i t e l e k t r i s c h g e l a d e n d e e l t j e s a l l e m a a l met
l a d i n g q
t
d i e a l l e m a a l met e e n
s n e l h e i d
V b e w e g e n . Nu
g a a n
we n a a r de
b i j d r a g e
v a n één g e l a d e n
d e e l t j e
a a n de
l o r e n t z k r a c h t
k i j k e n . He t
d e e l t j e
d o o r l o o p t
de
a f s t a n d
l
met
z i j n s n e l h e i d v i n
de
t i j d t
• De
l a d i n g
v e r t e g e n wo o r d i g t z e l f e e n s t r o o mp j e t e r
g r o o t t e
v a n :
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
27/131
26
DEELTJESTHEORIE
veld. Dat i s e e n b i j z o n d e r g e s l a a g d e p o g i n g g e we e s t , w a n t d a t b e e l d wo r d t
n o g s t e e d s g e b r u i k t
en
i s o o k v a n g r o o t b e l a n g g e b l e k e n v o o r
de
wi s k u n d i g e
s t r u k t u u r v a n
de
n a t u u r k u n d e e e n veld b e s c h r i j v e n . Ee n veld i s d a a r b i j
een
r u i mt e
( vacuüm
o f met ma t e r i e g e v u l d ) ome e n d e e l t j e h e e n d i e t e n g e v o l g e
v a n e e n e i g e n s c h a p ( ma s s a ,
l a d i n g ,
ma g n e t i s c h e e i g e n s c h a p )
g e w i j z i g d
i s .
I n
de
r u i mt e
om
h e t d e e l t j e h e e n k u n j e v e l d l i j n e n t r e k k e n , d i e a a n g e v e n
ho e de r u i mt e g e w i j z i g d i s . B i j ma g n e t e n k e n j e de ma g n e t i s c h e v e l d l i j n e n
a l .
©
®
0
0 0 0 0 0 0 0 \
l
,
© © t—ma
© © ©
/
7 f
0 0 0 0
© © ©
f i g .
2.17a
V e l d l i j n e n
i n en r o n d een
s t a a f - m a g n e e t .
f i g .
2.17b
V e l d l i j n e n
i n en r o n d een
s t r o o m s p o e l .
E l k e v e l d l i j n
g e e f t
d a a r b i j
aan i n we l k e r i c h t i n g e e n m a g n e e t d i e j e i n
e e n b e p a a l d p u n t n e e r z e t ,
g e r i c h t
wo r d t .
Ook h e t zwaartekraohtsveld k e n j e v a n z e e r n a b i j . Ee n v o o r we r p i n h e t
z w a a r t e k r a c h t s v e l d
v a n de a a r d e o n d e r v i n d t e e n z wa a r t e k r a c h t n a a r b e n e d e n
2 7
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
28/131
DEELTJESTHEORIE
f i g .
2.20 B i n n e n een
k o o i
van
f i <
3 -
2.21
L a d i n g s s c h e i d i n g
d o o r
F a r a d a y i s het e l e k - i n f l u e n t i e i n een ge-
t r i s c h e
v e l d
0. l e i d e r .
B i j z o n d e r b e l a n g r i j k
v o o r
d i t
t h e ma
i s h e t e l e k t r i s c h e v e l d v a n e e n
g e l e i
d e n d
voorwerp.
Da a r v o o r g e l d t :
•
de
v e l d l i j n e n s t a a n a l t i j d l o o d r e c h t
op
h e t o p p e r v l a k ;
• b i n n e n e e n g e l e i d e r i s h e t e l e k t r i s c h e v e l d n u l . Z e l f s b i n n e n e e n g e l e i
d e r v a n me t a a l g a s , een z o g e n a a md e kooi Van F araday ( z i e f i g . 2 . 2 0 ) i s h e t
e l e k t r i s c h e
v e l d n u l ( t e n z i j z i c h e e n
geï sol eer de
l a d i n g b i n n e n de k o o i
b e v i n d t ) .
D e z e
t we e e i g e n s c h a p p e n v a n h e t e l e k t r i s c h e v e l d v a n e e n g e l e i d e r z i j n h e t
g e v o l g v a n t we e b i j z o n d e r e e i g e n s c h a p p e n v a n e e n g e l e i d e r :
• de e l e k t r i s c h e l a d i n g v a n e e n g e l a d e n g e l e i d e r z i t op de b u i t e n k a n t ;
• i n e e n e l e k t r i s c h v e l d v i n d t e r op e e n g e l e i d e r een l a d i n g s s c h e i d i n g
p l a a t s .
W
n o e m e n
d a t i n f l u e n t i e .
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
29/131
2 8
DEELTJESTHEORIE
e l e k t r o s c o o p
A l i n 1 6 0 0 w e r d
een
' l a d i n g m e t e r ' o n t wo r p e n ,
de z o g e n a a m d e
e l e k t r o s c o o p .
E e n
dun s t r i p j e
m e t a a l f o l i e
h a n g t
d u b b e l g e v o u we n o n d e r a a n e e n geï sol eer de
me t a l e n p e n . A l s j e e e n g e l a d e n s t a a f
t e g e n de
p e n
h o u d t ,
wo r d t
de
e l e k r
t r o s c o o p
66k
g e l a d e n .
De
u i t e i n d e n v a n
de
s t r i p v e r w i j d e r e n z i c h v a n
e l k a a r .
Men
z e g t d a t
de
e l e k t r o s c o o p
u i t s l a a t .
Des t e
g r o t e r
de
l a d i n g ,
d e s
t e
g r o t e r
de u i t s l a g .
De e l e k t r o s c o o p g e e f t
ook
e e n
u i t s l a g
a l s j e d i e n a d e r t
met
e e n g e l a d e n
s t a a f z o n d e r
hem
a a n
t e
r a k e n .
D o o r i n f l u e n t i e
v i n d t
e r
e e n l a d i n g s s c h e i
d i n g p l a a t s t u s s e n
de
b o v e n k a n t
en de
s t r i p i n
de
e l e k t r o s c o o p .
Een
e l e k
t r o s c o o p i s d u s
ook
g e s c h i k t
om
e r e e n
e l e k t r i s c h
v e l d
mee op t e
s p o r e n .
1 1 S c h e t s h e t v e r l o o p v a n
de
e l e k t r i s c h e
v e l d l i j n e n
v a n e e n g e ï s o
l e e r d e n e g a t i e f g e l a d e n me t a l e n s t a a f , a l s d i e s t a a f z i c h
a . v e r v a n
a n d e r e
g e l e i d e r s b e v i n d t ;
b . d i c h t b i j e e n
me t a l e n
p l a a t b e v i n d t .
1 2 B i j e e n b e l a n g r i j k e p r o e f i n h e t k a t h o d e s t r a l e n d e b a t d a t j e i n
h o o f d s t u k
4
z u l t t e g e n k o me n w i l d e H e r t z l a d i n g a a n
de
b i n n e n k a n t
v a n e e n
n i e t
g e l e i d e n d e
g l a s wa n d
a a n t o n e n
d o o r
i n f l u e n t i e a a n
de
b u i t e n k a n t . H i j
ma a k t e de
v o l g e n d e o p s t e l l i n g :
29
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
30/131
DEELTJESTHEORIE
13
ELEKTROLYSE
I n e e n e l e k t r o l y s e - p r o e f met e e n k o p e r s u l f a a t o p l o s s i n g wo r d t ge
d u r e n d e
5
mi n u t e n e e n s t r o o m
0, 4 A
d o o r
de
o p l o s s i n g g e s t u u r d .
De
k a t h o d e i s v o o r de p r o e f - g e w o g e n . Na de p r o e f wo r d t de k a t h o d e
me t g e d e s t i l l e e r d w a t e r g e s p o e l d en d a a r n a g e d r o o g d . Ve r v o l g e n s
wo r d t n o g e e n s de ma s s a b e p a a l d . De ma s s a v a n de k a t h o d e i s
t o e
g e n o m e n met 4 0, 5 r ag, d o o r d a t e r k o p e r op de k a t h o d e i s a f g e z e t .
a .
Waar om
i s h e t n o d i g
de
k a t h o d e
na de
p r o e f
t e
s p o e l e n
en t e
d r o g e n ?
b . B e r e k e n de l a d i n g
Q
d i e t i j d e n s de p r o e f d o o r de o p l o s s i n g i s
v e r v o e r d .
c . A l s j e a a n n e e m t d a t d e z e l a d i n g d o o r 4 0 , 5
mg
k o p e r i s v e r v o e r d ,
b e r e k e n da n de l a d i n g / ma s s a - v e r h o u d i n g v a n k o p e r i n C/ k g .
B i j
e l k e xp e r i me n t w a a r b i j z i c h k o p e r
a f z e t
op de k a t h o d e ,
b l i j k t
de
v e r
h o u d i n g
Q/m
s t e e d s
g e l i j k
t e
z i j n .
E l k e
s t o f d i e z i c h
a f z e t op
e e n
e l e k t r o d e en
e l k g a s d a t
v r i j
k om t b i j
een
e l e k t r o d e
l e v e r t e e n e i g e n wa a r d e v o o r de ladi ng-massa-ver houdi ng
Q/m.
Wa t e r s t o f h e e f t de g r o o t s t e : = 10
8
C/ k g . F a r a d a y t r o k de c o n c l u s i e d a t
e r e e n v e r b a n d
moe t
b e s t a a n t u s s e n ma t e r i e en e l e k t r i s c h e l a d i n g . H i j nam
a a n d a t e r g e l a d e n m a t e r i e d e e l t j e s , d i e h i j
ionen
n o e m d e , d o o r de v l o e i
s t o f b e we g e n .
3 0
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
31/131
DEELTJESTHEORIE
2 . 5 BANEN
VAN
D EE L TJ E S
O n d e r i n v l o e d v a n e e n
k r a c h t
v e r a n d e r t de s n e l h e i d v a n d e e l t j e s v o l g e n s
h e t t we e d e p r i n c i p e v a n
Ne wt o n :
•
de
s n e l h e i d wo r d t vergroot d o o r
de
( c o mp o n e n t v a n d e ) k r a c h t d i e
met de
s n e l h e i d mee g e r i c h t i s ;
•
de
s n e l h e i d wo r d t
v e r k l e i n d d o o r de
( c o mp o n e n t v a n d e ) k r a c h t d i e
t e g e n
d e s n e l h e i d i n g e r i c h t i s ;
•
de
s n e l h e i d wo r d t van
r i c h t i n g
v e r a n d e r d d o o r
de
( c o mp o n e n t v a n
de)
k r a c h t
d i e l o o d r e c h t op de s n e l h e i d s t a a t .
f i g . 2.28 V e r s n e l l e n V e r t r a g e n A f b u i g e n
I n d e z e
p a r a g r a a f
g a a n
we
n a a r
de b a n e n
v a n d e e l t j e s k i j k e n i n e e n z w a a r
t e k r a c h t s v e l d , i n e e n e l e k t r i s c h v e l d
en
i n e e n ma g n e t i s c h v e l d .
baan in een zwaartekrachtsveld
U i t h e t g o o i e n me t s n e e u wb a l l e n of
g e w o n e
b a l l e n w e e t j e
o n g e v e e r
w e l wat
3
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
32/131
DEELTJESTHEORIE
v e r s n e l l e n in een
e l e k t r i s c h veld
De
t o e n a me
van de s n e l h e i d van een
g e l a d e n
d e e l t j e i n een e l e k t r i s c h v e l d
k u n j e he t m a k k e l i j k s t
b e r e k e n e n
u i t de t o e n a me van de k i n e t i s c h e e n e r g i e .
D i e
k u n n e n we
u i t
de e l e k t r i s c h e
e n e r g i e b e r e k e n e n , d i e
we met een b e k e n d e
s i t u a t i e , o mz e t t i n g
van e l e k t r i s c h e
e n e r g i e
en
wa r mt e , k u n n e n b e r e k e n e n .
Ee n s t r o o m l g a a t
d o o r
een d r a a d . De s p a n n i n g op de u i t e i n d e n van de d r a a d
i s
V. De
p r o e f d u u r t
t s e c o n d e . I n d i e
t i j d
i s e l e k t r i s c h e
e n e r g i e o mg e z e t
i n
wa r mt e .
J e
we e t
nog wel dat d i e
h o e v e e l h e i d e n e r g i e
g e g e v e n
w o r d t d o o r
E
e
= V.I.t.
De t o t a l e l a d i n g
Q
d i e i n de t i j d
t
g e p a s s e e r t i s , z o a l s we h i e r v o o r b i j
d e
l o r e n t z k r a c h t af
g e z i e n
h e b b e n , Q = I.t.
Va n
de e l e k t r i s c h e
e n e r g i e k u n n e n
we dus ook z e g g e n :
e l e k t r i s c h e e n e r g i e = l a d i n g . s p a n n i n g
E
e
=
Q.V.
IK
A
f i g . 2.30 Een vacuümbuis w a a r i n een
e l e k t r i s c h v e l d
h e e r s t . Net
a l s b i j v l o e i s t of f e n h e e t
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
33/131
3 3
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
34/131
DEELTJESTHEORIE
2 0
Ga na o f de
a f b u i g i n g
A y
g r o t e r
o f k l e i n e r
wo r d t a l s :
a .
de
a f b u i g i n g s s p a n n i n g t o e n e e mt ;
b .
de
v e r s n e l s p a n n i n g
t o e n e e mt ;
c .
de me t a l e n
p l a t e n k o r t e r
wo r d e n g e ma a k t (l k l e i n e r ,
z i e f i g .
2. 3 2) ;
d .
de
a f s t a n d
d
t u s s e n
de
p l a t e n v e r k l e i n d wo r d t .
2 1
Voor de l i e f h e b b e r
G a
na
d a t v o o r
de
a f b u i g i n g
A y
g e l d t :
a a n w i j z i n g g e b r u i k
L y = \ a t
2
en t =
y
b e g i n
a f b u i g i n g
in een magnetisc h
v e l d
De l o r e n t z k r a c h t s t a a t
op
e l k
moment
l o o d r e c h t
op de
b e w e g i n g s r i c h t i n g .
D e z e
k r a c h t k a n n o o i t a r b e i d
op
h e t d e e l t j e v e r r i c h t e n .
Met
e e n ma g n e t i s c h
v e l d
k u n j e n o o i t
de
k i n e t i s c h e e n e r g i e v a n e e n g e l a d e n d e e l t j e
v e r a n d e r e n
e n h e t d e e l t j e v e r s n e l l e n
o f
v e r t r a g e n .
De
s n e l h e i d i s c o n s t a n t
v an
g r o o t t e , a l l e e n de r i c h t i n g
v a n d i e s n e l h e i d v e r a n d e r t v o o r t d u r e n d .
V o o r e e n c i r k e l b e w e g i n g
met
c o n s t a n t e s n e l h e i d ( o o k w e l
eenparige
c i r k e l
beweging g e n o e m d )
i s e e n k r a c h t n o d i g d i e
op
e l k
moment n a a r
h e t m i d d e l
p u n t v a n
de c i r k e l
i s g e r i c h t .
D e z e
k r a c h t wo r d t
de
c e n t i p e t a l e k r a c h t
34
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
35/131
DEELTJESTHEORIE
b . B e r e k e n v a n b e i d e
de s t r a a l
v a n
de
b a a n a l s g e g e v e n i s d a t
hun
l a d i n g 1 , 6 . 10
- 1
C i s , hu n ma s s a 1, 6 7 . 10 "
2 7
kg en hu n s n e l h e i d
10
6
m s.
He t ma g n e t i s c h
v e l d
i s
0, 15 T.
2. 6 VRI J E
WEGLENGTE I N
GASSEN
V o o r
de d i s c u s s i e o v e r de a a r d v a n k a t h o d e s t r a l e n i s één a s p e k t v a n h e t
g e d r a g v a n e e n d e e l t j e i n e e n v e e l d e e l t j e s s y s t e e m, e e n g a s , v a n b i j z o n d e r
g r o o t b e l a n g
g e we e s t :
de v r i j e
weglengte. Dat is de weg die een
d e e l t j e
in
een
gas kan
afleggen zonder
te
botsen
met een
ander
d e e l t j e .
D o o r
t e
g e m i d d e l d e
van de a f g e l e g d e a f s t a n d e n t u s s e n
o p e e n v o l g e n d e
b o t s i n g e n .
b o t s e n v e r a n d e r t
de
s n e l h e i d v a n h e t d e e l t j e v a n g r o o t t e
en
v a n r i c h t i n g .
3 5
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
36/131
DEELTJESTHEORIE
V o o r de
v r i j e
we g l e n g t e
i s a l l e e n
de
e i g e n o m v a n g v a n
de
d e e l t j e s
en
h e t
o n d e r l i n g b o t s e n v a n b e l a n g .
W
z i e n d u s e v e n
af
v a n
de
o n d e r l i n g e a a n
t r e k k i n g s k r a c h t
v a n
de
d e e l t j e s .
f i g . 2.35a Het
i d e a l e
g a s m o de l . f i g .
2.35b
Model van een reëel ga s.
D o o r
de
o n d e r l i n g e b o t s i n g e n
wo r d t
de
v r i j e we g l e n g t e
b e p e r k t .
Het
a a n t a l
b o t s i n g e n n e em t t o e a l s
e r me e r
d e e l t j e s i n h e t z e l f d e
v o l u me k o m e n , dus
d e v r i j e
w e g l e n g t e
l n e em t
dan
a f :
me t
N
h e t a a n t a l d e e l t j e s p e r
m.
Ve r d e r h a n g t
h e t a a n t a l b o t s i n g e n a f v a n
de
g r o o t t e v a n
de
d e e l t j e s z e l f .
E i g e n l i j k i s n i e t z o z e e r
de
g r o o t t e maa r
de
a f s t a n d
wa a r b i n n e n ze
e l k a a r
3 6
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
37/131
DEELTJESTHEORIE
23 B e r e d e n e e r o f de
v r i j e
we g l e n g t e
v a n
g a s mo l e c u l e n v e r a n d e r t a l s :
a . h e t g a s wo r d t s a me n g e p e r s t ;
b . de t e mp e r a t u u r wo r d t v e r h o o g d ;
c . e r g a s o n t s n a p t .
24 B e r e k e n de v r i j e w e g l e n g t e ( g e mi d d e l d e mo l e c u u l ma s s a 28 , 8 ) o n d e r
n o r ma l e o ms t a n d i g he d e n ( p =1, 0. 10
5
N/ m
T =
293 K) a l s de b o t
s i n g s d o o r s n e d e
7 . 1 0
- 2 0
m
i s .
25 S AMENVATTI NG
Ma a k e e n s a me n v a t t i n g v a n d i t h o o f d s t u k . Zo r g d a t
de
v o l g e n d e
be
g r i p p e n e r i n v o o r k o me n :
• de d r i e
p r i n c i p e s
v a n Ne wt o n ;
• i mp u l s , s t o o t ;
• e l e k t r i s c h e k r a c h t , c o u l o mb k r a c h t ;
•
l o r e n t z k r a c h t ;
• e l e k t r i s c h v e l d ;
• i n f l u e n t i e ,
e l e k t r o s c o o p ,
h o m o g e e n v e l d , k o o i v a n F a r a d a y ;
• i o n e n i n e e n
v l o e i s t o f ;
• p a r a b o o l b a a n , c i r k e l b a a n ,
c e n t r i p e t a l e
k r a c h t ;
• v e r s n e l s p a n n i n g , a f b u i g s p a n n i n g ;
• k i n e t i s c h e
g a s t h e o r i e ,
i d e a a l g a s , r e ëe l g a s ;
37
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
38/131
3
GOLFTHEORIE
I NHOUD:
3. 1 I n l e i d i n g
3. 2 G o l f b e s c h r i j v i n g
3. 3 Va n h e t e n e me d i u m n a a r h e t a n d e r e
3. 4 B u i g i n g e n i n t e r f e r e n t i e
3. 5
P o l a r i s a t i e
3. 6 D o p p l e r e f f e k t
3. 7 Ex p e r i me n t e n r o n d h e t
g o l f k a r a k t e r
v a n l i c h t
37
38
41
47
55
56
59
3. 1 I NL E I D I NG
I n
de e e r s t e
h e l f t
van de 19e
e e u w
h e b b e n
d e n a t u u r k u n d i g e n de
g o l f t h e o r i e
o n t w i k k e l d . Z i j
h a d d e n
d i e n o d i g om e e n v e r k l a r i n g t e g e v e n v o o r d i e e i g e n
s c h a p p e n v a n l i c h t , d i e n i e t me t de
d e e l t j e s t h e o r i e
v e r k l a a r d
k u n n e n wo r
d e n . I n d i t h o o f d s t u k z u l l e n we de
g o l f t h e o r i e ,
d i e j e v o o r h e t b e g r i j p e n
v a n d e d i s c u s s i e o v e r d e a a r d v a n de
n i e u we s t r a l e n
' Ro n d 1900' n o d i g he b t ,
b e ha n d e l e n .
W m a k e n d a a r b i j g e b r u i k v a n h e t b e e l d d a t j e u i t ' Mu z i e k ' a l k e n t . G e l u i d
3 8
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
39/131
GOLFTHEORIE
Z o e k e e n g e l u i d s v e r s c h i j n s e l en w i j s
d a a r b i j
de b r o n , h e t
me d i u m
e n de o n t v a n g e r a a n . Doe d a t o o k b i j e e n l i c h t v e r s c h i j n s e l .
3. 2 GOLF BE S CH RI J VI NG
I n d e z e p a r a g r a a f z u l l e n we a c h t e r e e n v o l g e n s g a a n k i j k e n n a a r de e i g e n
s c h a p p e n
v a n e e n g o l f b r o n , v a n
me d i a
w a a r d o o r
g o l v e n
z i c h
v o o r t p l a n t e n
en
v a n de o n t v a n g e r s v a n g o l v e n .
b e s c h r i j v i n g van de bron
De b r o n v o e r t e e n t r i l l i n g u i t
met
e en b e p a a l d e
frekwentie f en t r i l l i n g s
t i j d
T, d i e met e l k a a r s a m e n h a n g e n v o l g e n s :
f =•=
e e n he i d h e r t z ( Hz ) .
1 Hz = 1 s "
1
Zo ' n
t r i l l i n g
i s e e n
b e we g i n g
r o n d e en
evenwiohtsstand.
De
maxi male
a f s t a n d
t o t
de e v e n wi c h t s s t a n d ( n a a r de e n e o f n a a r de
a n d e r e
k a n t )
n o e m e n
we de
amplitude
A. De a f s t a n d t o t de e v e n wi c h t s s t a n d
v a r i e e r t
d u s s t e e d s t u s s e n
-A
en
+A.
W z e g g e n d a t v o o r de u i t w i j k i n g
u(t)
g e l d t :
-A
<
u(t)
<
A
W z u l l e n i n d i t h o o f d s t u k s t e e d s a a n n e m e n d a t de b r o n n e n d i e we g e b r u i k e n
39
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
40/131
GOLFTHEORIE
f i g . 3 7
kop
van dt
golf
De kop van de golf, h e t p u n t d a t j u i s t i n t r i l l i n g g a a t k o me n , k o mt dus
s t e e d s
v e r d e r v a n
de
b r o n a f
t e
l i g g e n .
Op
t
= 1
T
h e e f t
z i c h
p r e c i e s
één
g o l f j e t u s s e n b r o n
en de
k o p v a n
de
g o l f
g e v o r md . De
a f s t a n d d i e
er dan
t u s s e n d i e t we e p u n t e n i s , n o e m e n
we de
g o l f l e n g t e X.
Op
t
• 2
T i s d i e
a f s t a n d
t o e g e n o me n t o t 2 X e n z .
4
L a a t
z e l f z i e n
d a t
X
= v.T o f
X = j
D e e l t j e s s c h i e t e n z e l f d o o r de r u i mt e , d i e l e e g k a n z i j n . Maa r v o o r g o l v e n
i s
e e n
medium
n o d i g .
Een
l o p e n d e g o l f p l a n t z i c h we l d o o r h e t me d i u m v o o r t ,
maa r h e t
me d i u m
z e l f b l i j f t ( g e mi d d e l d ) opz i j n p l a a t s . E l k p u n t v a n h e t
me d i u m b l i j f t t r i l l e n
om
z i j n e v e n w i c h t s s t a n d . Een l o p e n d e g o l f t r a n s p o r
t e e r t d u s c o n t i n u e n e r g i e i n der i c h t i n g v a n de v o o r t p l a n t i n g s s n e l h e i d ,
maa r h i j t r a n s p o r t e e r t géén i mp u l s ( p
=
m. v ) , omda t
de
ma s s a v a n h e t
me d i u m
g e mi d d e l d opz i j n
p l a a t s
b l i j f t en du s < v > » u
:
e n < p > = Ü.
De g r o o t t e v a n he t e n e r g i e t r a n s p o r t h a n g t a f v a n
de
f r e k we n t i e
en de am
p l i t u d e v a n deg o l f en v a n de e i g e n s c h a pp e n v a n h e t me d i u m.
4 0
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
41/131
G0LFTHE0RIE
5 Zo a l s j e w e e t i s g e l u i d e e n g o l f v e r s c h i j n s e l .
a . Noem e e n p r o e f
wa a r me e
j e d u i d e l i j k
a a n t o o n t
d a t g e l u i d e e n
g o l f v e r s c h i j n s e l i s .
b .
Hoe
me r k j e d a t g e l u i d e e n g o l f s n e l h e i d h e e f t ?
Hoe g r o o t
i s d i e
i n
de
l u c h t ?
En
i n
w a t e r ?
c . De t h e o r i e v o o r s p e l t d a t g e l u i d e e n g o l f l e n g t e mo e t
h e b b e n .
B e d e n k e e n p r o e f omde g o l f l e n g t e v a n g e l u i d met één
b e p a a l d e
f r e
k we n t i e t e me t e n . Maak j e d a a r b i j g e b r u i k v a n
l o p e n d e
o f s t a a n d e
g o l v e n ?
6 De
g e l u i d s s n e l h e i d i n l u c h t i s 3 4 0 m/ s , i n
wa t e r 1. 4 8 . J 0
3
ms en
i n
s t e e n
3 , 6 . 10
3
m s.
a . B e r e k e n de g o l f l e n g t e v a n e e n g e l u i d s g o l f v a n 1 0 0 0 Hz i n d i e
v o o r t p l a n t i n g s m e d i a .
b . A l s
g e g e v e n
i s d a t e e n g e l u i d s g o l f e e n g o l f l e n g t e v a n 23 cm
h e e f t , w e e t j e d a n o n g e v e e r h o e d a t g e l u i d z a l k l i n k e n ?
l i c h t b r o n n e n
I n de t i j d d a t de g o l f t h e o r i e
w e r d
o n t w i k k e l d , wa r e n e r n o g
g e e n
l i c h t
b r o n n e n
d i e e r g h a n d i g wa r e n v o o r o n d e r z o e k . De o n d e r z o e k e r s
mo e s t e n
z i c h
b e he l p e n me t h e t z o n l i c h t , e e n k a a r s o f e e n o l i e l a m p j e . Z o n l i c h t
w e r d
h e t
m e e s t g e b r u i k t : i n e e n
g e h e e l
v e r d u i s t e r d e k a m e r k o n h e t z o n l i c h t d o o r
41
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
42/131
GOLFTHEORIE
H i j
v o n d d a t
de v e r d u i s t e r i n g 1 5
mi n .
l a t e r
p l a a t s v o n d
dan
h i j b e r e
k en d ha d . H i j v e r k l a a r d e d a t
v e r s c h i l
d o o r t e w i j z e n op h e t
f e i t
dat
h e t l i c h t
nu een v e e l g r o t e r e a f s t a n d
m o e s t
a f l e g g e n omv a n a f
J u p i
t e r b i j de a a r d e t e k o me n .
Op
b a s i s van
t o e n ma l i g e g e g e v e n s
kwammen
u i t
op
o n g e v e e r
2 0 0 . 0 0 0
k m/ s v o o r
de l i c h t s n e l h e i d .
Pa s i n
1 8 5 0
kon F i s e a u
met
een
o p s t e l l i n g op
a a r d e a a n t o n e n d a t
de
l i c h t s n e l h e i d e i n d i g , maar z e e r g r o o t i s . H i j en
z i j n
n a v o l g e r s
kwamen
op
een
l i c h t s n e l h e i d
van
o n g e v e e r
3 0 0 . 0 0 0
km s.
He t b e s e f , dat de l i c h t s n e l h e i d e i n d i g i s , ma a k t e h e t aan h e t e i n d e
v a n de 1 7 e e e u w
mo g e l i j k
omde
e e r s t e i deeën
o v e r de d e e l t j e s - en
g o l f t h e o r i e van het l i c h t t e
o n t w i k k e l e n .
D e z e
v e r o n d e r s t e l l e n
i mme r s
b e i d e
een e i n d i g e
l i c h t s n e l h e i d .
z . ,**
O
f i g .
3.8 b) De v e r d u i s t e r i n g van een
maan van J u p i t e r a l s de a a r d e
v e r van J u p i t e r af s t a a t .
N.B. De v e r h o u d i n g t u s s e n de
2
A
/ V >«
f i g .
3.8 a) De v e r d u i s t e r i n g van een
maan van
J u p i t e r a l s
de a a r d e
d i c h t b i j J u p i t e r s t a a t .
4 2
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
43/131
GOLFTHEORIE
t r e k k i n g t o t
t e r u g k a a t s i n g
en
b r e k i n g .
Vo o r b e e l d e n v a n
t e r u g k a a t s i n g z i j n : g e l u i d
d a t d o o r e e n mu u r wo r d t we e r
k a a t s t , l i c h t d a t
op
e e n s p i e g e l
v a l t en
w a t e r g o l v e n d i e
t e g e n
e e n k a d e
muur a a n l o p e n .
Vo o r b e e l d e n v a n
b r e k i n g s t a a n
i n
f i g .
3. 9 en 3 . 10.
M
i g
3.9
f i
9 -
3
-
1 0
Om
t e r u g k a a t s i n g
en
b r e k i n g
g o e d t e
b e s c h r i j v e n
h e b b e n we
b e g r i p p e n
a l s
g o l f s t r a a l en g o l f f r o n t
n o d i g .
g o l f f r o n t
en
g o l f s t r a a l
43
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
44/131
GOLFTHEORIE
f i g . 3.14 Een g o l f s t r a a l met de hoek
v a n i n v a l
met de
l o o d l i j n
op het t e r u g k a a t s e n d e oppe
#
y v l a k en de hoek van t e r u g -
v
\ k a a t s
m g i s
g e t e k e n d .
" v\ tyrorx.
f i g . 3.13 T e r u g k a a t s i n g van een
c i r k e l v o r m i g e g o l f .
breking
B i j l i c h t
v i n d t b r e k i n g p l a a t s a l s het
l i c h t
van het ene
me d i u m ( b i j v .
l u c h t )
n a a r
het
a n d e r e me d i u m ( b i j v .
g l a s ) o v e r g a a t
( f i g . 3 . 15 ) .
Ook i n
de
g o l f b a k d o e t
z i c h
b r e k i n g v o o r : g o l v e n
b r e k e n
aan
de
s c h e i d i n g s
l i j n
t u s s e n d i e p
en
o n d i e p
wa t e r ( f i g . 3 . 16 ) .
4 4
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
45/131
GOLFTHEORIE
11
a. Ma a k e e n
s c h e t s
v a n de
f o t o
v a n
f i g .
3 . 16 .
T e k e n d a a r i n
de
g o l f f r o n t e n .
b . G e e f de v o o r t p l a n t i n g s r i c h t i n g a a n .
c . L a a t z i e n d a t de b r e k i n g v a n d i e p n a a r o n d i e p i n d e z e l f d e
r i c h t i n g
i s a l s b i j l i c h t v a n l u c h t n a a r g l a s .
d . A l s l i c h t e e n
g o l f v e r s c h i j n s e l
i s , i n
we l k
v a n de me d i a
l u c h t en g l a s i s de v o o r t p l a n t i n g s s n e l h e i d d a n h e t g r o o t s t ?
B i j
de i n v a l
v a n g o l v e n o n d e r v e r s c h i l l e n d e h o e k e n b l i j k t
de
v e r h o u d i n g
y
t u s s e n de g o l f l e n g t e n i n de me d i a s t e e d s h e t z e l f d e t e z i j n . V a n w e g e X •
e n h e t f e i t d a t
de
f r e k we n t i e s i n
de t we e
me d i a
g e l i j k
z i j n , i s d i e v e r -
J
h o u d i n g g e l i j k a a n de v e r h o u d i n g t u s s e n de s n e l h e d e n :
X i Vi
* I I
vu
De c o n s t a n t e n n o e m e n we de b rekingsindex. D e z e i s a f h a n k e l i j k v a n de t we e
me d i a
en
o o k v a n
de
f r e k we n t i e
v a n
de
g o l v e n .
12
I n
f i g .
3. 19
z i e j e e e n f o t o v a n g o l v e n i n e e n g o l f b a k .
De
g o l f b a k h e e f t e e n d i e p en e e n o n d i e p g e d e e l t e .
a . W j s h e t o n d i e p e en h e t d i e p e g e d e e l t e a a n .
b .
B e r e k e n de
b r e k i n g s i n d e x v a n h e t o n d i e p e n a a r h e t d i e p e
ge
4 5
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
46/131
GOLFTHEORIE
terugkaatsing van l i c h t
U i t de s p i e g e l w e t t e n v o o r l i c h t i s
b e k e n d
d a t de h o e k v a n i n v a l en de h o e k
v a n t e r u g k a a t s i n g v a n e e n l i c h t b u n d e l a a n e l k a a r
g e l i j k z i j n .
D a t i s i n
o v e r e e n s t e mmi n g
me t de g o l f t h e o r i e .
Oo k de d e e l t j e s t h e o r i e v a n h e t l i c h t v a n Ne w t o n v e r k l a a r t
d e z e
e i g e n s c h a p
b e v r e d i g e n d ( z i e f i g .
3 . 2 1 ) .
Vo l g e n s de d e e 1 1 j e s t h e o r i e ^ v a n Ne w t o n g e e f t de s p i e g e l t e r p l a a t s e 0
e e n
omhoog
g e r i c h t e s t o o t S a a n h e t l i c h t d e e l t j e ,
w a a r d o o r
de o ml a a g
g e r i c h t e i mp u 1s - c o mp o n e n t
v e r a n d e r t
i n e e n
e v e n
g r o t e
omhoog
g e r i c h
t e .
De
i mp u l s - c o mp o n e n t
e v e n w i j d i g a a n
de
s p i e g e l wo r d t n i e t b e ï n
v l o e d . Vo l g e n s h e t r e a k t i e p r i n c i p e o n t v a n g t
de
s p i e g e l
ook
e e n s t o o t ,
o ml a a g g e r i c h t , e v e n
g r o o t
a l s
de
s t o o t d i e h e t l i c h t d e e l t j e k r i j g t .
46
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
47/131
GOLFTHEORIE
He t
me t e n
v a n de b r e k i n g s i n d e x l e v e r t d u s e e n c r i t e r i u m v o o r
l i c h t
op om
t e
b e s l i s s e n o f h e t e e n
g o l f
o f e e n
d e e l t j e s v e r s c h i j n s e l
i s .
14
De
b r e k i n g s i n d e x v a n l u c h t
n a a r
g l a s i s
1, 5 en
v a n l u c h t
n a a r
wa t e r i s
1, 33.
a .
Hoe
g r o o t i s
de
b r e k i n g s i n d e x v a n g l a s
n a a r
l u c h t ?
b .
En
ho e g r o o t v a n g l a s
n a a r
wa t e r ?
c . L eg u i t d a t
de me t i n g e n
v a n Mi c h e l s o n ( z i e h i e r b o v e n )
een
' b e w i j s ' z i j n
v o o r
de g o l f t h e o r i e
v a n h e t
l i c h t .
d .
B e r e k e n de
l i c h t s n e l h e i d
i n wa t e r .
4 7
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
48/131
GOLFTHEORIE
Ne w t o n
z e l f
v e r k l a a r d e d i t
d o o r
t e
v e r o n d e r s t e l l e n d a t
de
b l a u we
l i c h t d e e l t j e s
d a a r
mee r wo r d e n v e r s n e
1 d b i j
de
o v e r g a n g v a n l u c h t
n a a r
g l a s
dan de r o d e l i c h t d e e l t j e s .
H i j v e r o n d e r s t e l d e d a a r b i j
e e n
v e r s c h i l
i n g r o o t t e t u s s e n
de
d e e l t j e s .
15 B e r e k e n
de l i c h t s n e l h e i d
i n ( z e e r z w a a r )
f l i n t g l a s
v o o r r o o d
en
v i o l e t l i c h t .
G e b r u i k j e t a b e l l e n b o e k j e .
B e r e k e n o o k
de
g o l f l e n g t e v a n
v i o l e t
l i c h t ( 4 3 4
nm
i n vacuüm
en
r o o d
l i c h t
( 6 8 7
nm
i n
vacuüm
i n ( z e e r
z w a a r )
f l i n t g l a s .
1 6
LI CHTGOLVEN OF DE EL T J E S ?
We l k e a r g u me n t e n
b e n j e i n d e z e p a r a g r a a f
t e g e n g e k o me n
v o o r
de
g o l f t h e o r i e v a n h e t l i c h t ?
3 . 4
BUI GI NG EN I NTERF ERENTI E
N a a s t t e r u g k a a t s i n g
en
b r e k i n g v e r t o n e n g o l v e n n o g a n d e r e v e r s c h i j n s e l e n
d i e
z e e r b r u i k b a a r
z i j n om
t e
b e p a l e n o f
e e n o n b e k e n d v e r s c h i j n s e l
een
g o l f -
d a n w e l e e n d e e l t j e s k a r a k t e r h e e f t : b u i g i n g
en i n t e r f e r e n t i e .
b u i g i n g
4 8
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
49/131
GOLFTHEORIE
i n t e r f e r e n t i e
E e n a n d e r
v e r s c h i j n s e l ,
d a t
a l l e e n b i j g o l v e n
v o o r k o mt , i s
i n t e r f e r e n t i e .
Da t k om t v o o r
b i j
e e n o n t v a n g e r
w a a r
t we e
g o l v e n
me t
g e l i j k e
f r e k w e n t i e
t e g e l i j k e r t i j d a a n k o m e n . D i e
g o l v e n
k u n n e n e l k a a r u i t d o v e n of
v e r s t e r k e n ,
a f h a n k e l i j k
v a n
de
v r a a g
o f z e
d a a r
g e l i j k op o f
t e g e n g e s t e l d
t r i l l e n .
I n
de
g o l f b a k k a n j e
i n t e r f e r e n t i e
l a t e n z i e n d o o r e e n v l a k k e g o l f d o o r
twee o p e n i n g e n t e l a t e n g a a n . B i j b e i d e o p e n i n g e n t r e e d t
b u i g i n g
o p . D a a r
d o o r
o n t s t a a n
e r
t we e b r o n n e n v a n
c i r k e l v o r m i g e
g o l v e n
d i e
g e l i j k
op
t r i l -
l e n met d e z e l f d e
a mp l i t u d e .
D e r g e l i j k e b r o n n e n n o e m e n we coherente bronnen.
B i j e l k p u n t v a n h e t ' s c h e r m' v a n f i g . 3 . 26 k o m e n d u s g o l v e n a a n v a n b e i d e
t r i l l i n g s b r o n n e n . Op s o mmi g e
p u n t e n v a n he t s c h e r m d o v e n d i e e l k a a r
u i t ,
o p a n d e r e p u n t e n v e r s t e r k e n z e e l k a a r . De p l a a t s e n op h e t s c h e r m
w a a r
h e t
wa t e r o p p e r v l a k
ma x i ma a l i n
t r i l l i n g
i s
noem
j e e e n ( i n t e r f
e v e w t i e ) m a x i m u m ;
e n
w a a r
h e t wa t e r o p p e r v l a k i n
r u s t
i s
een ( i n t e r f
e r ent i e
minimum.
49
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
50/131
GOLFTHEORIE
f i g . 3.29 f i g . 3.30 f i g - 3.31
21 Hoe v e r a n d e r t A x a l s de a f s t a n d t u s s e n de b r o n n e n
t o e n e e mt ?
We l k e
f o t o ' s
g e b r u i k j e d a a r v o o r ?
Hoe v e r g e l i j k
j e
e e r l i j k ?
22 Hoe v e r a n d e r t A
x
a l s de
g o l f l e n g t e
v a n de g o l v e n
t o e n e e mt ?
We l k e
f o t o ' s g e b r u i k j e d a a r v o o r ? Hoe v e r g e l i j k j e e e r l i j k ?
50
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
51/131
GOLFTHEORIE
B
t
. A l s
v a n u i t
B j
dus
e e n
g o l f f r o n t
i n
P
a r r i v e e r t ,
a r r i v e e r t e r t e g e l i j k
e e n g o l f f r o n t v a n u i t B j i n P. D i e v e r s t e r k e n e l k a a r . I n P i s d u s e e n ma x i
mumo md a t :
A
l =
B
X
P -
B
2
P =X
A
1
z u l l e n we h e t w e g l e n g t e v e rs c h i l n o e m e n .
V o o r
A g e l d t d u s : A
l -
0.
E r g e n s t u s s e n A en P, i n Y z a l h e t w e g l e n g t e v e r s c h i l
\ X z i j n . D a a r
k o me n
d e g o l f f r o n t e n d u s
na
e l k a a r a a n , p r e c i e s
zo
d a t
de
g o l v e n e l k a a r d a a r
u i t d o v e n .
A l s
j e
v a n u i t A
i n
f i g . 3. 32 l a n g s
h e t
s c h e r m n a a r b o v e n
( o f
n a a r o n d e r e n )
g a a t ,
n e e mt h e t
w e g l e n g t e v e r s c h i l
t o e
en v i n d
j e
a f w i s s e l e n d
e e n
maxi mum
( A l - X, 2 X, . . . ) o f
e e n mi n i mu m
(Al - 2
^ » J ^ » •
• • ) •
I n f i g . 3. 32
i s
A l = B j B
2
=X. B j
B
2
' i s e i g e n l i j k e e n
c i r k e l b o o g ,
ma a r d i e
h e b b e n we a l s e e n r e c h t e g e t r o k k e n . I n de d r i e h o e k B
2
B ^ B j d i e ( v r i j w e l )
r e c h t h o e k i g i s , g e l d t :
• i n
e - j
Maar
omda t
a
v r i j w e l
g e l i j k
i s a a n
6 mag
j e
ook
z e g g e n :
X
s i n a = 7̂
De
h o e k a
k a n j e
g e m a k k e l i j k b e p a l e n
o md a t
51
-
8/18/2019 De Natuurkunde Van Rond 1900_bovenbouw_VWO
52/131
GOLFTHEORIE
b u i g i n g ,
nauwkeuriger b e k e k en
W he b b e n
a l g e z i e n ( b i j f i g . 3. 25
en
3 . 2 6 )
dat
g o l v e n b u i g e n , a l s
z e
d o o r
e e n h e l e s m a l l e o p e n i n g g a a n
en dat het
g o l f f r o n t v r i j w e l o n g e h i n d e r d
d o o r g a a t , a l s de
o p e n i n g
h e e l b r e e d i s . Wat i s nu h e e l
s m a l
en h e e l b r e e d ,
we l k e
v e r g e l i j k i n g s m a a t heb j e ? De v e r g e l i j k i n g s m a a t i s de g o l f l e n g t e . A l s
d e o p e n i n g s m a l l e r i s dan een g o l f l e n g t e , g a a t
de
o p e n i n g z i c h g e d r a g e n
a l s
een n i e u we b r o n
van
c i r k e l v o r m i g e g o l v e n .
W s p r e k e n
dan van v o l l e d i g e
b u i g i n g .
A l s
de
o p e
