1. Licht en Straling
Wat is licht?
...en wat is straling? Dit lijkt een domme vraag. Maar het antwoord is niet zo eenvoudig! Natuurkundigen zochten eeuwen lang om de aard ervan te begrijpen. Sommige wetenschappers dachten aan golven, anderen aan deeltjes die licht en straling vormen. Tegenwoordig wordt algemeen aanvaard dat straling noch golf noch deeltje alleen is. In plaats daarvan heeft het een tweeledig karakter, wat onze ervaring in ons dagelijks leven te boven gaat: in experimenten kan licht ofwel deeltjes- of golfkarakteristieken vertonen afhankelijk van de gekozen experimentele opstelling en de meetcondities. Men zegt dat dit het complementaire karakter van licht vormt.
Om met de meest fundamentele aspecten te beginnen: licht wordt meestal aanzien als een golf. Golven zijn verschijnselen in ruimte en tijd die vaak harmonisch zijn, wat wil zeggen dat ze periodieke eigenschappen in ruimte en tijd hebben. Laten we, om golfeigenschappen beter te begrijpen, eerst eens van dichterbij de beweging van een bal bekijken op een wateroppervlak in aanwezigheid van een golf.
- Het temporele gedrag van de golf is te zien door de bewegende bal op de positie aangeduid door de verticale lijn; de bal vertoont een sinusoïdale oscillatie, wat de tijdsafhankelijkheid van de golf aantoont die van links naar rechts gaat.
- Het ruimtelijke gedrag van de golf kan aangetoond worden aan de hand van een snapshot: het toont een sinusoïdale curve die vaststaat langs de afstandsas en de momentane vorm van de golf weergeeft.
Zowel de afhankelijkheid in ruimte als in tijd zijn karakteristieke eigenschappen van golven!
De periodiciteit in ruimte wordt omschreven door de golflengte λ, die de maat van een lengte heeft en opgegeven wordt in eenheden van meter, micrometer, kilometer,… Deze kan gemeten worden als de afstand tussen twee naast elkaar liggende maxima (of golftoppen) of andere naast elkaar gelegen punten met dezelfde verplaatsing en helling.
De periodiciteit in tijd wordt omschreven door de periode T, met de maat van een tijd en opgegeven in eenheden van seconden, uren, jaren. De periode kan opnieuw afgeleid worden van de tijd verlopen tussen twee naast elkaar gelegen maxima.
De frequentie f van een golf is een andere maat die te maken heeft met het gedrag in de tijd van golven. Deze kan berekend worden uit de periode T met f=1/T. De maat van de frequentie is 1/tijd. Als tijd opgegeven is in seconden (s), dan wordt de eenheid 1/s Hertz (Hz) genoemd.
De snelheid c van een zich voortplantende golf kan uitgedrukt worden met de frequentie en de golflengte:
Deze vergelijking zal afgeleid en in meer detail behandeld worden in het gedeelte over elektromagnetische golven.
