Transversale golven

Transversale golven
De vraag
Deze vraag is natuurkundig van aard. Ik ken het verschil tussen transversale en
longitudinale golven. Mijn vraag gaat over transversale golven. Ik kan me wel voorstellen
waarom een golf op een wateroppervlak of over een touw transversaal is, en geluidsgolven
longitudinaal zijn. Maar, waarom is elektromagnetische straling een transversaal
golfverschijnsel? Met andere woorden: wat zorgt er voor dat, bijvoorbeeld zichtbaar licht,
bij het voortbewegen op en neer beweegt tussen twee uitersten? Waarom buigt het bij de
pieken en dalen van de golf steeds om en verandert het zo steeds van richting?
Het antwoord
Elektriciteit en magnetisme zijn krachtwerkingen op afstand in tegenstelling tot krachten
zoals wrijving en druk die pas bij direct contact ontstaan. Als je een voorwerp elektrisch
laadt door deze op te wrijven dan voel je, ook op enige afstand, een kracht zoals bij een
opgewreven kam waarmee je papiersnippers kunt aantrekken. Hetzelfde geldt voor een
magneet. Daarmee kun je ook een spijker aantrekken zonder deze aan te raken. Vanwege
die werking op afstand wordt elektromagnetisme beschreven als een veld dat in de hele
ruimte aanwezig is en waardoor een voorwerp dat daar gevoelig voor is, zoals een
papiersnipper of een spijker, een kracht ondervindt. Een ander voorbeeld van een
krachtwerking op afstand is de zwaartekracht. Ook die kun je met een veld beschrijven.
Als je nu een vertikale stroomdraad neemt die je door een horizontaal stuk karton laat gaan
waar wat ijzervijlsel op ligt en je sluit de draad aan op een batterij dan gaan die stukjes ijzer
cirkels vormen met de stroomdraad in het centrum. De stukjes ijzer geven daarmee de
richting van het magnetische veld aan. De elektrische stroom door de draad ontstaat
doordat de batterij in de draad een elektrisch veld maakt en daardoor gaan de elektronen
in de draad bewegen. Door een elektrisch veld wordt dus een magnetisch veld opgewekt
dat in een vlak ligt dat loodrecht staat op het elektrische veld. Het cirkelvormige
magnetische veld is echter niet plotseling overal aanwezig. Het plant zich in alle richtingen
voort doordat de cirkels steeds groter worden, net zoals de oppervlakte golven in een vijver
waar een steen in gegooid is, maar wel met dit verschil dat de richting van het magnetische
veld langs de cirkels gericht is terwijl watergolven er loodrecht op staan.
Sluit je de stroomdraad nu aan op een wisselend elektrisch veld, dan krijg je een
magnetisch veld waarvan de richting in de zich uitbreidende cirkels steeds anders gericht
is. Ze vormen dus een patroon van elkaar opvolgende cirkels waarvan het magnetische veld
in grootte en richting, weliswaar langs de cirkels, steeds weer anders is. Nu wekt een
wisselend magnetisch veld zelf weer een elektrisch veld op. Dat is precies wat er in een
dynamo gebeurt. In een dynamo draait een magneet rond in een spoel waar het een
elektrisch veld maakt zodat er een stroom kan gaan lopen. Het opgewekte elektrische veld
staat loodrecht op het magnetische veld.
Door het wisselende elektrische veld in de stroomdraad ontstaat dus tegelijkertijd, in
cirkels, een wisselend elektrisch veld evenwijdig aan de stroomdraad en een wisselend
magnetisch veld loodrecht daar op. Beide velden planten zich in alle richtingen voort in
steeds groter wordende cirkels. Dat noemt men een elektromagnetische golf. Aangezien
zowel het elektrische als het magnetische veld van deze golf loodrecht staat op de
voortplantingsrichting, is het een transversale golf.
Als je op een bepaald moment een plaatje maakt van de golf, dan zijn er punten in de
ruimte aan te geven waar de sterkte van het elektrisch veld vertikaal omhoog gericht is en
even verderop naar beneden. Daar tussenin zitten dus plaatsen waar de sterkte nul is.
Hetzelfde geldt voor het magnetische veld. Om die sterkte in beeld te brengen tekent men
vaak een lijn vanaf de bron (in ons geval de stroomdraad) met loodrecht daarop de richting
en de sterkte van de velden. Dat ziet er dan uit als een golf, maar dat is het dus niet! Want,
zoals we hierboven hebben gezien, gedragen elektromagnetische golven zich niet als een
golf langs een snaar. Er is dan ook geen sprake van dat licht zich beweegt langs twee
uitersten. Licht gaat gewoon rechtdoor.
Met vriendelijke groet,
Drs. H. Jordens
Faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen
Rijksuniversiteit Groningen

Download Report