Lichtbreking in het basisonderwijs: de zonnefles lamp Teach article

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.

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

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.

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 document^w1  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.

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.