Miksi banaani näyttää keltaiselta? Paljasta valon ja hajavaloheijastuksen salaisuudet kotona
Hei, olen tiedekouluttaja Ken Kuwako. Joka päivä on uusi koe!
Kun katsot peiliin, näet kasvosi selvästi, mutta kun luot silmäsi pöytään tai seinään edessäsi, mitään ei heijastu takaisin. Oletko koskaan miettinyt, miksi? 🤔 Itse asiassa salaisuus siihen, miksi voimme nähdä maailman, ei piile peilin kiiltävässä pinnassa, vaan ilmiössä nimeltä ”hajavalo” (ranhansha). Tämä ilmiö jää usein varjoon fysiikan tunneilla opiskellun ”heijastuslain” alle, vaikka se on todellinen tähti, joka tekee maailmastamme värikkään ja kolmiulotteisen. Lähdetään selvittämään valon taian salaisuutta helpoilla, kotona tehtävillä kokeilla!
Ensin, pieni värikysymys!
Mikä tahansa kirkkaanvärinen esine näyttää pimeässä vain mustalta varjolta. Jotta voimme ”nähdä” jotain, tarvitsemme aina valoa. Tässä kysymys sinulle.
K: Olet pimeässä huoneessa ja valaiset banaanin taskulampulla. Mitä väriä on valo, joka heijastuu banaanista lähellä olevalle valkoiselle paperille?
V: Tässä video, jossa teemme kokeen käytännössä!
Oikea vastaus on ”keltainen”.
Kokeile ihmeessä samaa kotona banaanilla, omenalla tai paprikalla! (Olen vain banaanifani, mutta mikä tahansa käy!) Tämän ilmiön taustalla on erittäin tärkeä periaate, joka liittyy näkemisen perusteisiin: valon ”hajavalo”. Tänään syvennymme tähän mystiseen ilmiöön.
Peilimaailma vs. meidän maailmamme – Miten valon kulku eroaa?
Kerrataan ensin tuttu ”heijastuslaki”. Kun valo osuu peilin kaltaiseen sileään pintaan, se heijastuu vain yhteen, määrättyyn suuntaan samassa kulmassa kuin se tuli. Tätä kutsutaan ”säännölliseksi heijastukseksi” (seihansha). Se on se kuuluisa laki, jonka opimme fysiikan tunneilla.
Tulokulma = heijastuskulma
Tätä lakia noudattaen valo etenee kauniisti samaan suuntaan kuin sotilaat paraatissa.
Mutta kun valo osuu tavalliseen, ei-peilimäiseen esineeseen – kuten käteesi tai pöytään, jolla luet tätä – valo hajoaa kaikkiin suuntiin. Tätä kutsutaan ”hajavaloksi”. Mutta tässä onkin tieteen jännittävin puoli! Itse asiassa, jos zoomaisimme mikroskooppiseen maailmaan, huomaisimme, että jokainen yksittäinen valonsäde noudattaa edelleen tarkasti lakia ”tulokulma = heijastuskulma”. Koska esineen pinta on mikroskooppisen epätasainen, jokainen säde heijastuu eri kulmasta, mikä saa valon näyttämään siltä, kuin se leviäisi kaikkiin suuntiin.
Tiedekokki 1: Näe ”näkeminen” laserin avulla!
Lähdetään kokeilemaan, kuinka tärkeä hajavalo on ”näkemiselle”.
Tarvikkeet:
- Laserosoitin
- Alumiinifolio
- Pehmolelu tai muu mieluinen esine
- Valkoinen paperi
Ohjeet:
- Laita valkoinen paperi alustaksi ja aseta sen päälle varovasti suoristettu, mutta ensin rypistetty alumiinifolio. Tämä rypistetty folio toimii mikroskooppisten epätasaisuuksien mallina.
- Hämärrä huone ja osoita laservaloa folioa kohti.
Mitä tapahtuu? Jos pinta olisi sileä, valo heijastuisi vain yhteen pisteeseen, mutta kun osoitat rypistettyä foliota, laserin valo ”levittäytyy” laajalle alueelle ja pinta näyttää hehkuvan.
Tämä on hajavalon voimaa. Koska valo hajoaa kaikkiin suuntiin, saavutamme sen, että näemme valoa esineestä mistä tahansa kulmasta, jolloin voimme tunnistaa sen muodon. Jos kaikki maailman esineet heijastaisivat valoa kuin peilit… maailma olisi todella outo, sillä näkisimme esineet vain tietyistä kulmista. Se, että voimme nähdä esineitä aivan tavallisesti, on hajavalon ansiota.
Tiedekokki 2: Selvitä värien salaisuus!
Selvitettyämme, kuinka hajavalo auttaa meitä tunnistamaan ”muodon”, siirrytään alussa esitetyn arvoituksen pariin: miten ”väri” syntyy? Seuraava koe paljastaa värien salaisuuden.
Ohjeet:
- Hämärrä huone uudelleen.
- Ota esiin taskulamppu tai muu valkoinen valonlähde ja valaise sillä värikästä pehmolelua.
- Tarkkaile, minkä värinen on valo, joka heijastuu esineestä.
Esimerkiksi, jos valaiset banaanin pehmolelua. Pimeässä sitä ei tietenkään näy, mutta kun valaiset sen, heijastunut valo on… totta kai, keltainen!
Miksi näin käy? Se johtuu siitä, että se, mitä kutsumme ”valkoiseksi valoksi” (auringonvalo, taskulamppu), on kuin ”valon maalisetti”. Se on kaikkien sateenkaaren värien (punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo, violetti) sekoitus. Banaanin kuori absorboi eli imee kaikki muut värit valkoisesta valosta paitsi keltaisen, ja se ”hajottaa” tai heijastaa keltaisen valon takaisin silmiimme. Siksi näemme sen keltaisena.
Entä kun valaiset aurinko-pehmolelun punaista osaa?
Heijastunut valo on tietysti punaista. Se johtuu siitä, että punainen osa absorboi kaikki muut valon värit paitsi punaisen, ja heijastaa vain sen kohti silmiämme. Vaikka se tuntuu itsestäänselvältä, kykyämme havaita esineiden ”muoto” ja ”väri” ohjaa hajavalon ilmiö.
Muuten, elokuvateatterin valkokangas on tarkoituksella valkoinen, jotta hajavaloa voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti. Kangas on valmistettu erikoismateriaalista, joka hajoittaa valon tasaisesti kaikkiin suuntiin, jotta kuva näkyy selvästi kaikilta istumapaikoilta. Arki on täynnä hajavaloa.
Jopa kamerat, joita käytämme päivittäin, keräävät hajavalossa heijastunutta valoa linssien avulla ja muodostavat kuvan.
Seuraavan kerran kun näet kukan tien varrella tai vihanneksia ruokapöydällä, kuvittele mielessäsi se valon ”suuri tanssi”, joka tapahtuu sen pinnalla. Eikö olekin jännittävää, että arki on täynnä niin mielenkiintoista tiedettä? Kokeile valon taikaa kotona! ✨
Ota yhteyttä ja pyydä apua
Tee tieteestä ja sen ihmeistä läheisempää! Täältä löydät hauskoja, kotona tehtäviä tiedekokeita ja vinkkejä niiden tekemiseen. Selaa ja etsi lisää!
・Lisätietoa kouluttaja Ken Kuwakosta löydät täältä.
・Jos haluat tilata palveluita (kirjoittaminen, luennot, tiedekerhot, TV-konsultointi, esiintymiset), ota yhteyttä tästä.
・Pysy ajan tasalla artikkelipäivityksistä X:ssä!
Tiedevideo-kanavalla on paljon hauskoja kokeita!
