STEM-project: Het heelal vanuit een brandpunt PDF

STEM-project: Het heelal vanuit een brandpunt Project ontwikkeld door UCLL door Julie Loyen, Jarne Symons en Kobe Roex onder begeleiding van Mieke Schuermans en Erica Andreotti 0 1  Hoofdstuk...

STEM-project: Het heelal vanuit een brandpunt Project ontwikkeld door UCLL door Julie Loyen, Jarne Symons en Kobe Roex onder begeleiding van Mieke Schuermans en Erica Andreotti 0 1  Hoofdstuk 1: Een blik buiten de aarde The great ocean of truth lay all undiscovered before me. - Isaac Newton De sterrenhemel, we weten er zoveel van maar toch schuilen er nog zoveel geheimen boven ons. Iedereen kijkt wel eens naar boven tijdens een donkere heldere nacht om het sterrendeken te bewonderen. Wat speelt zich daar allemaal af? Met een paar ogen valt al veel te ontdekken, maar wanneer we kijken door een telescoop gaat pas echt een nieuwe “wereld” voor ons open! Ons Melkwegstelsel telt naar schatting zo'n vijfhonderd miljard sterren! Dat is een heel zwaar sterrendeken dat boven op ons ligt. Niet enkel telescopen kunnen heel ver inzoomen... Er zijn ook dieren die met hun eigen ogen voorwerpen op verre afstanden heel gedetailleerd kunnen waarnemen. Hier gaan we verder in de cursus dieper op in. 1.1 Telescopisch zicht Wat is telescopisch zicht? Telescopisch zicht is de mogelijkheid om met de ogen voorwerpen op verre afstanden vergroot te kunnen waarnemen. Opdracht: In het dagelijkse leven bestaan er organismen met een telescopisch zicht en voorwerpen die enorm ver kunnen inzoomen om voorwerpen op verre afstanden waar te nemen. Som enkele organismen en voorwerpen op die gebruik maken van telescopisch zicht. _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 2 Opdracht: Bekijk het filmpje door op de onderstaande link te drukken of de QR-code te scannen. Wat heb je waargenomen? Link filmpje: https://www.youtube.com/watch?v=legzXQlFNjs Denkvraag: Een mens heeft zelf geen telescopisch zicht. Geef 3 manieren waarop we toch zaken scherp kunnen waarnemen die zich te ver van ons bevinden. _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 1.2 Satellieten Wat is een satelliet? Satellieten zijn door de mens gemaakte objecten die in een baan om een planeet zweven. Er bestaan diverse soorten satellieten zoals: ruimtetelescopen, communicatiesatellieten, navigatiesatellieten, spionagesatellieten, weersatellieten en observatiesatellieten. Met een observatiesatelliet kan je met een hoge nauwkeurigheid foto’s maken van bovenaf, maar er zijn gebieden die België niet graag openbaar maakt. De Belgische overheid heeft gevraagd aan Google om deze gebieden in België ‘vaag’ (slecht zichtbaar) te maken. Opdracht: Noem enkele gebieden in België die Google vaag heeft gemaakt. Zoek op Google Maps naar een van deze gebieden. Op welke manier heeft Google deze gebieden moeilijker zichtbaar gemaakt? __________________________________ Gebieden: ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ Probeer ook eens naar je eigen school te kijken. Heb je hem gevonden? Schrijf dit hieronder op: __________________________________ De meeste satellieten vliegen op een hoogte van enkele honderden kilometers binnen de aardatmosfeer Opdracht: Er gebeuren soms vreemde dingen op de wereld! Benieuwd? Bekijk op Instagram of tiktok de pagina “hidden.on.google.earth”. Zouden al deze video’s echt zijn? Schrijf hieronder wat je hierover denkt: ______________________________________________________________________________________ 3 1.3 Stellarium Wat is Stellarium? Stellarium is een online planetarium op je computer. Met deze tool kan je het universum ontdekken zonder professionele telescoop. Het is ook mogelijk om het tijdstip aan te passen. Je kan voorbije zonsverduisteringen opzoeken of de stand van de sterren bekijken op de dag van je geboorte. Opdracht: Scan de QR-code en bekijk het fragment. Wat zweeft er allemaal in het zonnestelsel? Kan je dit terugvinden op Stellarium? Planeten van ons zonnestelsel: _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ Opdracht: Ga thuis eens aan de slag, probeer ‘s nachts de ISS te zoeken met het blote oog. Met het softwarepakket ‘Stellarium’ kan je opzoeken wanneer en hoe laat deze satelliet zal passeren. Heb je hem gevonden? ________________________________ De afstand van de aarde en de maan neemt jaarlijks toe met 4 centimeter. De afstand tussen de aarde en planeten uitgedrukt in kilometers en in aantal dagen dat we moeten rijden met de auto om tot de planeten te geraken. We moeten alles heel goed vergroten om gedetailleerd waar te nemen, dit kunnen we niet met het blote oog, maar met behulp van een telescoop. Ben je klaar om je eigen telescoop te maken? Geduld! Eerst moet je weten hoe een telescoop werkt. 4  Hoofdstuk 2: Telescopen The history of astronomy is a history of receding horizons - Edwin Powell Hubble 2.1 Wat zijn telescopen? Het woord telescoop komt uit de Griekse taal. Tele betekent ‘ver’ en scoop ‘kijken’. Een telescoop is dus een object om ver te kunnen kijken. Het vergroot voorwerpen die zich veraf bevinden, zodat deze voorwerpen tot in detail bestudeerd kunnen worden. Denk maar aan foto’s van de maan waarop de kraters zichtbaar zijn. Oriënteringsopdracht Schrijf de juiste benaming onder elk ruimteobject. ____________________ ____________________ ____________________ __________________ 5  Hubbletelescoop De ruimtetelescoop Hubble is een enorm grote telescoop. In 1990 werd deze telescoop in een baan rond de aarde gelanceerd, waardoor het net zoals de maan draait rond de aarde. Doordat er geen atmosfeer is in de ruimte, kan deze telescoop enorm scherpe foto’s trekken van objecten in het heelal. Het maakt foto’s van planeten, sterren en Galaxy's die zich tot miljarden lichtjaren* ver bevinden. De moderne wetenschap leerde veel bij over het heelal door de observaties van deze telescoop. De naam ‘Hubble’ komt van de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble, een astronoom die baanbrekend onderzoek leverde in het begin van de 20ste eeuw. Planetaire ringnevel Galaxy Melkwegstelsel *Lichtjaren: afstand van licht doorheen vacuüm in een periode van 1 jaar. De hubbletelescoop was lang de belangrijkste ruimte telescoop van de NASA (Amerikaanse ruimtevaart organisatie). In 2021 werd echter een nieuwe ruimte telescoop gelanceerd namelijk de James Webb telescoop. Bekijk zeker volgend filmpje om een idee te krijgen van de impact van deze telescoop. Je vind het filmpje ook onder weblinks op smartschool. https://www.youtube.com/watch?v=iHvxzH7h-u8 Zoek 2 verschillen tussen de James Webb telescoop en de Hubbletelescoop. _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 2.2 Werking van een telescoop Om de werking van een telescoop te begrijpen bestuderen we eerst de voortplanting van lichtstralen. Het onderdeel binnen de fysica dat zich bezighoudt met het gedrag van licht krijgt de naam ‘optica’. Een opticien maakt gebruik van deze kennis van wetenschappers en houdt zich bezig met het afstellen van brillen en lenzen. Deze cursus beschrijft enkel de basis van optica, de studie van het licht, die nodig is om de werking van de telescoop te begrijpen. 6 2.2.1 Licht Onze ogen zijn de zintuigen die het mogelijk maken om te kunnen zien, maar om te kunnen zien moet er ook licht zijn. Licht wordt uitgezonden door lichtbronnen. Denk aan de zon, een lamp, je laptop… Je ogen kunnen ook andere voorwerpen zien die zelf geen licht uitzenden (donkere lichamen). Dit komt omdat het licht op deze voorwerpen weerkaatst en dan in je oog terecht komt. Denk aan je pennenzak, de bank, je stoel, de maan…. Een middenstof Een middenstof is de omgeving waarin licht zich voortplant, vb. in lucht of in water. Licht gaat zich steeds rechtlijnig voortplanten dat wil zeggen dat in een zelfde middenstof licht steeds rechtdoor gaat. Je kan dit waarnemen in het dagelijkse leven door schaduw. De lichtstralen kunnen niet buigen rond het voorwerp en achter het voorwerp ontstaat dus een donkere zone (= schaduw). Zichtbaar licht Zichtbaar licht is het gedeelte van het elektromagnetisch golfspectrum dat gezien kan worden door het menselijk oog. Dit zijn alle kleuren van de regenboog van rood tot paars. Het elektromagnetisch golfspectrum is de verzameling van alle mogelijke golftrillingen van straling, van radiogolven tot microgolven. 7 2.2.2 Spiegels In een telescoop zitten verschillende spiegels. Deze spiegels zorgen ervoor dat de lichtstralen in de juiste richting worden gestuurd, namelijk naar het oog waarmee je door de telescoop kijkt. Maar hoe kunnen de lichtstralen met behulp van een spiegel richting het oog worden gestuurd? Opdracht: Kan jij jouw medeleerling vinden? → Opstelling: − Je neemt een kleine spiegel vooraan van de bank van de leerkracht. En je gaat op je plaats zitten. → Werkwijze: − Je houd zelf de spiegel vast en je buur gaat naast je zitten. − Je zoekt (door de spiegel te bewegen) het spiegelbeeld van je buur. → Waarneming: Kunnen beide leerlingen elkaar zien of kan maar één leerling de andere leerling zien? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ → Besluit: _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 8 Experiment: licht zien door weerkaatsing: Onderzoeksvraag: Wat gebeurt er met de lichtstralen die invallen op een spiegel? Hypothese: _______________________________________________________________________________________ → Benodigdheden: − Spiegel − Optische schijf − Zichtbaar licht → Uitvoering 1: 1. Verduister het lokaal 2. Laat de lichtstraal onder een schuine hoek invallen op de spiegel → Waarneming: Wat valt je op aan de lichtstraal nadat ze de spiegel geraakt hebben? ______________________________________________________________________________ → Uitvoering 2: 1. Verduister het lokaal. 2. Plaats de spiegel op de optische schijf. 3. Laat de lichtstralen onder een schuine hoek invallen op de spiegel. 4. Bepaal de hoek tussen de invallende licht en de spiegel. 5. Bepaal de hoek tussen de terugkaatsende lichtstraal en de spiegel. → Waarneming: Wat valt op aan beide hoeken? ______________________________________________________________________________ 9 Antwoord onderzoeksvraag: Hoe wordt licht weerkaatst wanneer het op de spiegel valt? _____________________________________________________________ Klopt je hypothese? Ja / Nee Terugkaatsing van licht bij vlakke spiegels De invallende straal, de teruggekaatste straal en de normaal, de loodrechte op de spiegel in het spiegelmiddelpunt liggen in een vlak. De terugkaatsingshoek is gelijk aan de invalshoek. De stralengang is omkeerbaar. 2.2.3 Lenzen In een telescoop zitten verschillende lenzen. Deze lenzen zorgen ervoor dat de lichtstralen juist invallen op het netvlies van het oog. Maar hoe kunnen de lichtstralen met behulp van een lens invallen op het oog? Opdracht: Bekijk de cartoon. Wie heeft gelijk? Omcirkel het antwoord. Jongen links - meisje - jongen rechts Wat is er zo kenmerkend aan de vorm van een lens? _______________________________________________________________________________________ 10 Experiment: licht zien door breking Onderzoeksvraag: Wat gebeurt er met de lichtstralen die invallen op een lens? Hypothese: ______________________________________________________________ → Benodigdheden: − Een evenwijdige lichtbundel of 3 evenwijdige lichtstralen − Bolle lens → Uitvoering: 1. Richt de evenwijdige lichtstralen op de bolle lens → Waarneming: Hoe lopen de stralen? Hoe lopen de stralen na doorgang door de lens? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ → Tekening: 11 Antwoord onderzoeksvraag: Wat gebeurt er met de lichtstralen die invallen op een lens? _____________________________________________________________ Klopt je hypothese? Ja / Nee Het brandpunt van de lichtstralen gevormd door lenzen van een bril moet precies op het netvlies van het oog vallen. Als dit niet het geval is kunnen wij het beeld dat de lichtstralen vormen niet scherp waarnemen. Samengevat: Een spiegel weerkaatst lichtstralen. De invalshoek van lichtstralen is gelijk aan de terugkaatsingshoek. Een lens breekt lichtstralen, lichtbreking genoemd. Een bolle lens breekt de lichtstralen, zodat deze samenkomen in één punt, het brandpunt. Breking van licht bij bolle lenzen Een bolle lens bestaat uit een optische middenstof. Het heeft een gebogen oppervlak en is in het midden dikker dan aan de rand. - Een lichtstraal die loodrecht op de lens invalt, door het midden van de lens ondervindt geen breking en blijft in dezelfde richting verdergaan. - Een lichtstraal die loodrecht op de lens invalt, maar niet door het midden van de lens ondervindt een breking naar de middelste lichtstraal toe. - De lichtstralen snijden elkaar in het brandpunt, dit punt noemen we F. 12 2.3 Soorten telescopen Er bestaan diverse soorten telescopen. Het verschil zit telkens in de bouw van de telescoop en de manier waarop het licht omzet in een beeld. 2.3.1 Refractortelescoop Bij een refractortelescoop worden de binnenkomende lichtstralen gebroken door een bolle lens om een beeld te vormen. Refractortelescopen hebben een langere buis en zijn handig voor planetaire observaties van bijvoorbeeld de maan of van planeten. 2.3.2 Reflectortelescoop (spiegeltelescoop) Bij een reflectortelescoop worden de lichtstralen opgevangen door een holle* spiegel en weerkaatst op een kleinere vangspiegel. Deze vangspiegel buigt de lichtstralen om naar het oculair, dat zich in een buisje buiten de telescoop bevindt. *Een holle spiegel weerkaatst de lichtstralen naar een brandpunt, zoals te zien is op bovenstaande tekening. De reflectortelescoop wordt ook de Newtontelescoop genoemd, naar de Britse fysicus Isaac Newton. Newton werd vooral bekend door zijn beschrijving van zwaartekracht. Eindelijk! We weten hoe de telescoop werkt, nu kunnen we aan de slag gaan en onze eigen telescoop bouwen. 13 14