Tagarchief: natuurkunde klas 7

.

De vrijeschoolleraar Herman von Baravalle schreef in 1961 een boekje over het natuurkundeonderwijs in klas 6.

In de titel gaf hij ook meteen mee dat ‘kennis uit het kunstzinnige doen’ moet ontstaan:

Das Hervorgehen des Wissenschaftlichen aus dem Künstlerischen

Einführung der Physik im 6. Schuljahr der Waldorfschulen

Het ontstaan van het wetenschappelijke uit het kunstzinnige

Het begin van de natuurkunde in de 6e klas van de vrijeschool

N.a.v. het 1e hoofdstuk uit zijn boekje, plaatste ik allerlei kanttekeningen.
Ook in de vertaling van zijn hoofdstuk over geluid.
Die zijn deels ook weer van toepassing op dit hoofdstuk.
Als de kinderen vanaf klas 1 schilderles hebben gehad, kennen ze het ontstaan van de secondaire kleuren. De complementaire minder, dus daaraan zou je sneller kunnen beginnen. Om economisch te werk te gaan, kun je bepaalde uitwerkingen of toepassingen ook voor de schilderles bewaren.
Voor dit hoofdstuk geldt ook: wat kunnen de kinderen doen en hoe laat je wat ze waarnemen, vasthouden om daar vervolgens een keer conclusies aan te verbinden waaruit wetmatigheden komen. Met in het achterhoofd: de beleving, de waarnemingen sterven in de formule/wet.
Von Baravalle heef het over een projector. Ik had een diaprojector die in de jaren 1970 nog volop werd gebruikt. Daar kun je de beschreven proeven heel goed mee doen.
Essentieel is, heel zeker, als je de periode voor de eerste keer geeft, om alles van te voren zelf te doen, zodat je weet hoe het moet gaan.
Von Baravalle doet niets met de zgn. ‘nabeelden’.
Leerlingen vinden het heel fascinerend te ervaren dat ze bepaalde kleuren, zonder dat ze het weten, in hun eigen ogen oproepen.
Bedek een oog en tuur met het andere intensief naar een kleur, bv. rood.
Kijk nu met beide ogen naar een witte achtergrond en daarop ‘zie’ je dan de complementaire kleur groen. Dat kan natuurlijk met alle kleuren!

Samen met je klas naar een zonsondergang kijken, heb ik als een geweldig mooie ervaring beleefd.
Bij plantkunde geeft Steiner ergens aan dat je die niet in de natuur moet geven, maar in de les; in de natuur moet je ‘genieten’, je verwonderen.
Ik denk dat dit ook geldt voor het kijken naar een zonsondergang. Tijdens die gebeurtenis moet je m.i. geen lesgeven over de verschijnselen. Je zou de leerlingen wel kunnen stimuleren heel intensief te kijken, zodat je er in de klas op kan terugkomen.
Een zonsopgang zou ook bijzonder zijn, maar dan moet je de periode in januari geven, als het laat licht wordt, anders krijg je het niet georganiseerd.

Wat het prisma betreft: je merkt al aan de tekst hieronder dat het om abstractere stof gaat. Von Baravalle noemt op een bepaald ogenblik niet voor niets ‘het denken’.
Lang niet iedere klas behandelt het prisma in klas 6, wachten tot klas 7 is zeker een optie.

Er zijn allerlei boeken met voorbeelden van experimenten.
Die zijn vaak ook mooi om te doen. De uitleg die erbij staat, is vaak een materialistische. Licht wordt dan gereduceerd tot trillingen, golven.
Wij kunnen ze gebruiken als een fenomenologische benadering.

Een voorbeeld:

Rood en groen en blauw licht is samen… wit!

Benodigdheden: 3 zaklantaarns, 1 stuk rood cellofaan, 1 stuk groen cellofaan, 1 stuk blauw cellofaan, 1 vel wit papier

Wie er niet in slaagt rood, groen en blauw cellofaan te bemachtigen, kan kleurloos cellofaan met inkt of waterverf in de gewenste kleuren brengen. Over elk van de drie zaklantaarns spannen we zo’n verschillend gekleurd stuk cellofaan. Als we dan de lantaarns laten branden, krijgen we een rode, een groene en een blauwe lichtbundel. Wat voor kleur krijgen we nu als we de rode en de groene lichtbundel tezamen op een wit vel papier laten vallen? Een heel andere kleur dan je waarschijnlijk verwacht, namelijk geel! En voegen we daarop dan nog het blauwe licht erbij, dan krijgen we wit! Om zuiver wit te krijgen is het wellicht nodig de zaklantaarns op ongelijke afstanden van het papier te houden.
Uit: 101 natuurkundeproeven Leonard de Vries

Uit: Wat werkt hoe, hoe werkt wat, Brenda Walpole

Op Pinterest 

Von Baravalle:

Het begin van de behandeling van het licht

Neem een penseel vol gele waterverf en breng dit aan op een vel wit papier. Neem vervolgens een penseel vol blauwe waterverf en breng dit ook aan op het papier, op enige afstand van het geel. Als je vervolgens het gele of blauwe gebied of beide op het papier vergroot totdat ze samenkomen, krijg je groen op dit punt. Nu heb je drie kleuren naast elkaar, de gele, de groene en de blauwe. Vervolgens ga je op dezelfde manier verder met geel en rood, waardoor oranje ontstaat, en hetzelfde geldt voor rood en blauw, waardoor violet ontstaat. De drie kleuren geel, rood en blauw kunnen echter nooit worden verkregen door andere kleuren te mengen. Het zijn de basiskleuren, ook wel primaire kleuren genoemd. De andere drie kleuren, groen, oranje en violet, die elk worden verkregen door twee primaire kleuren te mengen, zijn de secundaire kleuren.
Breng nu een ander penseel met gele waterverf op een vel wit papier en vraag hoe dit geel verandert op een voorwerp zodra dit voorwerp, of een deel ervan, in de schaduw komt. Neem vervolgens een penseel vol violet, maar minder geconcentreerd dan het geel, en plaats dit naast het geel op het papier totdat de twee kleuren weer bij elkaar komen. Het geel gaat dan over in zijn schaduwkleur. Als het violet geconcentreerd was en het geel minder geconcentreerd, werd de schaduwkleur van het violet verkregen. De bijbehorende schaduwkleur werd niet verkregen door zwart aan het geel toe te voegen. Dat zou alleen een vuile tint hebben opgeleverd, niet die van een zuiver geel in de schaduw. Voor elke kleur is er dus een tweede kleur die, wanneer toegevoegd aan de eerste, de schaduwkleur ervan oplevert. Dit wordt de complementaire kleur genoemd. Voor rood is dat groen en voor groen is dat rood in omgekeerde richting. Voor blauw is dat oranje en voor oranje is dat blauw in omgekeerde richting. Dit is dus een wederkerige relatie. Het overschaduwen van een kleur met behulp van zijn complementaire kleur wordt ook wel het breken van een kleur genoemd.

De beschreven kleurrelaties kunnen nu op papier worden weergegeven en in een overzicht worden samengebracht. Teken een cirkel, verdeel deze in 6 gelijke delen (zie figuur) en zet in 3 segmenten, steeds 1 overslaand, de drie primaire kleuren.
In de andere segmenten de secondaire kleuren.

oranje = geel + rood
violet = rood en blauw
groen = geel en blauw

primaire, secondaire en complementaire kleuren

Als dan een pijl wordt getrokken vanuit een veld door het middelpunt van de kleurencirkel naar de tegenoverliggende zijde, dan is het veld dat hij daar bereikt het veld van de complementaire kleur. De complementaire kleuren van verschillende tinten kunnen ook op deze manier worden bepaald. Voor geel met een vleugje oranje verplaats je de pijl van het gele veld iets dichter naar het oranje. Hij komt dan iets dichter bij het blauw in het tegenoverliggende violette veld. Zo zie je dat de complementaire kleur van een geel met een nuance van oranje een violet is dat meer naar blauw neigt. Elke tint geel heeft een bepaalde tint violet als complementaire kleur, en hetzelfde geldt voor elke andere kleur.

Neem nu een niet te kleine glazen bak zoals je voor een aquarium zou gebruiken, vul hem met water en giet er dan wat gele waterverf  in. De kleur verspreidt zich in het water en vormt verschillende vormen en sluiers van kleur. Als je vervolgens blauwe verf aan het water toevoegt, op enige afstand van de gele verf, en deze zich in het water laat verspreiden, zullen de kleursluiers geleidelijk samensmelten met die van de gele verf. De gemengde kleur groen wordt dan waargenomen. Analoge experimenten kunnen vervolgens worden uitgevoerd met rood en blauw, evenals met rood en geel, en de vorming van de mengkleuren violet en oranje kan worden waargenomen. Als je vervolgens ook de kleursluiers van twee complementaire kleuren, bijvoorbeeld geel en violet, bij elkaar laat komen, kun je het ontstaan van de schaduwkleuren waarnemen. De overeenkomstige experimenten kunnen vervolgens worden herhaald met rood en groen en met oranje en blauw. De experimenten kunnen ook worden gevarieerd door, in plaats van de kleuren in het water te gieten, het water zelf met één kleur te kleuren en dan de andere kleur erbij te gieten waarmee je een mengkleur wilt maken.

De volgende reeks experimenten kan nu worden uitgevoerd met behulp van een projectieapparaat en gekleurde glazen. In plaats van gekleurd glas kun je ook gewoon gekleurd cellofaan gebruiken, dat tussen twee dekglazen wordt gelegd en in het apparaat wordt gestoken zoals foto’s. Het gekleurde glas of cellofaan kan op twee manieren in de experimenten worden gebruikt. De eerste manier is om het gewoon voor de objectieflens te houden. Als je bijvoorbeeld eerst een geel glas voor de lens houdt en dan geleidelijk ook een blauw glas plaatst, zie je eerst het geel op het projectiescherm en vervolgens hoe het geleidelijk verandert in groen. Bij de tweede methode worden de kleurenglazen gebruikt op het punt van het apparaat waar de lichtbeelden worden ingevoegd. Verwijder hiervoor het frame en houd bijvoorbeeld het geel gekleurde glas met de hand vanaf de zijkant in het apparaat. Als je nu vanaf de andere kant een blauw gekleurd glas in deze ruimte plaatst, zie je beide glazen scherp op het scherm en waar ze elkaar overlappen, verschijnt hun gemengde kleur groen. Je ziet dus de twee oorspronkelijke kleuren geel en blauw en hun mengkleur groen tegelijkertijd op het scherm. Hetzelfde geldt voor geel + rood en rood + blauw en ook voor de complementaire kleuren.

Terwijl het de fijnheid van de kleursluiers was die de vorige experimenten in het aquarium onderscheidde, is het nu de helderheid van de kleuren.

Voor de volgende experimenten wordt eerst een koord horizontaal over het projectiescherm gespannen op ongeveer ¾ van de schermhoogte. Aan dit koord worden stroken gekleurd crêpepapier gehangen. Hierdoor kunnen kleurmengingsexperimenten worden uitgevoerd tussen de stroken crêpepapier en het gekleurde licht van het projectieapparaat. Geel crêpepapier, in een verduisterde ruimte, alleen verlicht door het projectieapparaat met gekleurd licht, wordt groen, terwijl de rest van het scherm het natuurlijke licht laat zien. Het ontstaan van verschillende secundaire kleuren uit de primaire kleuren en de breking van kleuren door middel van complementaire kleuren kan op deze manier opnieuw worden gedemonstreerd.
Vervolgens kun je tijdens de belichting met gekleurd licht ook verschillende stukjes crêpepapier aan het koord afrollen en dan, zonder daartussen wit licht in te schakelen, de belichte kleur veranderen, ook verschillende keren wisselen. Laat de leerlingen proberen de kleuren van de verschillende stroken aan te geven. Wanneer ze vervolgens met wit licht worden belicht, worden de verschillende antwoorden bevestigd of gecorrigeerd. Dergelijke experimenten kunnen op veel manieren worden gevarieerd met gekleurde linten, sluiers en allerlei gekleurde materialen.

Bijzonder indrukwekkende experimenten zijn die met gekleurde schaduwen. Je projecteert eerst een kleur, bijvoorbeeld rood, op het scherm in een verduisterde kamer. Als je vervolgens een arm op enige afstand van het projectiescherm houdt, zie je de bijbehorende gekleurde schaduw op het scherm. Als nu het gewone licht in de ruimte ook wordt aangedaan, worden het scherm en de schaduw lichter. De schaduw wordt nu groen, de complementaire kleur van rood. Als er groen licht is en dezelfde procedure wordt gevolgd, wordt de schaduw rood. De respectievelijke complementaire kleuren verschijnen. Elke tint heeft ook de corresponderende tint van zijn gekleurde schaduw. Als er in plaats van de kamerverlichting een krachtige lamp voor het scherm wordt geplaatst, verschijnen er twee schaduwen op het scherm in complementaire kleuren, die dus direct naast elkaar te zien zijn.

Na dergelijke kleurexperimenten moet je kleurverschijningen in de natuur bespreken. Je kijkt bv. naar de kleurveranderingen tijdens zonsopgang en zonsondergang.
Als de zon naar de horizon zakt, wordt zijn witte licht eerst gelig, dan oranje en ten slotte rood. De kleurveranderingen worden veroorzaakt door de atmosfeer. Op verschillende uren van de dag moet het zonlicht heel verschillende afstanden afleggen door de atmosfeer. ’s Middags, in de richting van de steile lichtinval, is het slechts een paar kilometer door lucht waarin het zonder kunstmatige middelen nog mogelijk is om te ademen. Bij zonsopgang en zonsondergang, wanneer de lichtinval vlak is, is het tien of meer keer zoveel. Alles in de atmosfeer dat met het licht in aanraking komt, heeft dan een navenant sterker effect.
Een experimentele opstelling die voor dit doel kan worden gebruikt, kan weer worden uitgevoerd met behulp van een glazen bak. Deze wordt gevuld met water en een projectietoestel wordt ernaast geplaatst zodat het licht door het water schijnt. Het licht moet op het scherm vallen. Daarop zie je eerst een cirkelvormig gebied met wit licht. Dan wordt er geleidelijk zeep aan het water toegevoegd (zachte zeep is bijzonder geschikt) en naarmate het water troebel wordt, wordt de witte cirkel eerst geel en dan rood.
Het is andersom met het blauw van de lucht. Zonder de invloed van de atmosfeer zou de lucht zwart zijn. Dit wordt onmiddellijk duidelijk wanneer een vliegtuig naar grote hoogten klimt. Dezelfde atmosfeer die de verandering van wit licht naar geel en rood veroorzaakt, transformeert het zwart van het heelal in de blauwe tinten, hoe helderder het blauw, hoe meer van de atmosfeer in het lichtpad komt. Het eerste geval is een verduistering, het tweede een licht worden. Een overeenkomstige proefopstelling kan opnieuw worden uitgevoerd met behulp van het aquarium. Als dit met water wordt gevuld en het projectieapparaat aan de zijkant wordt opgesteld zodat het licht door het water schijnt, en je niet naar het scherm kijkt maar naar het licht in het water, zie je de blauwe kleur zodra de eerste vertroebeling optreedt. De blauwe tinten veranderen in de richting van wit naarmate het zeepgehalte toeneemt. Als je de twee experimenten samen neemt, die met geel en rood en die met blauw, wordt het meteen duidelijk dat de kleuren niet afkomstig zijn van de kleur van de zeep zelf.
Dergelijke experimenten kunnen nog veel meer subtiele kleurwaarnemingen stimuleren.

Prisma

Als volgende stap volgen dan demonstraties met prismatische kleuren.
Een projectieapparaat wordt op tafel, aan de zijkant, geplaatst; het licht wordt naar het midden gericht. Een glazen prisma wordt verticaal voor de objectieflens geplaatst zodat het licht dat uit het projectieapparaat komt naar de zijkant wordt afgebogen. Het lichtbeeldframe wordt verwijderd. Zo komt er ruimte vrij om verschillende voorwerpen in te brengen en hun schaduwbeelden door het prisma op het scherm te projecteren:

proefopstelling voor de prismakleuren

Als je bijvoorbeeld een potlood verticaal in deze ruimte plaatst en de objectieflens schuin houdt om het beeld zo scherp mogelijk op het scherm te houden, zul je zien dat de schaduw van het potlood aan de ene kant een geelrode rand heeft en aan de andere kant een blauwviolette rand. Als je nu het potlood vervangt door andere voorwerpen, een zakmes, een schaar, een kam, vervolgens een tak met bladeren, een tak van een conifeer, enzovoort, kun je het verschijnen van de gekleurde schaduwen in veelvoudige herhalingen waarnemen. Nadat het lichtbeeldframe weer naar binnen is geschoven, kunnen de lichtbeelden nu door het prisma worden geprojecteerd. Lichtbeelden met afwisselend zwarte en witte vlakken, bijvoorbeeld geometrische vormen, zijn bijzonder geschikt. Op het scherm kun je dan een verscheidenheid aan kleurverschijnselen waarnemen. Je moet het echter niet laten bij het louter kijken naar de kleuren, maar nu ook over de verschijningen nadenken.
We zullen opmerken hoe er altijd twee soorten gekleurde randen verschijnen, het geel-rood en het blauw-violet, die zich dan, als ze dichter bij elkaar komen, ook met elkaar vermengen, waarbij groen ontstaat uit geel en blauw of rood-violet (perzikbloesem) uit rood en violet. De vraag zal worden onderzocht in welke gevallen geel-rood en in welke blauw-violette kleuren voorkomen. Hiervoor probeer je zo eenvoudig en duidelijk mogelijke omstandigheden te creëren. Uit een stuk karton wordt een cirkel geknipt die als een foto in het projectiekader wordt geplaatst. Deze verschijnt dan op het scherm als een witte cirkel op een zwarte achtergrond en met gekleurde randen. Deze laatste verschijnen niet op alle punten in dezelfde kleur, maar vertonen zeer verschillende intensiteiten. Ze zijn zwakker op de meer horizontale delen van de cirkel en sterker op de steilere delen. Op de punten waar de cirkel verticale raaklijnen heeft, zijn de kleurranden het sterkst, geel en rood aan de ene kant en blauw aan de andere. Op de punten van de cirkel met horizontale raaklijnen verdwijnen de kleurranden.
 Als je in plaats van een cirkel een vierkant uit het kartonpapier knipt, hebben de verticale zijden ervan sterke kleuren, geel en rood aan de ene kant en blauw aan de andere, terwijl er geen of bijna geen gekleurde randen aan de horizontale zijden zijn. Als je nu een driehoek uitknipt die op zijn basis staat, zullen de twee zijden die naar de top van de driehoek leiden sterke kleuren vertonen, maar de basis geen.
Een verdere vereenvoudiging van de voorwaarden wordt bereikt als de opstelling zodanig is dat slechts een enkele verticale grenslijn tussen een wit en zwart vlak zichtbaar is in het midden van het scherm. Deze verschijnt dan met een geel-rode of blauw-violette randkleur. Voor dit experiment is het voldoende om het fotokader te verwijderen en er een strook kartonpapier ter breedte van een foto voor in de plaats te zetten. Als dit dan vanaf de andere kant wordt ingebracht, veranderen de kleuren van de randen. Op deze manier kunnen beide soorten kleurranden worden verkregen met dezelfde strook kartonpapier.

Er zal nu worden getoond hoe het mogelijk is om vast te stellen welk van de twee soorten kleurranden er ontstaan voordat er een experiment met het prisma wordt gedaan.
Dit kan worden afgeleid uit de richting van de afbuiging van het licht van zijn rechte richting als gevolg van de breking in het glazen prisma. Als de omstandigheden zijn zoals weergegeven in onderstaande tekening, waar je een grenslijn ziet tussen een wit en een zwart oppervlak en de afbuiging van het licht volgt in de richting van de pijl, dan wijst de pijl van het zwarte naar het witte vlak. Hij heeft zijn punt in het witte vlak en is in zwart getekend op een witte achtergrond. 

A    gele en rode kleurrand

In onderstaande figuur is de situatie omgekeerd. In dezelfde richting van lichtafbuiging leidt de pijl nu van het witte naar het zwarte gebied. De punt is getekend in het zwarte veld en is wit op een zwarte achtergrond. Nu ontstaat een blauwe en violette kleurenrand.

In beide gevallen wordt de grens tussen het witte en zwarte veld vager naarmate de kleurrand zich ontwikkelt. Wit en zwart blijven niet langer naast elkaar staan, maar geen in elkaar over.

B   blauwe en violette kleurrand

Goethe beschrijft het fenomeen van het donker dat in het eerste geval in het licht overgaat (A) en het licht dat in het tweede geval in het donker overgaat (B). In (A) leidt de pijl het donker als het ware in het licht en maakt het donkerder; geel en rood verschijnen. In (B) leidt de pijl het licht in het donker en maakt het lichter, waardoor blauw en violet ontstaan. Hierbij word je herinnerd aan hoe bij het opkomen en ondergaan van de zon de heldere zonneschijf donkerder wordt tot geel en rood en wat de blauwe hemel betreft: de donkere achtergrond van het hemelgewelf laat je een oplichten naar blauw ervaren.

Het vaststellen welke kleuren er ontstaan, blijft mogelijk, ook wanneer het niet om wit en zwart gaat, maar bv. om wit en grijs of een lichter en donkerder grijs. Het is van toepassing welke richting je ook geeft aan de brekingsrand van het prisma voor de objectieflens van het projectieapparaat en de grenslijn van wit en zwart. Steeds weer zal de pijl van de optische afbuiging ofwel van het lichte naar het donkere oppervlak leiden of andersom, of de richting van de pijl en de grenslijn zijn evenwijdig en dan worden er helemaal geen kleuren geproduceerd. De keuze tussen de twee kleurgroepen kan ook op dezelfde manier worden gemaakt als je het prisma voor je oog houdt en erdoorheen naar verschillende objecten kijkt. De richting van de pijl is dan de richting waarin je de objecten verschoven ziet ten opzichte van de directe blik wanneer je door het prisma kijkt.

We hebben dus te maken met een verwerking van verschijnselen die door het denken wordt uitgevoerd, met als voorbeeld het verkrijgen van een wetenschappelijk overzicht. Het denken is in staat om beslissingen te nemen over de resultaten van experimenten die vervolgens worden bevestigd. Het werkt als een organiserend principe. Toch blijft het bij de zuivere verschijnselen en put het niet uit verklaringen die uit andere gebieden van de waarneming komen, bijvoorbeeld die van golfvoorstellingen.
.

Meer nog in het boek van Von Baravalle: Physik als reine Phänomenologie III Akustik und Optik

Een ander artikel over licht in de 6e klas

Natuurkunde: alle artikelen

6e klas: alle artikelen

Vrijeschool in beeld: 6e klas: alle beelden

.

3410-3208

.

.

.