Categorie archief: natuurkunde

VRIJESCHOOL – Natuurkunde – kleur (4-1)

.

Het principe van Yang en Yin in de natuurwetenschap

Kleurenleer tussen licht en duister

Tao, dat gezegd kan worden, is niet het eeuwig Tao.
De naam, die genoemd kan worden, is niet de eeuwige Naam.
Onnoembaar is de oorsprong van hemel en aarde.

Zo begint het ongeveer 2500 jaar geleden door Lao Tse geschreven boekje, dat de naam draagt Tao Teh King. Dat is: het klassieke boek (king) over de eerste oorzaak, die alles schept (tao) en de deugd (teh). De namen voor hemel en aarde, deze noembaarheden kenden de Chinezen toen al lang onder de namen Yang en Yin.

Yang is vader hemel en Yin is moeder aarde. Tevens hadden de uit het eeuwig Tao zich uitsplitsende polariteiten Yang en Yin vele andere betekenissen in de menigvuldige ideeën en begrippen, waarin een initiërend beginsel zijn tegenstelling vond in een volgbeginsel.
Yin werd beschouwd als het medescheppend spiegelbeeld van Yang.

Zo stonden als Yang en Yin bijvoorbeeld tegenover elkaar: creativiteit en ontvankelijkheid; mannelijk en vrouwelijk; energie en inertie; kwantiteit en kwaliteit; onderwijzen en leren; vorst en onderdanen; zomer en winter; warmte en koude; dag en nacht; vader en moeder; licht en duisternis. Wat Yin voortbrengt is aangelegd door Yang en komt dus voort uit het samenspel van Yin met Yang.

Wie waarlijk wil weten hoe de Chinezen over de duizenderlei mogelijkheden van dit samenspel dachten, zal enige jaren moeten uittrekken, die hij minimaal nodig heeft om het Boek der Veranderingen, het 3000 jaar oude I Tjing, te bestuderen.

Zoals men wellicht weet, kwam de I Tjing in de vijftiger jaren naar Europa op initiatief van Carl Jung, nadat zijn leerling en medewerker Richard Wilhelm tussen 1913 en 1923 de enorme prestatie had geleverd de Chinese tekst in het Duits te vertalen. Zo bereikte in onze eeuw deze Oosterse, Chinese kosmologie het westen. In deze kosmologie ontstaan uit de Yang-Yin polariteit acht oer-drieledigheden, maar niet de ons vertrouwde en door Rudolf Steiner op de voorgrond geplaatste drieledigheid van Willen, Voelen en Denken.

Die is wel al te vinden in een westerse kosmologie van nog oudere datum, de Israëlitische esoterische wijsheid van de Kabbala.

Tao heet daar Kether, (de kroon). Uit deze kroon emaneren twee
scheppingsbeginselen: Chokmah, dat overeenkomt met Yang, en Binah, dat met Yin overeenstemt. Deze macrokosmische drie-eenheid spiegelt zich in een microkosmische, in drie scheppingskringen (in het Hebreeuws Sephiroth genaamd), die van het Willen, het Voelen en het Denken. Deze spiegelen zich nogmaals, om in de zevende kring de scheppingsvolheid te bereiken. Aan deze wijsheid hebben wij onze week van zeven dagen te danken en aan de tien Sephiroth, de drie macrokosmische en zeven microkosmische, ons tientallig stelsel.

De westerse natuurwetenschap, die met het tientallig stelsel alles wat zij berekenen kan uitrekent, is haar esoterisch uitgangspunt totaal vergeten. De westerse filosofie en de westerse natuurwetenschap stevenden voorbij aan de kabbalistische wijsheid, die door esoterische Joodse kringen werd behouden en behoed. Mensen, die heden ten dage iets van de Kabbala afweten, iets van de tien Sephiroth, iets van Chokmah en Binah, zijn nog schaars. Mensen, voor wie Yang en Yin reële betekenis gekregen hebben, zijn er meer.

Met deze laatste begrippen voor ogen is het niet moeilijk in te zien, dat er wat hapert aan de westerse natuurwetenschap. Zij is eenzijdig en daardoor onevenwichtig. Om het op zijn Chinees te zeggen: Zij is Yang-kennis zonder Yin! Want wat doet de natuurwetenschap?

Zij spitst zich erop toe om uit het natuurgeheel grootheden los te schillen die weegbare, meetbare, telbare, berekenbare energieën zijn, die voor de westerse civilisatie bruikbare materie opleveren. Een afzonderingstactiek dus, die haar doel tracht te bereiken met ingenieuze instrumenten en machines, die met behulp van een op kwantitatieve waarden ingestelde rekenkunde konden worden geconstrueerd.

De fysica is energiek op zoek naar fysische energie. Daarop is uiteindelijk alle informatie, die zij inwint gericht. Of zij nu per astronomie spiraalnevels achter de telescoop heeft, of de door haar zo betitelde moleculen, atomen, elektronen, protonen, neutronen, mesonen, enz. onder de microscoop, of zij een explosiemotor bouwt of een kernenergiebom vervaardigt, macrokosmische of microkosmische energie heeft de doelstelling, die tot en met de harttransplantaties van de medici, niet om de voorrang vraagt, maar deze opeist. Met andere woorden: Yang.

Yang en nog eens Yang. Yang-kwantiteiten.
Yin-kwaliteiten vallen buiten de natuurwetenschap. Maar niet buiten de natuur!

Goethe, die een ras-fenomenoloog was, schreef tussen 1791 en 1810 zijn 680 paragrafen tellende ‘Farbenlehre’, waarin hij op wetenschappelijk overtuigende wijze kon aantonen dat kleuren uit licht en donker — Chinees gezegd: uit Yang en Yin — ontstaan.

Dat de officiële natuurwetenschap met haar Yang-gerichtheid Goethes inzichten niet kon delen, en tot op de huidige dag niet deelt, is voluit begrijpelijk.

De westerse natuurwetenschap baseert zich, wat de kleurenleer betreft, nog steeds op een ontdekking van Isaac Newton, een proef uit 1672, die deze toen dertigjarige hoogleraar in de wis- en natuurkunde te Cambridge in zijn studeervertrek verrichtte. Dat de grote fysicus uit de proef die hij deed een wetenschappelijk onverantwoorde conclusie trok, moge zo meteen blijken.

Newtons prisma-proef

Newton liet in zijn geheel verduisterde kamer door een in de buitenmuur bevestigde convexe lens, zonlicht in een evenwijdige bundel door een prisma schijnen. Op een zorgvuldig bepaalde afstand van het prisma bevond zich een wit projectiescherm. Daarop verscheen toen een kleurenband: violet, donkerblauw, lichtblauw, groen, geel, oranje, rood. De conclusie luidde, dat de waargenomen kleuren dus door de lichtbreking van het prisma uitgesplitste componenten waren van het witte licht. Het witte licht bevat datgene, wat het prisma ons vertoont: de spectraalkleuren. Waar zit de door de natuurwetenschap niet ontdekte fout in de redenering? Dat zij Yin geen oog waardig keurt.

Dat Newton geen oog had voor het duister in het vertrek. Het dus is een voorbarigheid. De proef betreft waarneembaarheden: kleuren. De proef vindt plaats in het duister. Ook het duister is een waarneembaarheid. Dit mag dus bij een verklaring van de kleurenvorming niet op voorhand buiten beschouwing gelaten worden. Naar wetenschappelijke maat gemeten is dat willekeur uit een vooroordeel, dat het donker geen rol kan spelen, omdat het geen energie is!

Er bestaat een populair oordeel, dat je in het donker niets ziet, omdat het niets is. Het tegendeel is waar: in een verduisterd vertrek zie je geen omgrenzingen en geen voorwerpen, die daar misschien staan, doordat alles door de duisternis in een pikzwarte wade wordt gehuld. Dat zwart neem je heel goed waar. Het overstroomt je, het dringt in je, het zuigt je op. Je beleeft het door en door.

Onlangs zei een goede bekende van mij tegen een man, die op latere leeftijd blind was geworden: ‘Wat moet het ellendig zijn alleen maar zwart te zien!’ De man antwoordde: ‘Je vergist je. Vroeger zag ik zwart en wit en alle kleuren. Nu zie ik niets meer. Geen kleuren, geen wit en geen zwart. Ook geen zwart. Geen donker en geen licht: niets! Gek hè? Maar ik begrijp best, dat jij je dat niet voor kunt stellen.’

Goethes prisma-proef

In 1790 had Goethe aan zijn vriend Hofrat Büttner in Jena een paar prisma’s te leen gevraagd en gekregen. Hij vertrouwde Newton’s proefopstelling niet. Hij achtte die te gekunsteld en wilde er het zijne van weten. Maar Goethe, die ander werk onder handen had, kwam niet tot het experimenteren met een prisma, tot op het moment dat Büttner zijn apparaten terugvroeg. Dan gaat Goethe door een prisma naar de witte wand van zijn zonverlichte kamer kijken en ziet tot zijn verbazing, dat deze wit blijft Maar op het moment dat hij het prisma wendt naar een van de ramen van zijn werkkamer, verschijnen de allerhelderste kleuren, daar waar het doorlichte vensterglas aan de het raam onderbrekende donkere vensterspijlen grenst.

Hofrat Büttner zal nog lang op zijn apparatuur moeten wachten, want nu beginnen de eerste experimenten.

Hij ontdekt, dat het prisma beelden verschuift. Waar wit over zwart schuift verschijnt blauw. Waar zwart over wit schuift, anders gezegd, waar het prisma zwart op wit projecteert, ontstaat rood. Nauwkeuriger gezegd: er ontstaat rood, oranje en geel, al naar de reikwijdte van de overlapping van zwart over wit. Zo ontstaat, waar wit ver over zwart valt, ook violet.

Langs deze weg van een gelukkig toeval ontstonden al die experimenten, waarbij Goethe geen gevaar kon lopen, het duister, het zwart, te negeren.

Zo kon hij ook ontdekken, dat groen geen rechtstreekse spectraalkleur is, maar een mengkleur van geel en blauw. Hij ontdekte ook een andere in het Newtoniaanse spectrum niet voorkomende kleur, het incarnaat roze, dat het prisma kan laten ontstaan, als violet en rood samenvallen.

Wie de moeite neemt om op een wit vel papier met Oost-Indische inkt zwarte banen te schilderen, zodat hij witte en zwarte banen krijgt van bijvoorbeeld een halve tot anderhalve centimeter doorsnee, en deze dan gaat bekijken door een prisma (goede plastic prisma’s zijn niet duur), in helder daglicht, die kan een feestelijk gebeuren tegemoet ziet; hij ziet het hier aangeduide kleurengamma ontstaan. Hij kan ook intenser genieten van de opkomende en ondergaande zon, als hij er zich van bewust wordt dat deze, doordat zijn witte licht zich door duistere nevels een weg moet banen, geel oranje en rood wordt. En wordt ons de blauwe zomerdaghemel niet bevattelijker als wij beseffen, dat deze prachtige kleur zijn ontstaan te danken heeft aan het zonnelichtwaas in de dampkring, waar het duister firmament doorheenschemert?

In het rood voert Yang de boventoon en in het blauw Yin, zouden de oude Chinezen zeggen.

Rudolf Steiner en diverse van zijn leerlingen hebben in het voetspoor van Goethe veel geëxperimenteerd en gepubliceerd over de wording van kleuren en gesproken over hun innerlijke betekenis.

Wie daar meer over aan de weet wil komen, en niet opziet tegen een niet te moeilijk Duits, zou ik naar twee publicaties willen verwijzen:

Rudolf Steiner, Het wezen van de kleuren
H.O.Proskauer: Zwei Taschenbücher zum Studium von Goethes Farbenlehre,

Ik richt de aandacht op deze geschriften, omdat, nu in deze dagen het westers natuurwetenschappelijk Yang-geloof in Newtons kleurenleer eindelijk begint te wankelen, en de tijd daar is om een inzicht te verwerven langs fenomenologische weg van de kleurkwaliteiten. Dat wil uiteindelijk zeggen: van hun morele waarden! Die kent de huidige fysica niet. En die kan de westerse natuurwetenschap ook nooit leren kennen, omdat de moeder der kleuren in haar energieke aanpak van de natuur verduisterd wordt!

J.M.Bierens de Haan, Jonas 3, 10-10-1975

.

Natuurkunde klas 6: alle artikelen

.

Goethe Kleurenleer

Kleurenleer: meer

.

1640

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

Advertenties

VRIJESCHOOL – 6e/7e klas – Natuurkunde – licht (3-4)

.

Om licht te kunnen karakteriseren zijn de vorige artikelen  [3-1]  en [3-2]  een goede hulpbron. 
Er is nog veel meer over ‘licht’ te vertellen. [3-3]
Hieronder een ouder artikel, waarin nog interessante gezichtspunten. 
Het onderzoek staat niet stil en sommige bevindingen van toen, moeten wellicht weer wat worden genuanceerd.

De mens kan het daglicht niet missen

Daglicht heeft een belangrijke invloed op het functioneren van mens en dier. De intensiteit van het licht, de lengte van de dag en de seizoensgebonden verschillen daarin hebben invloed op de „biologische klok’’ en op de ritmische levensprocessen die deze klok stuurt.

Is het moderne leven onder kunstlicht, dat het natuurlijke ritme verstoort, daarom schadelijk voor de mens? Niet meteen ( ) Toch blijft het daglicht voor de mens onmisbaar.

Tijdens de industriële revolutie werd een toenemend aantal gevallen van een typische kinderziekte waargenomen die later bekend werd als de Engelse ziekte. Deze uitte zich in een zwak bottenstelsel, waardoor de benen en de rug van de kinderen krom groeiden. De oorzaak van de ziekte was aanvankelijk onbekend, zodat artsen niets konden doen om het groeiend aantal zieke kinderen te genezen. Men merkte op dat de Engelse ziekte vooral in dichtbevolkte industriegebieden voorkwam, waar weinig zonlicht was. Later bleek dat de ziekte eenvoudig te genezen was door de kinderen aan zonlicht bloot te stellen.

De Engelse ziekte is een van de voorbeelden waardoor onder medici het besef groeide dat zonlicht voor het lichaam van aanzienlijk belang is. Zonlicht is straling die bestaat uit elektromagnetische golven met uiteenlopende golflengten. De hele korte golven vormen ultraviolette straling. Het ultraviolet ligt net onder de grens van de zichtbare straling. De kortste zichtbare golven geven violet en blauw licht, de iets langere zijn groen, geel of oranje en de langste golven die we nog kunnen zien zijn rood. In het natuurlijke daglicht komen al deze golflengten meestal in een zodanige verhouding voor dat wij wit licht zien.

Naast door de golflengte wordt licht gekenmerkt door intensiteit. In onze normale omgeving varieert de intensiteit sterk, in de eerste plaats door de draaiing van de aarde om haar as. Hierdoor is het elk etmaal ’s nachts donker. Tijdens de omloop van de aarde om de zon zijn er in de loop van het jaar bovendien verschillen in daglengte. Terwijl rond de evenaar de daglengte vrij constant is, zijn in de Noord- en Zuidpoolgebieden de daglengteverschillen tussen winter en zomer soms zo extreem dat de zon een etmaal lang niet ondergaat of opkomt.

Zonnig

Ook het weer beïnvloedt de hoeveelheid licht die wij zien. De intensiteit op een zonnige dag is ongeveer tien maal groter dan bij bewolking. Toch is op een bewolkte dag de lichthoeveelheid altijd nog circa honderd maal groter dan in een kamer met kunstlicht. Van de grootte van deze verschillen zijn we ons maar nauwelijks bewust.

Hoewel we goed kunnen zien onder al deze lichtomstandigheden is het de vraag hoe licht andere functies van ons lichaam beïnvloedt. Deze vraag was het thema van het congres „Medische en biologische invloeden van licht”, dat vorige week* door de New Yorkse Academie van Wetenschappen werd georganiseerd.

De Engelse ziekte, die vooral voorkwam in verstedelijkte gebieden met straten en huizen waar weinig licht door kon dringen, is een sprekend voorbeeld van de gevolgen van tekort aan zonlicht. Hoewel het al meer dan 60 jaar bekend is dat de ziekte hierdoor ontstaat, bleek op het congres dat men het waaróm pas onlangs is gaan begrijpen.
Ultraviolette straling van de zon zet de biologische grondstof voor vitamine D in de huid om in vitamine D3. Het bloed brengt vitamine D3 naar de lever en de nieren waar de uiteindelijk biologisch werkzame vorm van vitamine D gemaakt wordt. Dit vitamine D zorgt ervoor dat de darmen calcium opnemen wat vooral bij groeiende kinderen noodzakelijk is voor de botvorming.

Er zijn meer processen in de huid die onder invloed van zonlicht staan. Bij zonaanbidders is natuurlijk het verbranden en bruin worden bekend. Een huidpigment, melanine, veroorzaakt de bruine tint om de huid tegen nog meer zonlicht te beschermen. Het bruin worden is een normale functie van de huid. Op het congres in New York rapporteerde men hoe daarentegen ook huidziekten als psoriasis en huidallergieën met zonlicht geheel onder controle gebracht kunnen worden.

Leukemie

Een zeer opmerkelijk resultaat werd gebracht door Dr. R. Edelson van de
Columbia Universiteit in New York, die licht gebruikt bij de behandeling van leukemie. Hij zei: „Bij immuunziekten zoals leukemie is het zelden of nooit mogelijk de ziekte te genezen door de oorzaak weg te nemen. Het enige wat we kunnen doen is de ziekte onder controle brengen en zo het leven van een patiënt te verlengen”.

Bij leukemie gebeurt dit vaak met chemotherapie, die aanzienlijke bijwerkingen heeft. Deze bijwerking probeert Edelson te omzeilen door de natuurlijk in het lichaam voorkomende stof, 8-methoxypsoraleen, te binden aan een medicijn. De combinatie van beide stoffen heeft in het lichaam geen enkele invloed maar kan werkzaam gemaakt worden door het plaatselijk in de huid met ultraviolet licht te activeren. Zo wordt de rest van het lichaam gespaard van schadelijke bijwerkingen. Bij de eerste leukemiepatiënt, die met deze lichttherapie werd behandeld, had Edelson onlangs aanmerkelijk succes.

Fluctuaties in de lichtintensiteit die veroorzaakt worden door de beweging van de aarde hebben grote gevolgen voor de manier waarop mensen en dieren hun bezigheden in de tijd indelen. In de evolutie heeft zich een biologische klok ontwikkeld die ervoor zorgt dat dieren op die momenten actief zijn die voor hen — om uiteenlopende redenen. — het meest gunstig zijn. Deze klok staat in verbinding met de ogen, zodat hij de wisselingen van dag en nacht waarneemt en bovendien de daglengte kan meten. Onderzoekers van de Groningse en Leidse Universiteit lieten in New York zien hoe dit in zijn werk gaat.

Door veranderingen in de daglengte te meten is de klok in staat om het organisme op de jaargetijden voor te bereiden. De biologische etmaalsklok kan dus ook seizoensritmen tot stand brengen. Dit is een bijzonder belangrijke functie, omdat er tegelijk met de veranderingen in daglengte ook grote veranderingen in temperatuur en in de beschikbare hoeveelheid voedsel optreden. Deze laatste twee factoren vereisen een aanzienlijke aanpassing van de meeste diersoorten. De meest in het oog lopende aanpassingen zijn wel de vogeltrek en de winterslaap.

Dr. I. Zucker van de Berkeley Universiteit in San Fransisco liet op het congres zien dat het lichaamsgewicht van Canadese veldmuizen afneemt als in de herfst de dagen korter worden en dat hun vacht wel twee maal zo dik wordt. De geslachtsorganen van de hamster worden kleiner zodat de dieren zich niet meer kunnen voortplanten in het ongunstige winterseizoen.

Zucker vatte zijn bevindingen als volgt samen: „De daglengte is bepalend voor seizoensgebonden aanpassingen in lichaamsgewicht, temperatuurregulatie en voortplanting bij muizen. Deze aanpassingen (…) worden alle geregeld door de daglengte, wat de overlevingskansen van verschillende kleine zoogdieren vergroot”. Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen, die de jaarritmiek bij veldmuizen in de Lauwersmeer bestuderen, bevestigen hoezeer deze dieren hun gedrag aan de seizoenswisselingen aanpassen.

Zelfmoord

Bij mensen zijn zowel psychologische als biologische jaarritmen waargenomen onder meer in groeisnelheid, agressie en het aantal verkrachtingen. Het sterftecijfer bereikt op het Noordelijk halfrond zijn hoogtepunt rond januari. Zelfmoordpogingen en bevruchtingen komen het meest in de vroege zomer voor. Bij de evenaar zijn jaarritmen vrijwel afwezig, terwijl ze op het Zuidelijk halfrond 6 maanden verschoven zijn ten opzichte van het Noordelijk halfrond.

Dr. Aschoff van het Max-Planck-Instituut voor gedragsfysiologie in Duitsland stelt dat hoewel sociale en culturele factoren de jaarritmen beïnvloeden, een biologische basis voor deze ritmen onmiskenbaar is, gezien hun kenmerkende en stabiele samenhang met de jaargetijden. Dus ook bij de jaarritmen van mensen blijkt de daglengte van belang.

Op grond van dit inzicht is op het Nationale Instituut voor Geestelijke Volksgezondheid van de Amerikaanse regering een therapie ontwikkeld om de jaarlijks terugkerende „winterdepressie, waaraan tal van mensen lijden, te genezen. Deze aandoening, die pas sinds enkele jaren ten volle wordt onderkend, kenmerkt zich door een diepe neerslachtigheid, prikkelbaarheid en een sterk verminderde behoefte aan sociaal contact. Bovendien eten en slapen de patiënten in deze maanden overmatig.

De behandeling bestaat hieruit dat patiënten ’s morgens en ’s avonds aan sterke belichting worden blootgesteld. Op deze manier proberen de Amerikaanse psychiaters de korte winterdag kunstmatig te verlengen’. Tijdens de behandeling geven de patiënten een aanzienlijke verbetering te zien.

In tegenstelling tot dieren is de mens door het gebruik van vuur, olielampen, kaarsen en met name de elektrische verlichting nooit volledig afhankelijk geweest van het daglicht. Het is echter een betrekkelijk recente gewoonte om een groot deel van de dag onder kunstverlichting door te brengen. Daarom is het belangrijk om na te gaan hoe dit de lichtafhankelijke functies van de huid en de biologische ritmiek beïnvloedt.

Kunstverlichting verschilt in meerdere opzichten van natuurlijk licht: de verdeling van golflengten is anders en de lichtintensiteit is veel lager. Bovendien zijn we met kunstverlichting minder onderhevig aan veranderingen in de daglengte.

Een vergelijking van de jaarritmen bij de mens over de laatste honderd jaar laat zien dat de ritmen steeds minder uitgesproken zijn geworden. Dit is misschien een gevolg van te lage lichtintensiteiten binnenshuis, maar ook het terugdringen van de invloed van de daglengte door het altijd beschikbare kunstlicht kan een rol spelen. Jaarritmen zijn het meest uitgesproken in gebieden met weinig industrialisatie en verstedelijking. Het lijkt er dus op dat de sterkte van de ritmen afneemt naarmate we ons meer kunnen onttrekken aan de natuurlijke belichting in onze omgeving.

Geen van de deelnemers van het congres rapporteerde echter dat deze tendens schadelijk zou zijn. Mensen zijn immers veel minder dan dieren afhankelijk van grote lichamelijke aanpassingen om de winter te overleven.

Kunstlicht verschilt bovendien van daglicht doordat er een andere verdeling van golflengten is. De gevolgen van een langdurig verblijf in kunstlicht op de aanmaak van vitamine D is onderzocht op een onderzeeboot waar de bemanning drie maanden in door moest brengen. De bemanningsleden die geen extra vitamine D tabletten kregen vertoonden een aanzienlijke afname in de hoeveelheid vitamine D. Dit heeft gevolgen voor de sterkte van de botten.

Heupbreuk

Uit ander onderzoek bleek dat bijna alle mensen die met heupbreuken in het ziekenhuis worden opgenomen te weinig vitamine D hebben. Mensen die niet of nauwelijks buitenkomen, zoals veel bejaarden, zouden daarom geholpen zijn met extra vitamine D tabletten. Het is de vraag of dit alle problemen oplost.

Dr. M. Holick, die werkzaam is aan de Harvard Universiteit, heeft onlangs een nieuw type vitamine D in de huid gevonden, dat net als het bekende type ook door zonlicht geactiveerd wordt. De functie van dit nieuwe vitamine D is nog onbekend maar het staat wel vast dat we dit noch via ons voedsel, noch door middel van klassieke vitamine D tabletten binnen krijgen.

Omdat de mens beter dan dieren in staat is de invloeden van de
seizoenwisselingen op te vangen, heeft het leven onder kunstlicht geen nadelige invloed op de door de biologische klok geregelde levensprocessen. Toch blijft een zekere dosis „echt” licht nodig voor andere lichtafhankelijke functies, zoals de aanmaak van vitamine D in de huid.

Joke Meijer, destijds studente neurobiologie en deelneemster aan de conferentie, Volkskrant 10-11-1984

.

Uiteraard zijn alle mogelijke onderzoeken voortgezet:

Leukemie en vitamine D

Meer info over genoemde onderzoeken en wetenschappers via Google

.

Natuurkundealle artikelen

.

1633

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

VRIJESCHOOL – 6e/7e klas – Natuurkunde – licht (3-3)

In de 6e en/of 7e klas van de vrijeschool komt in het vak natuurkunde ‘licht’ aan de orde.
Hier enige wetenswaardigheden, gesignaleerd door Piet Vroon

.

licht

Wat heeft licht met ons doen en laten te maken 

Veel licht werkt kortdurende topprestaties en het voeren van harde
onderhandelingen in de hand. Hoe minder licht, hoe humaniserender u gaat denken. Van dat laatste worden wij blijkens proefnemingen ook minder gauw moe. De hoeveelheid licht beïnvloedt tevens de manier waarop wij elkaar in ander verband bejegenen. Men heeft de helft van een groep bloeddonors na de aderlating in een zee van licht gezet en de andere helft in een schaars verlichte ruimte. De leden van de laatste groep hadden de neiging bij elkaar te gaan zitten en te gaan kwekken, terwijl de in letterlijke zin verlichten met barse gezichten gingen zitten lezen.

De lichthoeveelheid heeft ook invloed op de stemverheffing: de conversatie in de gangen die lesruimten in de zulo’s met elkaar verbindt, kan met vele decibels worden getemperd door wat lampen te slopen. Wat de geluidshinder betreft zouden we dus moeten terugverlangen naar de energiecrisis toen de ene televisiepersoonlijkheid na de andere ons aanraadde Derde Wereld-peertjes te kopen.

Een gematigde hoeveelheid licht is niet alleen aangenaam, het wordt allemaal nog beter als de boel langs indirecte weg waarneembaar is. Mensen werken graag in zo’n omgeving maar gaan, zoals aangestipt, hun stembanden sparen en zij schrikken zich een beroerte van de telefoon en ander ongerief. Het is dus blijkbaar altijd wat.

Een modern probleem met verlichting is overigens dat TL-buizen flikkeren met een frequentie die u net niet kunt zien. Niets aan de hand dus, maar dit interfereert op een vervelende manier met de beeldschermen waarop wij van alles en nog wat schijnen te moeten ontwaren. Daar moet dus ook weer iets op gevonden worden.

Natuurlijk is het licht ook in de medische wereld doorgedrongen. Er schijnen mensen te zijn die tijdens de herfst en de winter buitengewoon chagrijnig worden, hetgeen wel een depressie wordt genoemd. Zeer fel licht zou deze ramp kunnen afwenden. Hoe dat werkt is niet helemaal duidelijk. Sommigen beweren dat neerslachtigheid indirect te maken heeft met de pijnappelklier die bij dieren overduidelijk gevoelig is voor licht. Felle lampen zouden deze klier aanzetten tot de productie van een in dit verband tamelijk heilzaam hormoon.
Anderen zeggen dat depressieve mensen in het zonnetje moeten worden gezet omdat hun dag-nachtritme is verstoord, wat door middel van veel licht zou kunnen worden bijgesteld. Ook kennen we allemaal het ritueel om gele zuigelingen onder een blauwe lamp te leggen. Deze zou heilzaam zijn voor de afbraak van het vele bilirubine, maar waarom dat werkt weet niemand. Wie zegt daar dat alternatieve geneeswijzen niet deugen omdat we niet weten waarom het eventuele effect tot stand komt?
Aardig is ook de vraag waarom operatiekamers, alsmede de kleding van de aldaar werkzame personen als regel groen zijn gespoten. Als u langdurig naar een bloedbad staart en vervolgens de ogen op een witte wand richt, ziet u een groen nabeeld. Dat is niet zo leuk, maar een dergelijk nabeeld is uiteraard onzichtbaar tegen een groene achtergrond.

Wat de woonkamer betreft kunt u de schijnbare grootte door middel van kleuren variëren: een blauwe kamer lijkt groter dan een rode. Dat komt misschien omdat we scheef door onze pupillen kijken, met als gevolg dat het oog als een prisma werkt dat verschillende kleuren in een verschillende mate breekt. Dat een rode kamer ook geschikt is voor het nemen van risico’s van allerlei aard, zal bekend zijn.

Een uitgesproken dom voorbeeld van het gebruik van kleuren heb ik meegemaakt toen ik nog iets nuttigs deed en de zeeën bevoer. Men zette de brug van een schip ’s nachts vaak in rood licht om de donkeraanpassing van het oog optimaal te maken. Minder optimaal was dan wel eens het navigeren. Een bureaucraat had namelijk bedacht dat je de zeekaarten het best met rode, en dus onzichtbare, lijnen kon bedrukken.

.

Gedeelte van een artikel van Piet Vroon, Volkskrant, Het hele artikel is hier te vinden.

.

Natuurkundealle artikelen

.

1630

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

.

 

VRIJESCHOOL – 6/7e klas – Natuurkunde – licht (3-2)

.
In de 6e en/of 7e klas van de vrijeschool komt in het vak natuurkunde ‘licht’ aan de orde.
Omdat verschijnselen zo veel mogelijk fenomenologisch benaderd worden, is onderstaand artikel een hulpmiddel voor de leerkracht het fenomeen ‘licht’ dieper te doorgronden. Tevens geeft het een heldere uitleg over de samenhang waarnemen – denken.

 

Wat doet het licht

In september of oktober, soms vroeg, soms later, begint het loof te verkleuren. Als een van de eerste laat de Afrikaanse eik op de hei zijn spits gezaagde bladeren vlammend rood worden. Daarna verkleurt de kroon van de witte berkenboom tot goudgeel. En later pas (dit jaar* was het begin november) is de grond bedekt met de geel-bruine beukenbladeren, met daartussen het eikenloof.

De boom stond, tijdens de zomer, met al zijn duizenden bladeren in het licht, leder blad heeft zonnelicht opgenomen. In het blad werd het tot substantie, zoals in een orgaan stoffen worden opgenomen en verwerkt.
Hoe kan licht tot stof worden?
Dat is evenzeer een geheim als hoe een mens uit voedingstoffen energie wint. De gecompliceerde processen, die van licht tot stof optreden, kunnen slechts gedeeltelijk chemisch-stoffelijk worden vastgesteld. In het loofblad, dat licht heeft opgenomen, bevindt zich zetmeel. Ook hier moeten echter tussen licht en zetmeel overgangen zijn, waarvan pas het zetmeel chemisch gemeten kan worden.
Zodra in het voorjaar het bleke sprietje van de bloembol boven de aarde aan het licht komt, wordt het groen. Kleuren horen bij het licht. Misschien is groen een verschijnsel in de metamorfose van licht tot zetmeel.
(Wetenschappelijk geldt chlorofyl als de drager van het groen dat in ieder bladdeel bij de lichtopname is betrokken).

Waaraan kunnen wij de herfst zien komen?

Bijvoorbeeld doordat het licht verandert. Het is alsof de achtergrond donkerder wordt. Inmiddels begint de boom zich stilletjes terug te trekken van al zijn bladeren, er groeit een scheiding tussen bladsteel en tak, die geen water meer doorlaat.
Daarna kunnen wij zien hoe het groen dat de plant als een levenskleed draagt, wordt weggetrokken; daaronder verschijnen de kleuren van het licht zelf: geel en rood. Het lichtproces, steeds aanwezig, maar in het blad verborgen, wordt in de herfst even zichtbaar. De bomen dragen verwerkt zonnelicht in hun kruinen. Hun goudgeel of vlammend rood stamt uit de kwaliteit van het licht dat zij hebben opgenomen. Of zoals men in het Duitse tijdschrift ‘Kosmos’ in een artikel over herfstkleuren kan lezen: anthocyanen, stoffen waardoor de kleur rood tot stand komt, ontstaan onder een licht van bepaalde golflengte (anders dan carotine, de stof voor geel).
Verder geeft het genoemde artikel met zijn chemisch onderzoek een bewijs voor onze ontdekking van het zichtbaar geworden lichtproces.
Het zegt: ‘de herfstkleur ontstaat niet uit een chemische omzetting van chlorofyl, want carotine en anthocyanen zijn al in het groene blad aanwezig. Maar zij komen pas te voorschijn als het chlorofyl wordt afgebroken of als het suikergehalte in het blad toeneemt.’ (Hierbij moet worden vermeld dat het zetmeel in het blad ’s nachts tot suiker wordt omgezet). ‘In het afgevallen blad, aldus het artikel, is nog veel suiker te vinden, maar geen zetmeel meer.’
Alleen in de vorm van suiker kan ‘lichtsubstantie’ aan het water in de aarde worden doorgegeven. Wat je weet, kun je ook zien: ieder blad valt, een kleurrijk verschijnsel, op de grond.
Het brengt iets mee voor de aarde. In de herfst lopen wij over een goudgeel en groen lichtende grond. Het is het licht dat uit de verte kwam toen wij ons ’s zomers naar de zon keerden.
Boven ons, in de boomkruinen, is het opnieuw zichtbaar geworden en voor onze ogen naar de aarde gedaald.
De geur van de vermolmde bladgrond op een regenachtige novemberdag laat ons weten dat de aarde aan een vernieuwingsproces onderhevig is.

Anders denken

‘Het licht is in de aarde getrokken’ — terwijl wij het denken, voelen wij het ook (zie het hoofdartikel in Jonas 2).[niet op deze blog] Hoe ontstaat zo’n gedachte, die ons als een meditatie kan vervullen?

Eerst zijn het de Afrikaanse eik in het vlammend rood, de berkenboom met zijn goudgele kroon enz., die als herinneringsbeelden de herfsttijd weer in ons oproepen. Wat wij elkaar mededelen zijn begrippen (geel, kroon). We ervaren dat ze met waarneming zijn vervuld. Hoe nauwkeuriger wij de goudgele berkenboom hebben waargenomen, des te rijker is het begrip ‘gele kroon’ voor ons.
Maar ik zie toch eerst ‘boom’ en pas dan ga ik hem nauwkeurig bekijken?
Ja, dat komt omdat het begrip bij de eerste waarneming (het eerste ‘ogen-blik’) al mee naar binnen schiet. Maar is het dan niet te zien dat je éérst waarneemt? Ja, bijvoorbeeld bij een kind. Als het voor het eerst iets ontdekt, komt het ons daarna om het daarbij passende begrip vragen.
Of, als wij zelf voor een onbekend verschijnsel staan; dan gaan wij ook naar de verklaring ervan zoeken.

Laat ons nog even terugkijken naar wat wij hebben gedaan: de boom in de zomer: het blad heeft zonlicht opgenomen en tot substantie laten worden, zoals een orgaan stoffen opneemt en verwerkt. Het is onze denkactiviteit, die de verschillende begrippen zo bij elkaar voegt, dat er een bepaalde verhouding, een gedachte ontstaat. Ons denken vraagt (naar de weg van licht tot zetmeel), het vergelijkt (met de spijsvertering) en wint daaruit een volgende gedachte, zoals: ‘de overgang van niet-stof tot stof kan alleen gedeeltelijk op chemische weg worden vervolgd, terwijl er nog wel kwaliteiten kunnen worden waargenomen (groen)’. Zodoende haalt ons denken de verschillende begrippen bij elkaar en kijkt of zij een eenheid worden. Daardoor kan ons denken ineens waarnemen wat achter het verschijnsel schuilgaat. In ons geval: het gele herfstblad toont het licht-proces, dat zich in het blad steeds heeft voltrokken.

Het denken is als een licht in ons, het laat de dingen te voorschijn komen.

Wel hebben wij hier nog niet stap voor stap bij elkaar gevoegd wat een ‘feit’ pas wetenschappelijk kan rechtvaardigen. Maar wij hebben het verschijnsel ‘in zijn geheel’ te pakken: de boom in het zomerse licht, de boom in zijn herfstkleed, onder de boom de lichte grond — wij hebben dit als één enkel beeld op ons laten inwerken, als een fenomeen, en daaruit gelezen: de idee van het nederdalende licht. Wij hebben het fenomeen nader onderzocht aan de hand van veranderingen die het blad ondergaat, om te zien of deze idee zich ook in de verschijnselen uitdrukt. Net zoals men in de wetenschap de ‘these’ stelt, als de richtlijn volgens welke de verschillende fenomenen worden verzameld en met de ‘these’ worden geconfronteerd. En waarom is het resultaat over de herfstkleuren in ‘Kosmos’ anders dan het onze? Omdat de idee niet tot de werkelijkheid wordt gerekend.

Men bleef daar bij de chemisch aan te tonen feiten staan en zag deze niet meer in het geheel van waaruit zij werden gehaald. En toch zijn zij beide, idee én feitenkennis, door dezelfde activiteit van ons denken tevoorschijn gekomen. Omdat wij onze activiteit daarbij beleven, geloven wij dat de gedachte niet uit de wereld maar uit ons komt en daarom steunen wij alleen op ‘objectief aan te tonen’ feiten. Terwijl de feiten een gehéél vormen met de idee en aantonen waar wij als denkend mens de idee onvoldoende hebben herkend. De verhouding van het denken tot de mens en tot de wereld is een levensvraag . .

Licht in de mensen

‘Het zonlicht uit de ruimte is de aarde binnengetrokken.’ — Laten we deze gedachte even op ons inwerken, dan voelen wij ons getroost. Meer nog: onze wil wordt erdoor aangesproken. Als de aarde zich ‘naar binnen keert’ en innerlijk werkzaam wordt om het nieuwe jaar voor te bereiden, dan kunnen wij ons aangespoord voelen, ook zelf innerlijk waakzaam te worden.

Door de achteloosheid van de mens gebeurt er veel met de aarde. Geen reden om aan te nemen dat er ook door zijn aandacht veel met haar zou kunnen gebeuren! Als in ons geen licht kan binnen dringen — zou de aarde daarvan leed kunnen ondervinden?

Waarom wacht een mens erop, dat hij in zijn beste mogelijkheden wordt herkend? Dat een medemens hem liefdevol blijft waarnemen en hem tegelijkertijd toch vrijlaat, omdat hij alleen vanuit zichzelf de zaak voor elkaar moet krijgen?

Hoe is het mogelijk dat mensen deze liefde kunnen voelen, erop hopen, daarvan schenken? Omdat in ons datgene werkzaam kan worden, waarop de gehele mensheid rust. Vaak herkent zij niet van wie het uitgaat. Men kan het als ‘scheppen’ ervaren, dat wil zeggen: steeds opnieuw moet het worden geboren.

Licht wil liefde worden in de mens. Als wij ons vrij kunnen maken, kunnen in de nachten tussen Kerstmis en Epifanie, de ‘twaalf heilige nachten’, waarin het licht en de liefde nabij zijn, mens en aarde van binnenuit nieuw worden.

.

Cordula Zeylmans, Jonas, 19-12-1970

.

Natuurkundealle artikelen

.

1629

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

VRIJESCHOOL – 6e/7e klas – Natuurkunde – licht (3-1)

.

In de 6e en/of 7e klas van de vrijeschool komt in het vak natuurkunde ‘licht’ aan de orde.
Omdat verschijnselen zo veel mogelijk fenomenologisch benaderd worden, is onderstaand artikel een hulpmiddel voor de leerkracht het fenomeen ‘licht’ dieper te doorgronden.

licht

Licht is de zon, te fel om in te kijken. Het licht kan niet direct gezien worden, wel indirect via voorwerpen. Licht, waar is het? Als er geen voorwerpen zijn dan is er geen ‘zien’. In een lege ruimte is er geen licht zichtbaar. Het is er zwart, donker. Alleen de zon is zichtbaar. Tussen de voorwerpen is niets. Toch zijn ze licht. Licht is van voorwerp tot voorwerp. Als het donker wordt verlies je de voorwerpen, het contact. De afgrond begint. Het zoeken naar houvast. Licht kan overstralen; het maakt dingen kleiner, verder weg maar ook detailrijker. Het onderdeel gaat spreken. Licht kan onderstralen; het maakt voorwerpen groter, dichterbij, maar ook armer. De contouren gaan spreken. Licht is overal tegelijk, kent geen grenzen. Het verblindt, vernauwt de pupil, doet samentrekken. Licht is ongrijpbaar, weegt niets. Is warm noch koud. Het maakt je meestal ‘licht’. Het tilt op, het zuigt, het trekt. Het trekt aan planten. Het trekt planten de grond uit, naar zich toe. Het vormt. Planten vormt het. Het vormt planten in de aarde, het plant vormen in de aarde.
Licht dwingt soms door stoffen heen, meestal niet. Het laat contouren zien, structuren, vormen. Doorvallend licht laat materie verdwijnen, geeft het glans van bijna niets te zijn. Een boomblad, doorvallend licht.

Twee soorten licht: Indirect en lichtzelf of beter geformuleerd: Opvallend licht en direct licht (dit is bijna alles. Alle voorwerpen, dieren, planten, mensen).
Doorvallend licht (dunne voorwerpen, bladeren, water, een mineraal, een kristal).
Licht wordt steeds meer geremd, gevangen: Lucht, water, mineralen, bladeren, dichte voorwerpen.
Waar vind je direct licht in de natuur, waar komt het vandaan? Van de zon, de sterren, de planeten (heel soms), van vallende sterren, van vulkanen, van vuurvliegjes, van de lichtende zee, van het vuur.
De zon laat ons niet alleen, de maan houdt het contact. Soms ook niet, maar dan komen sterren lichten als vertrouwenslichten, als houvast. Zelfs wolken houden het licht vast, heel weinig maar. Het is nooit helemaal donker, altijd is de zon er, direct of indirect.
Is licht rechtlijnig? Je kunt het bewegen. Ieder voorwerp beweegt licht, door het overal heen te sturen. Een voorwerp sproeit licht alom, wordt zelf stralend, een zon in het klein, zo zijn er ontelbare zonnen.
Een kristal beweegt licht door het te ‘breken’. Is het dan stuk? Nee, het gaat elders heen, het vermenigvuldigt zich, het voegt zich samen. Mijn ooglens kan dat ook. Het licht wordt gevangen in mijn oog, in de ruimte van mijn oog. Even in mijn hoofd gevangen. Ik krijg daar een geweldige wereld voor terug; een wereld van voorwerpen, vormen, contouren, details. Vang ik het licht, of vangt het mij? Ik vang het door mijn ogen te openen. Licht wordt gevangen, een activiteit. Ik werp mijzelf om het licht, de voorwerpen, de wereld.

Licht is in beweging, in ritme. Grote en kleine ritmes, regelmatige en onregelmatige ritmes. Een wolk voor de zon, een verduistering. Dag en nacht, ochtendschemering en avondschemering.
Ochtend: Het licht schiet de wereld in, duwt zich binnen. Avond: Het licht ontglipt, trekt zich terug, weg naar boven. Winter en zomer, Kerstmis en St. Jan. Verschil van licht, kwaliteitsverschil, intensiteitsverschil. Groeiend licht in het voorjaar, stijgende zon. Krimpend licht in het najaar, dalende zon.

Maar ook de maan draagt een ritme als zonnegeschenk, afnemen en wassen, nieuw en vol. Wel een andere kwaliteit dan zonlicht. Krachtelozer, transparanter, nadenkender, bespiegelender. Licht staat nooit alleen. Het komt samen met lucht op aarde. Waar licht is, is lucht (niet andersom). Het breekt door de wolken, breekt ze open, duwt ze vaneen. Doorlichte lucht.
En het water? Het is transparant, laat licht door, maar soms niet. Spiegelende vlakken, rimpelingen, glinsteringen. Spel van het water en licht. Spel op grensvlakken. Wervelend, flonkerend, speels, schitterend. Doorlicht water, oplichtend water.

Begeertig zuigt de zwarte aarde het licht op. Verovert het totaal, schijnbaar onberoerd. Het speelt er niet mee, het doet in zijn innerlijk iets met de kwaliteit van het licht, maar houdt het geheim. Aarde slokt het op, water speelt ermee, licht laat het zichzelf zijn, vuur geeft het zelfs terug. Vuur schenkt licht. Tussen verteren en schenken werken de elementen met licht.

Dan is er nog kleur! En innerlijk licht, zielelicht!

Nieuwe kwaliteiten dienen zich aan. Nieuwe vergezichten, diepere lagen, een andere taal.

.

Willem Beekman, Jonas 23, 14-07-1978

.

Natuurkunde: alle artikelen

.

1628

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

VRIJESCHOOL – Rekenen – eenhedenstelsels (1-8/9)

.

bovenbouwkost

EENHEDENSTELSELS

Iets uit de historie van de eenhedenstelsels

In het laatste artikel van deze reeks vertellen wij u het een en ander over de stelsels, die als voorlopers van het SI kunnen worden beschouwd.

Sinds jaar en dag zijn er twee typen van eenhedenstelsels in gebruik geweest: in de wetenschap stelsels met als basisgrootheden lengte, massa en tijd (dynamische stelsels) en in de techniek stelsels met de basisgrootheden lengte, kracht en tijd (statische stelsels).

De kilogram is in het jaar 1795 in Frankrijk volgens een wet tot eenheid van massa verklaard. Het gewicht van deze massastandaard, dus de kracht die deze standaard in het zwaartekrachtsveld van de Aarde ondervindt, werd als eenheid van kracht gekozen. Helaas heeft men deze kracht gewoonlijk ook kilogram genoemd, slechts hier en daar sprak men van kilogramkracht.

De massa van het standaardkilogram is onafhankelijk van zijn plaats op aarde of in het heelal. Het kilogram is dus een universeel bruikbare eenheid van massa. Met de kilogramkracht is dat niet het geval; deze kracht wordt kleiner met de hoogte. Bovendien werkt er op de lichamen op aarde een middelpuntzoekende kracht, die ze op het aardoppervlak vasthoudt. De waarde van deze middelpuntzoekende kracht wordt kleiner als men van een pool in de richting van de evenaar gaat. Buiten de aarde verliest de kilogramkracht zijn betekenis geheel, daar andere hemellichamen een duidelijk merkbare zwaartekracht gaan uitoefenen. Daar de kilogramkracht als zodanig niet constant is, zijn de statische stelsels gedoemd te verdwijnen. Wij zullen er verder over zwijgen.

Het dynamische stelsel, dat in de vorige eeuw in de wetenschap het eerste is aanvaard, had als eenheid van lengte de centimeter, als eenheid van massa de gram en als eenheid van tijd de seconde. Dit stelsel is afkomstig van de mathematicus Gauss en de fysicus Weber; het wordt centimeter.gram.seconde stelsel of cm.g.s. stelsel genoemd. In dit stelsel is de eenheid van de snelheid de centimeter per seconde cm/s, de eenheid van versnelling de centimeter per seconde per seconde cm/s² en de eenheid van kracht de gramcentimeter per seconde kwadraat g.cm/s². Deze krachtseenheid wordt afgekort tot dyne: 1 dyne = 1 g.cm/s². Daar 1 g = 10—³ kg en 1 cm = 10—² m is 1 dyne = 10—newton en 1 N = 105 dyne. De dyne is een kleine krachtseenheid.

De eenheid van arbeid in dit stelsel is de dyne maal centimeter; deze eenheid wordt afgekort tot erg. Uit omrekenen blijkt:

1 erg = 1 dyne.cm = 10—5.10—² Nm = 10-N.m of 10—J. Bovendien 1 J = 107  erg. Ook de erg is een kleine eenheid.

Voor de wetenschap zijn kleine eenheden niet bezwaarlijk, voor de techniek wei. Om bezwaren van die kant te ondervangen heeft men al spoedig een groot  dynamisch stelsel ingevoerd met als eenheden de meter, de kilogram en de seconde en wel het m.k.g. stelsel. Deze grote eenheden zijn in volgende stelsels blijven bestaan en tenslotte in het SI terechtgekomen, evenals de eruit afgeleide eenheden voor kracht, arbeid en arbeidsvermogen.

In de elektriciteitsleer heeft men vele stelsels naast elkaar gebruikt. De uit het cm.g.s. stelsel afgeleide eenheden waren voor praktische toepassingen bruikbaar gemaakt. Zo is de coulomb C als eenheid van lading ontstaan, evenals de ampère A als eenheid van elektrische stroom, de volt V als eenheid van potentiaal om er enkele te noemen. Hierbij zijn ook de eenheden joule en watt ingevoerd. Immers, wanneer een stroom van 1 A een potentiaalverschil van 1 V doorloopt, wordt daarbij een arbeid van 1 J verricht; gebeurt dit juist in 1 seconde, dan is het arbeidsvermogen van de stroom 1 W.

Van de vele definities van elektrische eenheden heeft men de meest nauwkeurige overgehouden en wel de definitie van ampère. De ampère is de constante elektrische stroom, die geleid door twee evenwijdige, rechte en oneindige lange geleiders met te verwaarlozen dikte en geplaatst in het luchtledige op een onderlinge afstand van 1 meter, tussen deze geleiders voor elke meter lengte een kracht veroorzaakt van 2 . 10—N.

De genoemde definitie geldt voor het SI en ook voor een reeds eerder bestaand stelsel.

De eenhedenstelsel zijn uit de mechanica te voorschijn gekomen. De Italiaan Giorgi (1871 – 1950) heeft gepleit voor een uitbreiding van het m.kg.s stelsel met een eenheid uit de elektriciteitsleer. Een uit 4 grondeenheden opgebouwd stelsel kan dan ook de elektriciteitsleer met behulp van afgeleide eenheden omvatten. Een dergelijk stelsel is in 1901 voorgesteld; het stelsel kan zowel wetenschap als techniek bevredigen.

De gedachtegang van Giorgi berustte op het volgende. In die tijd kende de mechanica de newton.meter, de elektriciteitsleer de joule. Beide eenheden zijn 107 erg groot en dus aan elkaar gelijk: 1 N.m = 1 J (de vergelijking van Georgi).

Het stelsel van Georgi heeft in vele kringen weerklank gevonden. In de eerste jaren van zijn bestaan zijn er verschillende elektrische eenheden als basis gebruikt. Na de vergaderingen in 1935, 1950 en 1951 is de voorkeur voor de ampère uitgesproken. Hiermee is het meter-kilogram-seconde-ampère stelsel (MKSA stelsel) vastgelegd. Later is dit stelsel uitgebreid met eenheden voor warmte en straling.

Als eenheid van warmte is de joule gekozen. In het achtste artikel van deze reeks hebben wij de voordelen hiervan toegelicht. Als vijfde grondgrootheid is de graad celsius °C als aanduiding van de temperatuur erbij gekomen. Later is deze eenheid vervangen door de kelvin. Dit op vijf grondeenheden gebaseerde stelsel is „Praktisch Eenheden Stelsel” genoemd. Aan dit stelsel is een zesde basisgrootheid toegevoegd en wel de lichtsterkte met als eenheid de candela cd.

De candela is de lichtsterkte, in loodrechte richting, van een oppervlak, dat 1/600.000 deel is van een vierkant met zijden van 1 meter, van een integrale straler bij de stollingstemperatuur van platina onder een druk van 101.325 N/m².

Het op de zes genoemde grondgrootheden gebaseerd stelsel heet Internationaal Stelsel van Eenheden SI. De afkorting is afkomstig uit de Franse naam van het stelsel: Système International d’Unitès.

Het SI is in 1960 vastgesteld bij besluit tijdens een Algemene Vergadering over Maten en Gewichten. Bij een wet van 6 juni 1968 is het SI in de Nederlandse IJkwet opgenomen. Met de bijbehorende besluiten is deze wet in 1969 in werking getreden.

In 1971 is besloten om aan de SI eenheid van druk, de N/m², de naam pascal Pa te geven. Een druk van 1 atmosfeer (760 mm kwikdruk) wordt nu aangegeven met 101.325 Pa of afgerond met 101,3 kPa.

De verplichte invoering is reeds bij het onderwijs geschied. Ook buiten het onderwijs is men bezig met de aanpassing. Na 31 december 1977 mogen oude stelsels niet meer worden gebruikt. Ook in het buitenland wordt het SI verplicht voorgeschreven. Wel zijn er van land tot land verschillen over de datum van invoering. Over enkele jaren moet overal de omschakeling zijn voltooid.

Bij dit alles zullen er niet veel moeilijkheden zijn. Men moet er echter goed aan denken, dat voortaan de kilogram alleen een aanduiding van hoeveelheid stof is. Men koopt dus 5 kilogram suiker, men draagt 5 kilogram suiker naar huis. Maar men mag niet zeggen: die portie suiker weegt 5 kg. Men moet zeggen: die portie is 5 kg. Aan de kinderen mag men niet meer vragen: hoeveel weeg je, tenzij men een antwoord in newton verwacht.

Bij bruggen geeft men het draagvermogen; een bord vermeld bijvoorbeeld 5 ton. Deze aanduiding kan blijven. De betekenis is dan, dat de brug maximaal belast mag worden met een lichaam, waarvan de massa 5.000 kg is. De kracht behoeft men daarbij niet te weten; deze is afgerond 50 kN.

Als er bij het beginonderwijs hier goed op wordt gelet, worden hierdoor de leerlingen later veel moeilijkheden bespaard. Een foutief en slordig begin zorgt later voor verwarring en onbegrip. Een juiste algemene toepassing van het SI is onderwijsvernieuwing van de beste soort.

.

Drs. E. J. Harmsen, Vacature, nadere gegevens onbekend

.

rekenenalle artikelen   uit deze serie onder nr.8

natuurkundealle artikelen

.

1459

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

VRIJESCHOOL – Rekenen – eenhedenstelsels (8-1/8)

.

natuurkunde bovenbouw

Eenhedenstelsels

Arbeid en arbeidsvermogen

Wat arbeid in het dagelijks leven voorstelt, is genoegzaam bekend. Op scheepswerven weerklinkt het lied van de arbeid voor wie er oren naar heeft. De man, die aan het bureau zijn werk verricht, doet het met minder lawaai. Werken is inspannend. Sommige mensen zijn liever lui dat moe en zijn niet verzot op arbeid. De meeste mensen zijn niet lui en als zij bij hun werkzaamheden te weinig lichaamsbeweging hebben, zoeken zij compensatie in de sport.

De natuurkundige definitie van arbeid kunnen wij u duidelijk maken met behulp van de trekschuit. Stug doortrekkend zeult een paard de schuit achter zich aan. Tijdens het trekken oefent het dier een kracht op de boot uit en wel op de plaats, waar het touw aan de boot is vastgemaakt. De boot gaat vooruit en legt daarbij een weg af. De verrichte arbeid is gelijk aan het product van de uitgeoefende kracht en de afgelegde weg, mits kracht en weg dezelfde richting hebben.

Het paard verricht geen arbeid, als de boot stil ligt in een haven of als de boot in ondiep water is vastgelopen en onwrikbaar vast ligt, waardoor het paard er alleen een kracht op uitoefent.

De zwaartekracht verricht arbeid op een vallend lichaam. Op een satelliet, die in een cirkelvormige baan om de aarde beweegt, verricht de zwaartekracht geen arbeid, omdat deze satelliet geen weg aflegt in de richting van de werkzame kracht. De zwaartekracht en de richting van de snelheid op ieder moment sluiten hier een rechte hoek in.

De arbeid, die de zwaartekracht verricht op een lichaam, dat loodrecht omhoog wordt gegooid, is negatief, daar in dit geval kracht en weg tegengesteld gericht zijn.

De eenheid van arbeid wordt verricht, als de eenheid van kracht een voorwerp over de eenheid van lengte in zijn richting verplaatst. In het SI is de eenheid van arbeid de newtonmeter of N.m. Deze eenheid wordt verkort tot joule J (uitspraak volgens het normalisatie-blad dzjoel).

Een pak suiker van 1 kilogram ondervindt in Nederland een kracht van 9,8 newton; wanneer dit pak suiker over een afstand van 1 meter valt, verricht de zwaartekracht een arbeid van 9,8 joule.

De natuurkundige definitie van arbeid kan in het dagelijks leven een probleem doen ontstaan, als men iemand betaalt naar zijn verrichte arbeid. Als men die persoon opdraagt een tijd een zware koffer opgetild vast te houden, kan men daarna menen, dat hiervoor geen vergoeding is vereist. Er is namelijk wel een kracht op de koffer uitgeoefend, maar geen arbeid verricht. Bij een nauwkeurige waarneming blijkt echter, dat men een koffer niet stil kan houden, maar dat deze kleine bewegingen op en neer maakt. De drager beweegt dus wel degelijk bij herhaling de koffer omhoog. Dit kost energie, de man wordt hongerig en moet een extra portie eten kopen.

Energie is een meer algemeen begrip dan arbeid. Ook warmte is een vorm van energie, evenals een elektrische stroom. Er zijn vele vormen van energie. Bovendien is van de energie de waarde niet vast te leggen, wel van energieverschillen. De door het paard voor de trekschuit verrichte arbeid gaat ten koste van de energie van het paard en is gelijk aan het energieverschil. In het paardelichaam wordt de verbruikte energie aangevuld door de bij de spijsvertering vrijkomende energie; een paard loopt dus op haver. De waarde van de verrichte arbeid en van het energieverschil kan men in een getal uitdrukken, niet de waarde van de energie van het paard.

Op een vallend lichaam verricht de zwaartekracht arbeid. Als de luchtweerstand ontbreekt, is deze arbeid gelijk aan de toename van de energie van het vallend lichaam, wat tot uiting komt in zijn vergrote snelheid. Van een omhoog geschoten kogel neemt de snelheid af ten gevolge van de arbeid, die de zwaartekracht erop verricht, totdat de kogel in zijn hoogste punt is aangekomen. Bij de valbeweging neemt de snelheid weer toe, totdat bij aankomst op de grond de beginsnelheid weer is bereikt.

De verschillende vormen van energie kunnen in elkaar worden omgezet, geheel of voor een deel. De bij wrijving verrichte mechanische arbeid wordt geheel in warmte omgezet. De arbeid van het paard verricht op de trekschuit wordt door de wrijving, die de schuit in het water ondervindt, geheel in warmte omgezet; langs een omweg verwarmt het paard het water. De kogel, die op de grond valt, ondervindt daar een grote weerstand en bij het maken van een kuiltje wordt zijn mechanische energie in warmte omgezet.

Een elektrische stroom kan een elektromotor, bijvoorbeeld van een stofzuiger, doen lopen; daarbij wordt elektrische energie in mechanische energie omgezet. Ook kan de elektrische stroom in een straalkachel warmte produceren, waarbij elektrische energie in warmte wordt omgezet. In elektrische centrales wordt verbrandingswarmte of atoomenergie in elektrische energie omgezet, in waterkrachtcentrales geschiedt dit uit de energie van stromend water.

Het ligt voor de hand, dat men voor alle vormen van energie dezelfde eenheid van arbeid gebruikt. In het SI is dit de joule J. De joule is een reeds lang bestaande eenheid van arbeid in de elektriciteitsleer. Doordat de joule nu algemeen wordt gebruikt, vervallen allerlei omrekeningsfactoren, hetgeen het rekenen vereenvoudigt.

Hierdoor is de eenheid van warmte, de calorie, komen te vervallen. De calorie is de hoeveelheid warmte nodig voor het verwarmen van 1 gram water van 14,5 tot 1 5,5 °C. Experimenteel is vastgesteld: 1 calorie = 4,19 joule of met een kleine verwaarlozing: 1 cal = 4,2 J. De waarden in calorieën uitgedrukt moeten met de factor 4,19 of 4,2 worden vermenigvuldigd om ze uit te drukken met behulp van de joule.
Voor grote bedragen arbeid gebruikt men de kilojoule kJ, de megajoule MJ en zo nodig de gigajoule GJ.

De moderne, dynamisch ingestelde mens is niet alleen in arbeid geïnteresseerd, maar ook in de tijd, waarin deze arbeid ter beschikking komt. Een schip kan alleen in een korte tijd worden gelost, als de benodigde arbeid snel wordt geleverd. De arbeidssnelheid of het arbeidsvermogen is de arbeid verricht in de tijdseenheid in het SI de joule per seconde J/s. Deze eenheid wordt afgekort tot watt W: 1 J/s = 1 W. Hieruit volgt: 1 J = 1 W.s (1 joule is 1 wattseconde). In dagbladen, in periodieken en in prospecti, zelfs van een grote fabriek in het zuiden des lands, vindt men niet zelden de foute aanduiding W/s (watt per seconde). Bij vele samengestelde eenheden komt ,,per” voor, echter hier niet.

Wij betalen thuis de verbruikte elektrische energie in ( kilowattuur kWh, de arbeid, die bij een vermogen van 1 kW gedurende een uur wordt verricht. Daar een uur 3600 seconden bevat is 1 kWh = 3600 kJ. De kWh behoort niet tot het SI. De industrie betaalt de elektrische energie per MJ en per GJ. Als voor ons de tarieven in de toekomst worden berekend per MJ in plaats van per kWh, moeten zij gedeeld worden door 3,6 indien men tariefsverhoging wil vermijden.

Grote eenheden van arbeidsvermogen zijn de megawatt MW en de gigawatt GW. Evenals de joule is de watt een van oudsher bekende eenheid in de elektriciteitsleer.

Een eenheid van arbeidssnelheid, die moet verdwijnen, is de paardekracht. De naam is fout, want de pk is geen kracht, zelfs geen arbeid. De pk is een gemeten vermogen van een zeker paard, dat men 8 uur lang water uit een put heeft doen ophalen. Gemiddeld beurde het paard per seconde 75 kg 1 meter omhoog.

In Nederland wordt daarbij verricht een arbeid van 75 . 9,8 = 735 joule. Dus 1 pk = 735 watt of 0,735 kilowatt. Bij benadering: 1 pk = 0,75 kW. Het vermogen van een auto van 100 pk wordt nu 75 kW.

Jammer voor de bezitter van de wagen, dat het gebruikte getal kleiner wordt. Hij zal er mee moeten leren leven.

Tot slot laten wij u aan de hand van een voorbeeld zien, hoe plezierig het is, dat in het SI allerlei omrekeningsfactoren zijn verdwenen. Stel er is ergens in het hooggebergte een groot meer met een inhoud van 1,02 km3. Het water valt door buizen over een afstand van 1 km, voordat het in een elektriciteitscentrale terecht komt. Boven in de bergen heeft dit water een arbeidsvermogen van plaats gelijk aan het product van de massa, de versnelling van de zwaartekracht en de hoogte, dus 1,02 .109 . 9,8 . 10³ =1013 =1010 kJ =10MJ = 10GJ. Wanneer deze arbeid geheel in elektrische energie wordt omgezet, verkrijgt men hiervan 104 GJ; hieruit kan men maximaal 104 GJ mechanische energie in elektromotoren verkrijgen.

Wanneer al deze energie in warmte wordt omgezet, krijgt men daarvan 104 GJ.

Stel, dat al deze energie in 10.000 seconden wordt geleverd, dan is het vermogen van de waterkrachtcentrale 1 gigawatt of 1 GW. Een dergelijk vermogen is enorm.

Drs. E. J. Harmsen, Vacature, nadere gegevens onbekend.

.

rekenenalle artikelen   uit deze serie onder nr.8

natuurkunde: alle artikelen

.

1456

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.