Author(s): Claas Wegner, Stephanie Ohlberger
Vertaald door Piet Das. Meer dan 10 jaar geleden ontdekte een erg slimme en inventieve inwoner van een favela, dat hij licht kon produceren zonder elektriciteit. Nu verspreidt de zonne- lamp zich over de hele wereld.
Afbeelding met dank aan Africa
Studio/shutterstock
In 2002 kwam de Braziliaanse monteur Alfredo Moser met een manier om overdag zijn huis te verlichten zonder elektriciteit. In plaats daarvan werd bij de door Moser bedachte oplossing slechts gebruik gemaakt van een plastic fles vol water. De innovatie, die uitgaat van het fenomeen van lichtbreking, is nu verspreid over de hele wereld en zal naar verwachting dit jaar meer dan 1 miljoen huizen verlichten.
Veel leraren zijn bang om in het basisonderwijs natuurkundige onderwerpen te introduceren, maar terwijl de leerlingen misschien niet in staat zullen zijn om het lichtbreking te noemen, zullen velen hebben gezien hoe een rietje lijkt te buigen op de overgang van lucht naar water. Dit artikel beoogt een theoretische achtergrond voor lichtbreking te zijn en laat zien hoe de zonnelamp kan worden gebruikt om dit verschijnsel in de klas te demonstreren.
Lichtbreking
Figuur 1: Het buigen van een
lichtstraal als het valt op een
medium met een grote
brekingsindex
Afbeelding met dank aan
Stephanie Ohlberger
Als je terugdenkt aan het rietje in een glas water, leek het rietje te worden gebogen of gebroken. Dit gebeurt omdat water optisch dichter is dan lucht en licht zich langzamer voortbeweegt door water dan door lucht. Door de verandering in snelheid buigt het licht bij het passeren van de ene substantie naar de andere, een verschijnsel dat lichtbreking genoemd wordt. Bij lichtbreking zijn twee dingen belangrijk, namelijk de hoek waarop het licht valt op het grensvlak tussen twee stoffen, de zogenaamde invalshoek en er is een specifieke eigenschap van elk van de twee betrokken stoffen bij betrokken: de brekingsindex. In het algemeen hebben dichtere stoffen een grotere brekingsindex omdat dichtere stoffen licht sterker afremmen.
Figuur 2: Het buigen van een
lichtstraal als het valt op een
medium met een kleinere
brekingsindex
Afbeelding met dank aan
Stephanie Ohlberger
Denk eens aan een auto die snel rijdt op een weg maar afremt door een modderig veld op te rijden. Breking treedt niet op wanneer lichtstralen in een rechte hoek vallen op het oppervlak tussen twee doorzichtige media, net zoals het rechtdoor rijden op een modderig veld je zal vertragen, maar je zult dan nog steeds in dezelfde richting blijven rijden. Als je het veld echter oprijdt in een hoek , dan zullen de wielen die de modder het eerst raken worden afgeremd en zal de auto afdraaien. Op soortgelijke wijze veranderen lichtstralen van richting als ze schuin op het oppervlak vallen. De richting daarvan hangt af van de brekingsindices van de twee betrokken ( figuren 1 en 2 ) media.
Het verschijnsel lichtbreking kun je in de klas eenvoudig laten zien met een paar inleidende experimenten.
De schoenendoos
Net zoals wij hebben gedaan kan het onderwerp lichtbreking worden geïntroduceerd door te bespreken hoe een rietje of een potlood in een glas, gezien vanaf de zijkant, gebroken lijkt te zijn. Dit is een goede basis voor uitdiepende vragen over dit onderwerp. De theoretische wetten van lichtbreking kunnen dan worden aangetoond door het opzetten van een eenvoudig experiment met een schoenendoos. De proef moet worden uitgevoerd in groepjes van twee of drie omdat het een beetje lastig is. Afhankelijk van de leeftijd van de leerlingen en van hoeveel tijd er in de les is, kan de leerkracht ook de voorbereiding van de schoenendozen al op voorhand doen om de tijd die nodig is voor het knutselen in de klas in te korten .
Zoals uiteengezet in het gedetailleerde documentw1 dat je kunt downloaden van de weblinks, heeft u een zaklamp , een schoenendoos , een zakmes en een glas water nodig. Knip twee verticale sleuven in het korte eind van de schoenendoos. De ruimte tussen de spleten mag niet breder zijn dan het glas. Wanneer de zaklamp door de twee spleten schijnt moet u twee rechte lijnen licht zien . Plaats nu het glas water in de doos, zodat de twee lichtstralen op het glas vallen. Wanneer het glas water echter achter de spleten wordt gezet zullen zij elkaar kruisen . Dit is het gevolg van licht dat wordt afgeremd door water, aangezien dat een hogere optische dichtheid heeft dan lucht. Volgens de wet van lichtbreking , wordt het licht naar binnen gebogen en daardoor kruisen de twee lichtstralen elkaar uiteindelijk.
Figuur 3: Terugkaatsing van
de lichtstralen in de fles in de
verzamelhut
Afbeelding met dank aan
Stephanie Ohlberger
Vervolgvragen
Afhankelijk van de leeftijd van de leerlingen , kan het zonne- lampexperiment onderdeel zijn van een groter vakoverstijgend project over de problemen van de ontwikkelingslanden in vergelijking met de eigen ervaringen van de student. Na het zien van de werkende lamp, moeten de studenten beseffen hoe groot de vooruitgang van de zonnefleslamp is voor mensen zonder een betrouwbare elektriciteitsbron. De leerlingen kunnen verschillende lichtniveaus meten door onze elektrische apparatuur te vergelijken met deze vorm van licht- productie. De focus kan ook gericht worden op de sociale situatie van de betreffende mensen en kan worden gebruikt als uitgangspunt voor een schoolproject om geld in te zamelen om zonnefleslampen te helpen verspreiden in kansarme regio’s.
Conclusies
De zonnelamp is een innovatieve oplossing voor het probleem van verlichting in huis en is een eenvoudig voorbeeld van natuurkunde die leerlingen zal helpen motiveren zich bezig te houden met het onderwerp. Het biedt ook een uitstekende gelegenheid voor vakoverstijgend werk. Gedurende de experimenten oefenen de kinderen met teamwerk en verdelen van verantwoordelijkheden, waardoor hun sociale vaardigheden verbeteren. Afgezien van gericht zijn op de inhoud, kan de nadruk van de les ook liggen op de wetenschappelijke methode door testprotocollen te introduceren, die gunstig zal zijn voor de toekomstige werkzaamheden in andere natuurwetenschappelijke vakken. De aanpak, waarbij de zonnefleslamp onderdeel is van het onderwijs, is al uitgevoerd in veel scholen in het kader van licht- of andere energieprojecten, zodat je leerlingen de kans kregen met lichtbreking te experimenteren vanuit een praktisch oogpunt.
Web References
- w1 – Download de gedetailleerde werkwijze in Word of in Pdf om het schoenendoosexperiment uit te voeren.
- w2 – De website van de Myshelter Foundation geeft een goed overzicht van het gebruik van zonnelampen in de hele wereld.
- w3 – Bekijk een stap-voor-stap handleiding over hoe je een zonnenlamp maakt.
- w4 – Bekijk een korte short video over hoe je een zonnenlamp maakt.
Resources
- Voor meer informative over zonnelampen, zie:
- Voor enige achtergrondinformatie over optiek en de natuurkunde van licht, zie:
- Hecht, E. (2002). Optics (4th ed.). San Francisco: Addison-Wesley.
- Waldman, G. (2002). Introduction to Light: The Physics of Light, Vision and Color. New York: Dover Publications.
- Voor goede algemene bronnen met achtergrondinformatie over natuurkunde in het algemeen, zie:
- Taylor, C. (2000). The Kingfisher Science Encyclopedia. London: Kingfisher.
Author(s)
Dr. Claas Wegner is een ervaren docent van de vakken biologie en natuurkunde op een middelbare school en hij en universitair docent aan de Universiteit van Bielefeld op de afdeling voor biologiedidactiek
Stephanie Ohlberger is een masters student voor het vak biologie en engels in het VO. Ze is academisch assistent op afdeling voor biologiedidactiek aan de Universiteit van Bielefeld.
Review
Het artikel richt zich op het belangrijke onderwerp lichtbreking . Kinderen kunnen zich ervan bewust zijn dat een rietje lijkt te buigen wanneer het in een glas water gezet wordt, maar het is moeilijk voor hen om te bedenken dat het het licht is dat eigenlijk buigt en niet het rietje . Het schoenendoosexperiment zou zeer nuttig kunnen zijn om voor hen de afbuiging van lichtstralen te visualiseren.
Het idee van een zonnelamp moet jonge kinderen intrigeren. Het kan worden gebruikt als basis voor een discussie over mogelijke dagelijkse toepassingen . In welke lokalen of ruimten thuis kunnen dergelijke lampen worden gebruikt? Leerlingen kunnen warm gemaakt worden om zowel de voor-en nadelen van het gebruik van een dergelijk systeem thuis te bespreken. Men kan het gebruik van de zonnelamp bespreken in de context van de ontwikkeling van duurzame gebouwen, het verminderen van onze afhankelijkheid van elektriciteit en de economische waarde ervan.
Docenten kunnen het concept erg eenvoudig aanpassen voor een schoolproject, waarbij leerlingen de haalbaarheid en de waarde van de invoering van een dergelijk systeem in huis of in de bredere gemeenschap onderzoeken. Hoewel het artikel vooral gericht is op leerkrachten in het basisonderwijs, zouden zowel de NAW- als natuurkundeleraren in het voortgezet onderwijs het nuttig kunnen vinden bij de introductie van het concept van de lichtbreking .
License