Pyydystä valon taittuminen! Neljä nuppineulaa paljastaa valon salaisen reitin (Pystytkö paljastamaan valokuvahuijauksen?)
Olen Ken Kuwako, tiedeohjaaja. Jokainen päivä on koe.
Oletko koskaan huomannut, kuinka juomalasiin upotettu pilli näyttää taipuneelta tai uima-altaan pohja vaikuttaa todellista matalammalta? Nämä kaikki ovat ilmiöitä, jotka johtuvat valon ”taittumisesta” – toisin sanoen, siitä että valo muuttaa suuntaa.
Valon suunnanmuutos on kuitenkin vaikea hahmottaa, sillä emme näe valon kulkureittiä. Oppikirjojen kaaviot eivät sytytä kipinää opiskelijoissa. Siksi esittelen tänään nerokkaan kokeen, jolla näkymätön valon kulkureitti voidaan ”napata kiinni” ja tehdä näkyväksi!
Käytämme kokeessa perinteistä tiedeluokan välinettä: ”lasikuutiota” (tai lasipalikkaa). Mutta lisäämällä vain yhden, yllättävän arkitavaran, oppilaiden ”Ahaa!”-oivallukset tuplaantuvat! Tämä salainen ase on ompelulaatikosta löytyvä nuppineula!
Jos ajattelit: ”Mitä ihmettä?!”, se on loistavaa! Tämän kokeen avulla selvitämme, miksi valo taittuu ja miten yllä olevan kaltaisia, pään ja kaulan toisistaan irrottavia, illuusioita syntyy. Pureudutaan mysteeriin!
（Tämä tehokas kokeellinen menetelmä on muuten kollegani, opettaja S:n, ansiota. Hänen vinkkinsä syvensi ymmärrystäni entisestään. Loistava koe!）
Tarvikkeet
- Lasikuutio (suorakulmainen): Yksi opiskelijaa/ryhmää kohden.
- Piirustuspaperia (n. A4-koko): Valkoinen paperi auttaa näkemään valon reitin.
- Nuppineuloja: 4 kpl per opiskelija/ryhmä (ota reilusti varalle!).
- Valonlähde/laserosoitin: Laserosoitin toimii korvikkeena, mutta laite, jolla saa valon kulkemaan viivana, on paras.
- Lyijykynä ja viivotin
- (Valinnainen) Pimentävä verho/kangas: Jos luokkahuoneen saa pimennettyä, valon reitti näkyy selkeämmin.
Kokeen suoritus: Valon reitin ”visualisointi”
Jotta oppilaat pääsevät tekemään itsenäisesti, seuraa näitä ohjeita. Kokeen työturvallisuuslomakkeen voit ladata tästä:
Valon taittumisen työkirja (PDF)
Työkirja
Koska työ on hieman pikkutarkkaa, on suositeltavaa katsoa video etukäteen:
1. ”Jahtaa” valon reittiä nuppineuloilla
Aseta ensin lasikuutio piirustuspaperille ja piirrä sen ääriviivat lyijykynällä. Ota kuutio sivuun ja pistä kaksi nuppineulaa paperille sopivaan kohtaan (merkitse pisteet). Nämä toimivat ”valonlähteenä” (eli kohteena, jota katsotaan).
Aseta lasikuutio takaisin paikoilleen ja katso lasin sivusta kahta juuri pistettyä nuppineulaa.
Tässä on tärkein vaihe! Siirrä katsettasi, kunnes näet lasin läpi katsottuna molemmat neulat täydellisesti päällekkäin, ikään kuin ne olisivat yksi ainoa neula.
Kun neulat näyttävät yhdeltä, pistä kolmas nuppineula tarkalleen katseesi linjalle.（Pistä se lähelle lasin etureunaa）
Pidä katseesi samassa linjassa ja pistä lopuksi neljäs nuppineula vielä lähemmäs itseäsi kuin kolmas neula. Nyt silmäsi (neulat 4 ja 3) ja lasin läpi näkyvä kuva (neulat 2 ja 1) ovat samassa suorassa linjassa!
2. Yhdistä pisteet ja vahvista taittuminen!
Ota nyt varovasti pois lasikuutio ja kaikki neljä nuppineulaa. Paperille jää neljä pistettä, joihin neulat oli pistetty.
Yhdistä ensin kaksi kauimmaista pistettä (1. ja 2. neula) viivottimella. Tämä on valo, joka kulkee lähteestä lasiin. Yhdistä seuraavaksi kaksi lähintä pistettä (3. ja 4. neula). Tämä on valo, joka kulkee lasista silmääsi. Yhdistä lopuksi nämä kaksi viivaa lasikuution ääriviivojen sisällä.
Mitä näet? Eikö valon reitti ”napsahda” kulmikkaasti, kun se menee lasin sisään ja sieltä ulos? Tämä on se hetki, kun näkymätön ”valon taittuminen” on saatu nuppineuloilla kiinni!
3. Varmistus: Valaise valon reitti.
Kokeen viimeistelyssä pimennetään luokkahuonetta hieman. Käytä valonlähdettä (laseria) ja suuntaa valo nuppineulojen ”käänteistä” reittiä pitkin (4. neulan pisteestä 3. neulan pisteeseen).
Kun valo kulkee lasin läpi, sen pitäisi jatkaa suoraan kohti 1. ja 2. neulan reikiä. Kun oppilaat näkevät, että heidän piirtämänsä viiva vastaa todellista valonsädettä, heiltä pääsee varmasti äänekäs ”Vau, se on totta!” -huudahdus.
Mysteeri ratkeaa! Miksi valo taittuu?
Miksi valo taittuu (muuttaa suuntaa)? Siksi, että valon nopeus on erilainen ilmassa, lasissa (tai vedessä).
Valo kulkee lasissa hitaammin kuin ilmassa. Kun suoraan kulkeva valo osuu lasiin vinosti, lasiin ensin saapunut osa hidastuu ensimmäisenä, kun taas perässä tuleva osa etenee vielä nopeammin… Tämä ”nopeusero” pakottaa valon kääntymään.
Nyt voimme ratkaista myös alun illuusion salaisuuden!
Kuvassa, jossa ”pää ja kaula ovat erillään”, on kyse täsmälleen samasta periaatteesta. Valo kulkee tankin (lasi ja vesi) ja ilman läpi – alueilla, joissa valon nopeus on erilainen. Siksi kaulasta lähtevä valo ”taittuu” ennen kuin se saavuttaa silmämme.
Aivomme ovat kuitenkin hyvin suoraviivaiset, emmekä oleta valon taittuneen. Uskomme, että ”valo kulkee suoraan”. Tämän seurauksena me ”erehdymme” luulemaan, että kaula sijaitsee taittuneen valonsäteen ”jatkeella”.
Siksi kaula näyttää olevan eri paikassa kuin missä se todellisuudessa on. Nuppineulakoe on loistava tapa paljastaa sekä ”aivojen erehdys” että ”valon todellinen kulkureitti”!
Yhteydenotot ja tiedustelut
Tee tieteen ihmeistä ja hauskuudesta itsellesi entistä läheisempää! Olen koonnut helppoja ja hauskoja tiedekokeita, jotka voi tehdä kotioloissa, sekä vinkkejä niiden onnistumiseen. Kannattaa selailla lisää! ・Tietoa minusta, Ken Kuwakosta, löydät täältä ・Tiedustelut eri toimeksiannoista (kirjoittaminen, luennot, tiedekerhot, TV-konsultointi/esiintymiset jne.) täältä ・Saat tietoa uusista artikkeleista seuraamalla minua X:ssä!
Tieteen Juttuja -kanavalla julkaisen kokeellisia videoita!
