In een artikel in de NRC van 7 november 2020 wordt op een geschiedkundige manier de aard van het licht aangekaart. De Amerikaan Francis Hopkinson kijkt eind 18e eeuw op straat in de avond door zijn zijden zakdoek naar een straatlantaarn en ziet een bepaald patroon van licht dat hij niet kan verklaren.
Hij vraagt de natuurkundige David Rittenhouse naar een verklaring en die gaat daarop een experiment doen om de situatie verder te onderzoeken. Hij spant twee schroeven met een spoed van 100 groeven per inch in een raampje. En legt vervolgens 50 haren naast elkaar in iedere groef. Hij maakt zo zijn eigen ‘tralie’, zoals we dat nu kennen. Zie figuur 1.
Hij laat via een spleet daglicht door de haren op een schermpje achter de tralie vallen en bestudeert wat hij ziet. Inmiddels weten we (250 jaar later) dat het hier gaat om buigings- en interferentieverschijnselen van licht.
a) Laat zien dat de onderlinge afstand (d) tussen de haren in de ‘tralie’ van Rittenhouse gelijk is aan 5,1 ∙ 10-6 m
De groeven in de schroeven hebben een onderlinge afstand (dat heet de spoed) van 2,54 / 100 cm = 254 . 10-6 m.
In iedere groef liggen 50 haren, dus:
$d=\frac{254\cdot 10^{-6}}{50}=5,1\cdot 10^{-6}~\mathrm{m}$
Hij ziet een afwisseling van donkere en lichte strepen. Uit zijn uitvoerige beschrijving van de experimenten weten we dat hij een hoek van ongeveer 7 graden mat tussen het eerste maximum en het licht dat rechtdoor gaat. Zie figuur 2.
b) Bereken de (gemiddelde) golfengte van het licht
$\lambda = d \cdot \sin(7^{\circ})=5,1\cdot 10^{-6}\cdot \sin(7^{\circ})=622~\mathrm{nm}$
c) Met welke kleur komt dit overeen?
Dat komt overeen met de kleur oranje-rood
Hij schrijft hierover een artikel in Transactions of the American Philosophical Society:
“Ik was verrast te ontdekken dat de rode stralen meer uit hun eerste richting zijn gebogen en de blauwe stralen minder; alsof de haren met meer kracht op de rode dan op de blauwe stralen inwerken, in tegenstelling tot wat er gebeurt door breking, wanneer licht schuin door het gemeenschappelijke oppervlak van twee verschillende media gaat."
d) Waarom was Rittenhouse verbaasd over de plaatsen van de kleuren rood en blauw?
Hij was bekend met de breking van het licht door een prisma en verbaasde zich dat het in het geval van zijn tralie wat betreft de plaats van de kleuren rood en blauw juist tegengesteld was. Bij breking door een prisma worden de rode stralen minder sterk gebroken dan de blauwe. Dus hier moest iets anders aan de hand zijn dan breking.
e) Zoek op internet welke twee theorieën over de eigenschappen van het licht en de verschijnselen breking en buiging in de tijd van Rittenhouse gangbaar waren. Gebruik in je zoektermen de namen Newton en Huijgens.
In de achttiende eeuw publiceerden de grote natuurkundigen Isaac Newton en Christiaan Huygens ieder een theorie over de aard en eigenschappen van licht. Newton ontwikkelde een theorie gebaseerd op deeltjes die zich in een rechte lijn voortbewegen en massa en impuls hebben. Huygens daarentegen verklaarde de eigenschappen van licht met een golftheorie. Tot op de dag van vandaag bestaan beide theorieën in een moderne uitvoering: licht komt afhankelijk van de situatie in de vorm van ‘deeltjes', fotonen genaamd (energiepakketjes), of als elektromagnetische golf
