“Missä kuva on?” Puolipeilin taikatemppu – kokeilu, joka johdattaa kohti heijastuslakia

Olen Kuwako Ken, tiedevalmentaja. Joka päivä on kokeellinen!

Aina kun katsot peiliin, näet siellä heijastuksesi. Mutta oletko koskaan miettinyt, missä se peilikuva tarkalleen ottaen oikein sijaitsee? Koulun fysiikan tunneilla opimme, että ”esineen etäisyys peilistä on sama kuin kuvan etäisyys peilistä.” Mutta totta puhuen, vaikka sen lukee oppikirjasta, ei se välttämättä tunnu heti selvältä.

Itse asiassa se ajatus, että ”kuva on jossain siellä,” on jo itsessään aika vaikea hahmottaa. Kysymys ”Missä peilikuva oikein sijaitsee?” on perinteinen, mutta haastava aihe, kun yritetään saada oppilaat ymmärtämään se käytännössä. Oppikirjat sanovat, että ”kuva on peilin takana samalla etäisyydellä kuin esine,” mutta oppilaille voi olla vaikeaa ymmärtää, miksi näin on, tai mitä se ”kuvan siellä oleminen” edes tarkoittaa. Se tuntuu usein epäintuitiiviselta.

Lisäksi hankaluutena on se, että vaikka tunnin aikana sanoisi ”Katsokaa,” peiliin katsomiskulma vaikuttaa näkymään, ja on miltei mahdotonta saada koko luokkaa näkemään ja jakamaan samaa käsitystä siitä, missä se kuva oikeasti on. Jos kaikki tunkevat päätään ylös ja alas huutaen ”Katso tästä!” tai ”Ei tuosta!”, tunnin rytmi helposti hajoaa.

Japanilainen oppikirjakustantaja Dainippon Tosho esitteli tällaisen kokeen: käytetään käsipeiliä, asetetaan toinen, samanlainen esine päällekkäin kuvan kanssa ja mitataan etäisyydet.

Lähde: Dainippon Tosho, Rika no Sekai 1 (Tieteen maailma 1)

Käytännössä se on kuitenkin todella vaikeaa. Vaikka katsoisi yhdellä silmällä tai säätäisi kulmaa, pienikin silmän asennon muutos saa päällekkäin näyttäneet esineen ja kuvan heti erkanemaan. ”Onko tämä oikeasti se paikka?” – kysymys saattaa itse asiassa aiheuttaa enemmän hämmennystä.

Peilitaikaa? Ratkaisu ”puolipeilillä”

Tässä kohtaa puolipeilin (engl. half-mirror) käyttö tulee suureksi avuksi!

Tämän menetelmän opetti minulle Eiji Komori. Puolipeili on, nimensä mukaisesti, levy, jolla on ”puolet peilin” ominaisuuksista. Se heijastaa osan valosta (peilin ominaisuus) ja päästää osan läpi (läpinäkyvän lasin ominaisuus). Tämä ”puoliksi läpinäkyvä, puoliksi heijastava” luonne on tämän kokeen suurin valtti. Sen avulla esine ja kuva saadaan näkymään täsmälleen päällekkäin – aivan mahtava keksintö!

Kokeen valmistelu ja vaiheet

Tarvikkeet:

• Kaksi AA-paristoa (tai kaksi muuta samannäköistä pientä esinettä)
• Puolipeili (esim. akryylipeili, joka sekä heijastaa että läpäisee)

  Ostin tämän Amazonista. Sen voi leikata saksilla ja se on riittävän tukeva.

  

• Viivain tai mittanauha (kuvan ja esineen etäisyyden mittaamiseen) tai mitta-alusta

Puolipeili on siis kuin peilin ja läpinäkyvän kalvon välimuoto.

Kokeen vaiheet:

Aseta yksi paristo pöydälle. (Tämä on ”esine”.)

Aseta puolipeili pystyyn pariston eteen (omaa puoltasi kohti).

Katso puolipeiliin ja varmista, että näet taaemman pariston ”kuvan” heijastuvan. (Peilin ominaisuus)

Tämä on ratkaiseva vaihe. Aseta toinen paristo (oikea esine) puolipeilin taakse. Koska näet samanaikaisesti puolipeilin läpi ”etusijan pariston kuvan” ja ”taakse asetetun oikean pariston” (lasin ominaisuus), etsi kohta, jossa nämä kaksi asettuvat täsmälleen päällekkäin, liikuttamalla taaempaa paristoa hitaasti.

Kun ne ovat täysin päällekkäin, katso tilannetta ylhäältä päin ja tarkista viivaimella tai muulla mitalla etäisyys etummaisen pariston (esineen) ja puolipeilin välillä sekä taaemman pariston (oikea esine kuvan paikalla) ja puolipeilin välillä.

Tässä on selitys/esittelyvideo, olkaa hyvä:

Miksi tämä paljastaa ”kuvan sijainnin”?

Tämän kokeen ydin on siinä, että se vakuuttaa visuaalisesti: ”Kun esine ja kuva näkyvät päällekkäin, kuva on juuri siinä kohdassa.” Peilissä näkyvää kuvaa kutsutaan valekuvaksi (virtuaalikuva), koska valo ei todellisuudessa kohtaa siinä paikassa. Tavallisessa peilissä voimme nähdä vain valekuvan, emmekä voi koskettaa sen sijaintia todentaaksemme sen.

Puolipeilin avulla voimme kuitenkin asettaa ”takana olevan pariston (oikean esineen)” juuri siihen paikkaan, jossa ”edessä olevan pariston valekuva” näkyy. Toisin sanoen, voimme asettaa ”oikean esineen” siihen ”osoitteeseen”, jossa valekuvan pitäisi olla. Näin kuka tahansa voi kiistattomasti havaita, että ”peilissä näkyvä paristo on todellisuudessa tässä kohdassa.”

Kun teet tämän kokeen opetuksessa, on tehokasta antaa oppilaiden kokeilla sitä itse pareittain tai ryhmissä koko luokan esittelyn jälkeen. Kokeiltuaan tavallisen peilin kanssa tuskailua, he saattavat kokea jopa pienen ahaa-elämyksen puolipeilin selkeydestä. Lopuksi on tärkeää pyytää heitä mittaamaan etäisyydet, jotta he saavat sekä ”silmämääräisen vakuutuksen” että ”mittauksen kautta saatavan numeerisen varmistuksen” kuvan ja esineen etäisyydestä.

Näin sääntö ”esineen etäisyys peilistä ja kuvan etäisyys peilistä ovat samat” ei ehkä ole vain muistettava asia, vaan ”tieteen laki”, jonka he ovat itse oivaltaneet ja ymmärtäneet syvällisesti.

Kyselyt ja yhteistyöpyynnöt

Tiede on ihmeellistä ja hauskaa – tee siitä arjenläheisempää! Olen koonnut helppoja ja hauskoja tiedekokeita, jotka voi tehdä kotona, ja vinkkejä niiden onnistumiseen. Etsi lisää tietoa!

”Tieteen vinkkikirjan” sisältö on julkaistu kirjana. Lue lisää täältä

Tietoa ylläpitäjästä, Kuwako Kenistä, täältä

Erilaiset yhteistyöpyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi/esiintymiset jne.) täältä * Artikkelipäivitykset X:ssä!

Kagakun Neta Channel (Tieteen Vinkkikanava) julkaisee kokeiluvideoita!