De natuurkunde van 't vrije veld. Deel I
(1937)–Marcel Minnaert–
Auteursrecht onbekendLicht en kleur in het landschap
[pagina IX]
| |
De Natuurkunde van 't Vrije Veld
| |
[pagina 1]
| |
1. Zonnebeeldjes.In de schaduw van een groep bomen zien we op de grond een aantal lichtvlekken, onregelmatig verspreid, sommige klein, sommige groot, maar alle mooi gelijkvormig elliptisch. Houd vóór een daarvan een potlood: de verbindingslijn potlood-schaduw geeft u aan, van waar de lichtstralen komen die het vlekje op de grond vormen: natuurlijk is dit zonlicht dat door een of andere opening van de boomkruin dringt; ons oog ziet hier en daar een verblindende lichtschijn tussen de bladeren. Het verrassende is nu, dat al die beeldjes dezelfde vorm hebben; het is toch niet mogelijk dat die reten en spleten alle toevallig zo mooi gelijkvormig en rond zijn! Vang een beeldje op, op een stuk papier dat loodrecht op de stralen gehouden wordt: het is nu niet meer elliptisch, maar cirkelrond. Houd het papier hoger en hoger: het vlekje wordt voortdurend kleiner. Besluit: de lichtbundel die zulk een lichtvlekje vormt heeft de vorm van een kegel; de vlekjes zijn slechts elliptisch, omdat de grond die kegel schuin doorsnijdt. Vermoeden: de oorsprong van het verschijnsel is daarin te zoeken, dat de zon niet puntvormig is. Ieder heel klein openingetje P (fig. 1) geeft een scherp ‘zonnebeeldje’ AB, een openingetje P' geeft een ietwat verplaatst scherp beeldje A'B' (stippellijnen!); een breder opening die P en P' beide omvat, geeft een iets wazig maar helderder zonnebeeldje A'B. Inderdaad zien we lichtvlekjes van allerlei lichtsterkte; van twee even grote is het helderste ook het minst scherpe. Ter bevestiging: als er wolken over de zon trekken, ziet men die over elk der zonnebeeldjes schuiven, maar in tegengestelde | |
[pagina 2]
| |
richting; bij gedeeltelijke zonsverduisteringen zien de zonnebeeldjes er alle sikkelvormig uit. Als er een grote zonnevlek is, kan men ze op de scherpste zonnebeeldjes zien. Maak zelf een heel duidelijk zonnebeeldje, door een blad dun karton te voorzien
 Fig. 1. Zonnestralen dringen door het dichte gebladerte.
van een kleine, zuiver ronde opening, en het zó op te stellen dat het zonnebeeldje op een mooi beschaduwd plekje terecht komt. Onderzoek op verschillende afstanden het zonnebeeldje, gevormd door een vierkante opening.  Fig. 2. We zien de zonneschijf onder een hoek van 1/108 radiaal.
De hoek waaronder we de zonneschijf zien moet dus ook de tophoek APB zijn van de kegel die een zonnebeeldje vormt. Dergelijke kleine hoekjes meten we dikwijls in ‘radialen’. We zeggen: ‘die hoek is 1/108 radiaal’ hetgeen betekent: de zon lijkt | |
[pagina 3]
| |
ons zo groot als 1 cm op een afstand van 108 cm, of als 10 cm op een afstand 1080 cm (fig. 2). Evenzo moet dus de middellijn van een scherp zonnebeeldje het 108e gedeelte zijn van zijn afstand tot de opening; voor een wazig beeldje komt daar nog bij: de grootte van de opening in 't gebladerte. - Vang zwakke, scherpe zonnebeeldjes op een stuk papier op, houd dit goed loodrecht op de lichtstralen, meet de middellijn k van de lichtvlek, en bepaal met een touw de afstand L van het papier tot aan de opening in 't gebladerte. Is inderdaad k = 1/108 ongeveer? Bij elliptische zonnebeeldjes zoals ze zich aftekenen op een waterpasvlak meten we de korte as k en de lange as b; zeverhouden zich zoals de hoogte H van de boom tot de afstand L. Hieruit volgt: H = k/b L = 108 k. k/b. Zo had een opvallend groot zonnebeeldje van een beuk de aslengten 53 cm en 33 cm; de hoogte van de opening in 't gebladerte boven de grond was dus 108.33.33 / 53 = = 2200 cm of 22 meter. - Merk op hoe de zonnebeeldjes 's ochtends en 's avonds langwerpiger zijn, 's middags meer rond. Mooie zonnebeeldjes vindt men bij beuk, linde, esdoorn, niet bij populier, iep, noch plataan. Let op de zonnebeeldjes van bomen aan de oever van ondiep water: ze tekenen zich zo leuk op de bodem af! | |
2. Schaduwen.Kijk naar uw schaduw op de grond: de schaduw van de voeten is scherp, die van het hoofd onscherp. - De schaduw van de onderkant van een boomstam of paal is scherp, de schaduw van de hogere gedeelten wordt toenemend wazig. Houd de uitgespreide hand vóór een stuk papier: de schaduw is scherp. Houd ze verder er van af: de kernschaduw van elke vinger wordt voortdurend smaller. De halfschaduwen worden echter breder en vloeien ineen.Ga naar voetnoot1) Deze bijzonderheden zijn alweer een gevolg van de niet-puntvormigheid der zon, en komen overeen met wat we bij de zonnebeeldjes hebben waargenomen. Kijk naar de schaduw van een vlinder, van een vogel (- hoe weinig zijn we gewoon op zulke dingen te letten! -): die schaduw ziet er ongeveer uit als een ronde vlek, het is een ‘zonne-schaduwbeeld’. | |
[pagina 4]
| |
Eigenaardig zag er de schaduw van een ijzeren vlechtwerk uit, dat als omheining diende en uit rechthoekige mazen bestond; men zag alleen de schaduw der vertikale draden, niet die der horizontale! Door een papier met een gaatje in de stralen te houden, bevindt men dat elk punt een ellipsvormig lichtvlekje op de grond geeft; de schaduw van een draad kan men zich ontstaan denken uit een aantal naast elkaar geplaatste dergelijke ellipsjes, ditmaal echter donker: zij wordt dus vrij scherp als de draad in de richting van de lange as loopt, wazig als hij in de richting der korte as loopt (fig. 3). Houd een papier vlak achter het metaalgaas, Fig. 3. Schaduw van ijzerdraden bij schuine zon.
wazige schaduw  Fig. 3. Schaduw van ijzerdraden bij schuine zon.
scherpe schaduw dan verder en verder, zodat het geleidelijk ontstaan der merkwaardige schaduwen te volgen is. Onderzoek gevallen waarin de zon in verschillend schuine richtingen invalt, schuin verlopende mazen, enz.
De schaduw heeft een belangrijke rol gespeeld in het volksgeloof. Het was heel erg als iemand gestraft werd door het verlies zijner schaduw; en wie een schaduw had waar het hoofd aan ontbrak, zou binnen het jaar sterven! Dergelijke verhalen, die bij alle volkeren en in alle tijden voorkomen, zijn ook voor ons belangwekkend: ze bewijzen hoe voorzichtig men met de bevestigingen van ongeschoolde waarnemers zijn moet, ook al zijn ze talrijk en éénstemmig. | |
3. Zonnebeeldjes en schaduwen bij zonsverduisteringen en bij zonsondergang.Gedurende een zonsverduistering ziet men hoe de donkere maan voor de zonneschijf schuift, en weldra slechts een sikkel meer vrij laat. Op dat ogenblik is het de moeite waard op te merken hoe de zonnebeeldjes onder 't gebladerte er alle als gelijk gerichte sikkeltjes uitzien, klein of groot, helder of lichtzwak. Daarmee komt weer de vorm der schaduwen overeen. De schaduwen onzer vingers bijvoorbeeld zijn eigenaardig klauwvormig gekromd. Elk klein donker voorwerpje zou nu een sikkelvormige schaduw vertonen; de schaduw van een staafje ontstaat uit een aantal zulke sikkeltjes, en aan het uiteinde komt de kromming te voorschijn. | |
[pagina 5]
| |
Een goed voorbeeld van zulk een alleenstaand donker voorwerpje is een luchtballon; men heeft inderdaad opgemerkt dat bij zonsverduisteringen zowel zijn schaduw als die van de mand sikkelvormig zijn.Ga naar voetnoot1) Ook een vliegtuig, mits op voldoende hoogte, geeft een gekromde schaduwGa naar voetnoot2). Zonsverduisteringen, zelfs gedeeltelijke, zijn zeldzaam voorkomende gebeurtenissen. Daarom is het aardig op te merken, dat dergelijke vervormingen van de schaduw ook te zien zijn als men aan 't strand de zon achter een vrije kim ziet ondergaan en de schaduw onderzoekt van munten en schijfjes van verschillende grootte, die men op een ruit heeft geplakt of aan een dun ijzerdraadje laat hangen. De vorm en de lichtverdeling veranderen naarmate van de afmeting der munten, en naarmate een groter gedeelte van de zonneschijf onder de kim daalt. | |
4. Verdubbelde schaduwen.Als de bomen bladerloos zijn, ziet men wel eens plaatsen waar de schaduwen van twee evenwijdige takken elkaar bedekken. De ene is scherp en zwart, de tak is dicht bij ons; de andere is wazig en grijs: de tak is verder verwijderd. Het eigenaardige is nu, dat waar ze elkaar precies bedekken, een lichte streep binnen de smalste schaduw ontstaat, zodat deze schijnbaar verdubbeld is (fig. 4). Hoe komt dit? Denk uw oog achtereenvolgens in A, in B, in C, in D, in E. Het zal dan telkens de zonneschijf zien, met de twee takken ervoor, Fig. 4. Het ontstaan van verdubbelde schaduwen.
zoals in de 5 figuurtjes daaronder getekend is; om ze te onderscheiden hebben we aangenomen dat bv. de tak die het verst van ons af is, iets breder schijnt dan de andere. Nu is het duidelijk dat men in de standen B en D de zonneschijf op twee plaatsen bedekt zal zien, maar in stand C slechts op één plaats, omdat de takken zich dan | |
[pagina 6]
| |
achter elkaar verschuilen. Zo begrijpt men vanzelf de oorsprong van de helderder middenstreep. Blijkbaar zal het verschijnsel telkens ontstaan als de beide takken onder een hoek kleiner dan de zonneschijf gezien worden. Ik ben nog eens vroeger langs het strand gegaan, evenals nu. Dat was op een avond, laat in Maart. De zon ging in het Westen in zee onder, de maan scheen helder in het Oosten. Lange tijd was het de zonsondergang die mijn schaduw bepaalde, zodat zij naar het Oosten viel; maar toen kwam er een poos dat ik in 't geheel geen schaduw had, totdat de helderheid van de maan sterker werd dan het avondrood, en mijn schaduw naar het Westen viel. Is dit juist waargenomen?
Schaduwen op een wateroppervlak: zie § 216, 217. Schaduwen op mist: § 183. |
|