Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

In deze nieuwe rubriek, geïnspireerd door Minnaert, besteden we aandacht aan alledaagse fysische fenomenen. Voor deze rubriek willen we graag samenwerken met u! In de eerste aflevering kijken we naar buiten door een kleurig treinraam.

Auteur: Frans Snik.

De serie De natuurkunde van ‘t vrije veld [1] door Marcel Minnaert (1893-1970) geldt nog steeds als een standaardwerk voor uitleg over min of meer alledaagse fysische fenomenen. Dankzij nieuwe technologie zijn er inmiddels veel interessante nieuwe fenomenen bijgekomen. Maar vooral hebben we dankzij nieuwe technologie veel meer mogelijkheden om dit soort fenomenen vast te leggen: bijna iedereen heeft tegenwoordig een digitale camera op zak! Met deze nieuwe rubriek willen we nieuw materiaal toevoegen aan het werk van Minnaert. Geen enkel individu kan op dit gebied waarschijnlijk aan hem tippen, maar door de hulp in te roepen van alle NTvN-lezers, bouwen we hopelijk een mooie nieuwe verzameling veldwaarnemingen op.

Staren door het treinraam
In deze bijdrage combineren we twee favorieten van Minnaert: optische fenomenen en het waarnemen vanuit de trein. In dit geval zit het optische fenomeen zelfs in het raam van de trein. Het gekleurde vlekkenpatroon op de foto wordt veroorzaakt door de spanning in het glas, hetgeen een overblijfsel is van het productieproces. Door deze spanning wordt het glas lichtelijk dubbelbrekend en vertoont het polarisatie-effecten. Deze effecten worden zichtbaar door het dubbelbrekende materiaal tussen twee polarisatoren te houden. Als deze polarisatoren gekruist zijn, de spanning in het materiaal onder een hoek van 45 graden ten opzichte van de polarisatoren staat en de hoeveelheid dubbelbrekendheid een faseverschil van een halve golf (modulo een aantal hele golven) oplevert tussen de twee loodrechte polarisatiecomponenten van het invallende licht, dan komt al dat licht erdoorheen. Zonder het dubbelbrekende materiaal ertussen zouden de gekruiste polarisatoren al het licht blokkeren. Het faseverschil is per definitie chromatisch (het is alleen netto een halve golf bij een paar specifieke golflengtes) en daardoor wordt het doorgelaten licht gekleurd. In het geval van het treinraam is het kleurenpatroon ook waar te nemen zonder gebruik van enig polarisatiefilter. Het ingaande licht kan al sterk gepolariseerd zijn als je door het raam naar blauwe lucht kijkt. Het glas zelf polariseert het licht ook als je er onder een hoek doorheen kijkt (door Fresnelrefractie), zowel bij het eerste als bij het tweede oppervlak van de glasplaat. Vandaar dat het vlekkenpatroon op de foto sterker wordt naar de rand.

Minnaert heeft dit effect ook uitgebreid bestudeerd. Hij kon het het beste zien door het treinraam via een reflectie op het tafeltje eronder te bekijken. Dit tafeltje was vroeger gemaakt van een spiegelend dielektrisch materiaal dat onder de juiste kijkhoek (de Brewsterhoek) een perfecte polarisator is. Toen deze tafels ineens uit de treinen verdwenen, schreef Minnaert stante pede een boze brief naar de Nederlandse Spoorwegen. Met weinig resultaat overigens; treintafels mogen ook nu nog blijkbaar niet spiegelen. Maar tegenwoordig hebben we wel polaroidzonnebrillen en gepolariseerde computerschermen om leuke polarisatiewaarnemingen mee te doen. Hetzelfde effect als in de treinramen is erg mooi te zien door met zo’n bril naar een gepolariseerd computerscherm te kijken en er een willekeurig object van transparant plastic tussen te houden. Je ziet dan letterlijk de spanning.

Referentie
1 Ook online te bekijken op www.dbnl.org/tekst/minn004natu01_01, www.dbnl.org/tekst/minn004natu02_01, www.dbnl.org/tekst/minn004natu03_01.

Oproep
Heeft u ook een mooie foto met uitleg? Of bent u juist op zoek naar een fysische verklaring? U kunt uw bijdrage (foto en een bondige tekst) of vraag (liefst met foto) sturen naar ntvn@ntvn.nl.