Nu snap ik het: licht maken en begrijpen
Lenzen
Lea Beiermann & Raf De Bont
Onvoorspelbaar
Wetenschapsexperimenten op school staan bekend om hun onvoorspelbaarheid. Leraren scheikunde worden soms tot wanhoop gedreven door experimenten die overal lijken te lukken behalve in de klas, terwijl de leerkrachten natuurkunde verstrikt raken in de getallen van de testjes die ze laten doen. Hun studenten blijken plots een belachelijke lichtsnelheid te meten; en het kookpunt van water dat de scheikundestudenten vaststellen komt in niets overeen met de voorspellingen op papier. Op YouTube zijn “science experiments gone wrong” een populair genre, maar leraren verschijnen daar liever niet. Misschien is het een geluk dat de lenzen die hier tentoongesteld staan, gebruikt werden in schoolexperimenten in het pre-internet-tijdperk.
Optische tafels
De lenzen – die waarschijnlijk stammen uit de vroege 20e eeuw – behoorden tot de collectie van het Stedelijk Lyceum Maastricht. Tijdens experimenten werden ze op een ‘optische tafel’ gemonteerd, een stalen baan die wel wat op een spoorlijn lijkt. Op die manier kunnen de lenzen heen en weer worden geschoven. Ze blijven daarbij op één lijn staan zodat een lichtstraal netjes zijn weg vindt door alle lenzen, diafragma’s (ringen met een instelbare ronde of veelhoekige opening) en andere optische instrumenten die op de tafel kunnen worden vastgemaakt. De tafel houdt alle instrumenten precies op rij en levert op die manier een maatstaf voor ‘succesvolle’ optische experimenten.
Leren kijken
Optische banken waren maar een van de vele instrumenten die populair werden bij onderwijshervormers in de 19e eeuw. In die periode werden wetenschapsexperimenten een vast onderdeel in het zogenaamde Anschauungsunterricht (onderwijs via directe waarneming) dat opgang maakte aan West-Europese scholen en universiteiten. Vanaf het begin waren deze experimenten bedoeld om feiten te bevestigen, niet om nieuwe ontdekkingen te doen. Er moest binnen de lijntjes worden gekleurd. Studenten werd geduldig aangeleerd hoe ze moesten observeren, en hoe ze die observaties moesten interpreteren aan de hand van de instructies van de leerkracht, het tekstboek, en de tekeningen op het krijtbord.
Niet-experimentele experimenten
Traditioneel worden experimenten als ‘tests’ gezien: ze bewijzen of ontkrachten een bepaalde hypothese. Dit is echter niet wat je van een schoolexperiment met lenzen en een optische bank moet verwachten. Stel je even voor dat de resultaten van zo’n experiment tegen de optische wetten in zouden gaan! Eerder dan bekende wetten uit de natuurkunde ter discussie te stellen, zal de leerkracht dan beweren dat er iets misging met het experiment zelf. Hij of zij zal dat experiment overdoen totdat de resultaten overeenkomen met de voorspellingen van het tekstboek. Het schoolexperiment dient namelijk niet om de natuur kritisch te onderzoeken, maar om datgene te tonen waarvan de leraar al van te voren weet dat het de waarheid is.
Het klaslokaal als theater
Met lenzen en optische banken hoopten onderwijshervormers het laboratorium naar de klas te halen. Maar ze wilden niet de vragen, discussies en verwarring meebrengen die eigen zijn aan laboratoriumonderzoek. Zelfs in het laboratorium zullen onderzoekers misschien aarzelen om algemeen aanvaarde theorieën te bekritiseren, en zullen ze bij onverwachte resultaten vaak veronderstellen dat het probleem bij hun eigen experiment ligt. Schoolexperimenten zijn echter doelbewust ontworpen om algemeen aanvaarde wetenschappelijke kennis te bevestigen. Het 19e-eeuwse klaslokaal was op die manier eerder een theater dan een laboratorium. Met goed afgestelde instrumenten konden de wetten van de natuur zorgvuldig worden geënsceneerd. De meeste leraren oefenden vooraf waarschijnlijk zelfs een beetje. Ook vóór het bestaan van YouTube wilde je jezelf immers niet belachelijk maken.
Camera lucida
Joseph Wachelder
Eenvoudig beginnen
Wat is dit nu weer? En waarvoor zou het hebben gediend? Laten we eenvoudig beginnen. Waar lijkt het op? Op een mislukte sculptuur van een ooievaar die op één poot staat met een scheef brilletje op zijn neus? Op een verstelbare bureaulamp met een rare lichtbron? Op een loep op een statief? Mocht je een ander idee hebben, houd dat dan even vast. Dit instrument heeft iets met licht te maken – denk aan het Nederlandse ‘lucide’. Een klein prisma met twee lensjes is gemonteerd op een beweegbaar statief. Het prisma wordt hier gebruikt om lichtstralen af te buigen. De camera lucida was een tekenhulpmiddel.
Een tekenhulpmiddel
We hebben de camera lucida te danken aan de Britse medicus en natuurkundige William Hyde Wollaston (1766–1828) die er in 1806 patent op kreeg. De camera lucida wordt boven een vel tekenpapier geplaatst. Het prisma buigt de lichtstralen die door een object gereflecteerd worden af richting het oog; de lens stemt de kijkafstand van het papier af op het virtuele beeld in het oog. Door nu met het oog deels langs het prisma te kijken, kan het object als het ware overgetrokken worden op het papier. Simpel is dat overigens niet. Het vergt handigheid om met de camera lucida te werken; het prisma en de lens moeten precies ingesteld worden.
Een gebruiksvoorwerp
“Necessity is the mother of invention”, zo luidt een veel geciteerd Engels gezegde. Voor wie maakte Wollaston dit apparaat? In ieder geval voor zichzelf, want hij had geen tekentalent. Maar daar bleef het niet bij. Engeland liep in het begin van de 19e eeuw voorop met apparaatjes voor een opkomende consumentenmarkt. Schilderen met waterverf werd een populair tijdverdrijf voor dames uit de betere kringen. Tekenen hoorde daarbij. Ook microscopen werden betaalbaar voor de middenklasse. En hoe moest je de daarmee bestudeerde objecten vastleggen? Juist, met behulp van een camera lucida. De fotografie moest immers nog worden uitgevonden.
Camera obscura
De camera lucida was niet de enige tekenhulp. De camera obscura deed al veel langer als zodanig dienst maar werkte anders. Licht viel binnen op de achterwand van een donkere kamer. De fotografie, waarvan de prille ontwikkeling in de jaren ‘30 van de 19e eeuw plaats vond, zou een alternatieve manier van registreren opleveren. De fotocamera lijkt op een kleine camera obscura, waarbij de achterwand is vervangen door een lichtgevoelige plaat. Over de Brit William Henry Fox Talbot (1800–1877) gaat het verhaal dat hij de fotografie uitvond uit frustratie over de camera lucida en het feit dat zijn vrouw en zussen veel beter tekenden.
Cultuurgeschiedenis en technostalgia
Als je op dit moment iets over de camera lucida wil delen, pak je je smartphone en zend je met één druk op de knop een foto naar je contacten. Toch hoeft dat niet het einde te betekenen van een oude technologie. Moderne versies van de camera lucida zijn nog steeds te koop. Het past bij de trend van nostalgie naar technologie die we niet meegemaakt hebben. Ook eigentijdse kunstenaars als David Hockney blijken geïnteresseerd in het hulpmiddel. Hockney tekent landschappen op de iPad, maar ook portretten met behulp van de camera lucida. Onder andere om het werk van oude meesters als Jean-Auguste-Dominique Ingres (1780–1867) te kunnen doorgronden en de historische en actuele betekenis van tekenhulpen te achterhalen.
Gloeilamp
Zahar Koretsky (vertaling Harro van Lente)
Gloeiend heet
Een dunne draad waar een elektrische stroom doorheen loopt, wordt gloeiend heet en verspreidt helder licht. Dit is het principe van de ouderwetse gloeilamp, zoals hier tentoongesteld. Tegenwoordig kom je dit soort lampen niet veel meer tegen. De lamp in deze tentoonstelling komt uit een vervlogen tijdperk van kunstlicht door gloeidraden.
Oude technologie
De traditionele gloeilamp is meer dan een eeuw oud. In 1878 is de gloeilamp bijna gelijktijdig uitgevonden door Joseph Swan in het Verenigd Koninkrijk en door Thomas Edison in de Verenigde Staten. Edison experimenteerde met allerlei materialen voor de gloeidraad, zoals katoenen draden of bamboespalken. Na het vaststellen van het juiste materiaal voor de gloeidraad, werd de gloeilamp de standaardkeuze voor thuisgebruik in Europa dankzij de aangename lichtkleur, het gebruiksgemak en de lage prijs.
In de gloeilamp
De gloeidraden werden eerst gemaakt van wolfraam. Om de gloeidraad te beschermen tegen verbranding waren de eerste lampen vacuüm van binnen; later werden ze gevuld met argongas. Een lamp van 60W ging gemiddeld 1000 uur mee. De lamp die u hier ziet, is een lamp van 300W, dus hij is erg helder. Dit is een Nederlandse lamp van het merk “Sol”, geproduceerd in de Splendor fabriek in Nijmegen. De lamp kan tussen de jaren ‘30 en ‘80 van de vorige eeuw geproduceerd zijn. De productie van zo'n lamp vereiste een kostbare industriële opstelling omdat het opwarmen, vormen, smelten, monteren, solderen en sealen op dezelfde productielijn plaatsvond. Het gebruik van zo’n productielijn vereist een strikte procesbeheersing en vakmanschap.
Protest
Toen in 2009 de gloeilamp voor de verkoop in Europa werd verboden ten gunste van energiezuinige lampen, waren velen het niet eens met deze beslissing. Het verbod werd “draconisch” en “ondemocratisch” genoemd, een voorbeeld van “gloeilampen socialisme” of van een “dictatuur van bureaucraten”. Patiënten- en consumentenverenigingen in heel Europa eisten ontheffingen om de oude lampen te kunnen blijven gebruiken in plaats van het alternatief dat de industrie aanbood: de flikkerende spaarlampen, bekend als Compact Fluorescent Lighting. De ophef kalmeerde pas toen de LED-lampen, gebaseerd op Light Emitting Diode-technologie, goedkoop en goed genoeg werden.
De erfenis
Tegenwoordig is LED de meest voorkomende lamp voor huishoudelijk gebruik. Volgens Europese consumentenorganisaties bespaart het jaarlijks gemiddeld meer dan 100 euro per huishouden. Binnenin lijkt een LED in niets op de oude gloeilamp, maar hij gedraagt zich wel zo en ziet er precies zo uit. Hoewel we geen metalen draden meer laten gloeien om licht te produceren, is de erfenis van de gloeilamp nog steeds aanwezig in elk huis en claimt het zijn plaats in onze cultuur.
I See: Making and Understanding Light
Lenses
Lea Beiermann & Raf De Bont
Unreliable
Classroom experiments are notoriously unreliable. Chemistry teachers fret over experiments that seem to work anywhere, just not in their classroom, while physics teachers worry that the numbers of their quantitative experiments will not add up. The physics students may measure a ridiculous speed of light in the classroom; meanwhile, the chemistry students identify the boiling point of water as nowhere near the prediction made in their textbook. While “science experiments gone wrong” is a popular YouTube genre, it is probably not where teachers want their experiments to appear. Luckily, perhaps, the lenses exhibited here were used for classroom experiments in pre-digital times.
Optical bench(marks)
The lenses in this collection—probably dating back to the early 20th century—come from Maastricht’s Municipal Lyceum. To conduct optical experiments in class, they were mounted on an optical bench, a stiff track made of steel, looking much like a railway track. While the lenses could be shifted up and down the bench, they would remain in line to make sure that a ray of light would travel through all the lenses, diaphragms, and any other optical instruments mounted on the bench. Thus, the bench kept these instruments in line and helped to set the benchmark for ‘successful’ optical experiments.
Learning how to see
Optical benches were part of a broader arsenal of controlled classroom experiments. In the 19th
century, science experiments became part of so-called Anschauungsunterricht—learning through immediate visual perception—in many Western European schools and universities.From the beginning, these experiments were set up to confirm scientific facts, rather than make new discoveries. Students were taught what to observe, and to interpret their observations with the help of their teacher’s instructions, textbooks, and blackboard drawings.
Non-experimental experiments
Traditionally, experiments are considered ‘tests’: They prove or disprove a certain hypothesis on empirical grounds. However, this is not what a classroom experiment with lenses on an optical bench does. Just imagine the results of such an experiment going against optical laws—rather than question established scientific facts, the teacher will probably claim something went wrong with the experiment. He or she will redo the experiment until the results are in line with textbook knowledge. Rather than critically investigate nature, the classroom experiment is supposed to show what the teacher already knows to be true.
Classroom theatre
With lenses and optical benches, educational reformers sought to bring the laboratory to the classroom. Yet, they did not want to import the questions, controversies and confusions characteristic of laboratory practice. In the laboratory, too, researchers may hesitate to question an established scientific theory and look for fault in their experiment when it produces surprising results. Classroom experiments, however, are purposefully designed to support common scientific knowledge. Nineteenth-century reformers turned the classroom into a theatre rather than a lab. With the use of well-calibrated instruments, natural laws could be carefully staged. Most teachers probably rehearsed a little before performing. Even before YouTube existed, you did not want to make a fool of yourself.
Camera Lucida
Joseph Wachelder (translation Ton Brouwers)
First things first
What kind of object is this? And what is its use? First things first: what does it look like? A poor sculpture of a stork standing on one leg and wearing a crooked pair of glasses? An adjustable desk lamp with a strange light source? A hand glass on a stand? Well, this instrument has something to do with light – just think of the word “lucid”. This camera lucida, which consists of a small prism and two lenses mounted on a movable stand, is a drawing aid.
Drawing aid
We owe the camera lucida to the British physician and physicist William Hyde Wollaston (1766–1828), who patented it in 1806. The device should be placed above a sheet of drawing paper. The prism refracts the rays of light, which are reflected by an object, into the direction of the viewer’s eye; the lens helps to bring the viewing distance to the paper in line with the virtual image in the viewer’s eye. By looking through the very edge of the prism, it becomes possible to trace, as it were, the object on the sheet. This is all but easy, however. It requires skill to work with a camera lucida; the prism and the lens have to be accurately adjusted.
User-object
“Necessity is the mother of invention”, as the oft-used saying has it. Who was supposed to use Wollaston’s invention? First of all, he wanted to use it himself, hoping to improve his drawing skill. But he was not the only one having this aspiration. In the early 19th century, all sorts of devices for an emerging consumer market were invented in England. Drawing and making watercolours became popular pastimes for upper class ladies. Microscopes also became affordable for the middle classes. But how to depict the objects seen through a microscope in the days before photography? Right, with the help of a camera lucida.
Camera obscura
The camera lucida was not the only drawing aid. The camera obscura served a similar purpose, but it worked differently, based as it was on light falling onto the backwall of a dark chamber. Photography, whose early development started in the 1830s, would result in a new way of recording things seen. The photo camera looks like a small camera obscura, in which the backwall has been replaced by a light-sensitive plate. There is the rumor about the British William Henry Fox Talbot (1800–1877) that he invented photography not only because he was frustrated with the camera lucida, but also because his wife and sisters were much more skilled at drawing.
Cultural history and technostalgia
Modern versions of the camera lucida are still available in stores. This is perfectly in line with the trend of nostalgia for old technologies. A well-known contemporary artist such as David Hockney draws portraits and landscapes on an iPad, but also on paper with the help of a camera lucida. He does so in order better to understand the work of old masters such as Jean-Auguste-Dominique Ingres (1780–1867) or to learn more about the historical and contemporary meanings of drawing aids.
Filament Light Bulb
Zahar Koretsky
Imagine
Imagine a thin wire through which electricity runs until the wire turns white. Would you be able to ensure that it would not break or burn out for at least several months, you will get an old-school filament light bulb, like the one you see here. If you look at the ceiling right now, it is highly unlikely that you will find this lamp in use there. The object in the display is from a bygone era of artificial lighting, when we used to make metal burn hot white.
Century-old technology
The traditional filament light bulb is a century-old technology, invented almost simultaneously by Joseph Swan in the UK and Thomas Edison in the USA in 1878. Edison experimented with lots of materials for the filament, trying cotton threads or bamboo splints for instance. After the design of the light bulb was perfected, the filament light bulb became the default lamp choice for home use in Europe thanks to its comfortable light colour, dimmability, ease of use and low price.
Inside the bulb
The filament within the bulb was usually made of tungsten. First bulbs had vacuum inside, while more modern ones were filled with argon gas to better protect the filament. A 60W bulb lasted on average for 1000 hours. The bulb that you see here is a 300W bulb, so it is very bright. This is a Dutch lamp by the brand “Sol”, produced at their Splendor factory in Nijmegen. This bulb could have been produced any time between the 1930s and the 1980s. The assembly of such a bulb required an expensive industrial set-up because all of the heating up, forming, melding, mounting, soldering and sealing happened on the same production line. Operating a line like that required a strict process control and a lot of training.
Troubled history
When the filament light bulb was banned for sale in Europe in 2009 in favour of more energy-efficient lamps, a lot of people disagreed with this decision. The ban was called “draconian” and “undemocratic”, an example of “light bulb socialism” and of a “dictatorship of bureaucrats”. Patient and consumer associations all over Europe demanded exemptions to use the old bulbs instead of the alternative that the industry had offered: the flickering spiral bulbs, known as Compact Fluorescent Lighting. The situation calmed down only when the LED bulbs, based on Light Emitting Diode technology, became cheap and good enough.
The legacy
Today LED is the most common lamp for domestic use. According to European consumer organisations, it saves on average more than 100 euros per household yearly. Inside, a LED doesn’t look anything like the old filament bulb, but it behaves and appears just like it. So although we don’t burn metal wires anymore to produce light and the filament lamp does no longer claim a place in our ceilings, part of it is still present in every home, claiming its place in our culture.
