Tiedettä kotona! Valoa kiertämällä syntyy värejä? Teippi muuttuu taikamaaliksi — rakenna polarisaatiokaleidoskooppi
Hei, olen tiedevalmentaja Ken Kuwako. Minulle jokainen päivä on uusi koe!
Ympärillämme on valtavasti valoa, joka saapuu auringosta ja lampuista. Mutta tiesitkö, että tämän kirkkaan ja läpinäkyvän valon sisällä lymyää salaisia värejä, joita emme paljain silmin näe?
Valon maailma, jonka ohi yleensä vain kuljemme, kätkee sisäänsä mielikuvitustakin upeampia sateenkaaren sävyjä. Tänään paljastamme valon todelliset kasvot ja teemme tieteellisen kokeen, jolla voit luoda tätä maagista kauneutta omiin käsiisi.
Kävin vastikään Kansallisessa luonnontieteellisessä museossa katsomassa näyttelyä, jossa hyödynnettiin polarisaatiokalvoja. Kun täysin valkoista LCD-näyttöä katsoo tällaisen kalvon läpi, näkyviin nousee lukemattomia värejä. Kurkkaa ensin tämä hämmästyttävä ilmiö videolta:
Tämän taianomaisen ilmiön takana ovat valon polarisaatio sekä tavallisen teipin kaltaisten materiaalien kaksoistaittuminen. Hyödynnetään näitä ilmiöitä ja rakennetaan yhdessä polarisaatiokaleidoskooppi – laite, joka luo täysin ainutlaatuista värien leikkiä.
Katso tästä, miltä valmis lopputulos näyttää:
Tässä tulee tieteellinen resepti, jolla voit kokeilla tätä kotona!
Tiederesepti: Välineet valon anatomiaan
Mitä tarvitset
Polarisaatiokalvoa, putki (esim. talouspaperirulla), peilikalvoa, leikkuri tai pieni saha, pehmustemateriaalia, sakset, kirkasta teippiä, tussi, paperimuki
|
|
Näin rakennat valokaleidoskoopin
Leikkaa putki sopivan pituiseksi (suositus n. 15 cm). Leikkaa peilikalvosta kolme samankokoista suikaletta, jotka mahtuvat putken sisään. Peilikalvoa on helppo leikata saksilla.
Poista suojakalvo varovasti peilien pinnalta ja teippaa kolme palaa yhteen niin, että ne muodostavat kolmion muotoisen peilitunnelin.
Työnnä peilitunneli putken sisään.
Täytä tyhjät välit pehmustemateriaalilla, jotta peilirakenne pysyy tukevasti paikallaan.
Piirrä putken pään avulla polarisaatiokalvoon ympyrä ja leikkaa se irti. Poista suojakalvot ja teippaa pala putken toiseen päähän. Tämä on kurkistusaukkosi.
Seuraavaksi leikkaa paperimukin pohja irti. Kiinnitä siihen toinen samanlainen pyöreä polarisaatiokalvon pala. Tämän jälkeen liimaa kalvon päälle kirkasta teippiä sikin sokin ja useita kerroksia.
Vinkki: Laita aluksi vain vähän teippiä ja lisää sitä myöhemmin samalla kun kurkkaat putkeen – näin löydät parhaan efektin!
Yhdistä putki ja paperimuki, ja polarisaatiokaleidoskooppi on valmis! Suuntaa se kohti valoa ja kurkista sisään.
Tulos: Valon soittama värien sinfonia
Katso videolta, millaisia upeita näkymiä laitteella syntyy!
Ota suunnaksi vaikkapa kattovalo ja pyöritä paperimukia hitaasti samalla kun katsot sisään.
Kuviot muuttuvat jatkuvasti.
On suorastaan uskomatonta, että ilman helmiä tai muita koristeita syntyy näin monimutkaisia värejä ja muotoja. Jos haluat todella kirkkaita värejä, kokeile valaista paperimukin pohjaa LED-valolla tai puhelimen salamalla.
Mutta miksi läpinäkyvä teippi muuttuu värilliseksi? Teipin kaltaisilla muovikalvoilla on ominaisuus nimeltä kaksoistaittuminen. Kun valo kulkee kahden polarisaatiokalvon ja teipin läpi, tietyt valon värit vahvistuvat ja päätyvät silmiimme.
Värikuviot muuttuvat loputtomasti sen mukaan, miten teippi on aseteltu ja kuinka monta kerrosta sitä on. Kokeile, säädä ja löydä oma suosikkikuviosi!
Tässä on vielä esimerkki suuremmasta polarisaationäyttelystä tiedekeskuksesta. Se on hieno tapa nähdä ilmiö isossa mittakaavassa!
Mikä ihme on polarisaatiokalvo?
Tämän kaleidoskoopin salaisuus on polarisaatiokalvo – tuo erikoinen tumma filmi. Fysiikan tunneilla se tulee tutuksi, kun osoitetaan valon olevan poikittaista aaltoliikettä.
Valo etenee aaltoina, jotka värähtelevät kaikkiin suuntiin: ylös, alas, sivuille ja vinottain. Polarisaatiokalvo toimii kuin näkymätön säleverho, joka pakottaa valon järjestykseen.
Jos valo kulkee pystysuuntaisen säleverhon läpi, vain pystysuunnassa värähtelevä valo pääsee läpi. Jos tämän jälkeen asetetaan vaakasuuntainen säleikkö, pystysuuntainen valo ei pääsekään enää läpi ja näkymä muuttuu mustaksi.
Koska kalvoilla on suunta, niiden pyörittäminen päällekkäin joko päästää valon läpi tai estää sen kokonaan.
Tätä ilmiötä hyödynnetään arjessa esimerkiksi aurinkolaseissa. Kun valo heijastuu veden pinnasta, se polarisoituu ja aiheuttaa häikäisyä. Polarisoivat linssit suodattavat tämän heijastuksen pois, jolloin näet helpommin veden alle.
Miksi teippi luo sateenkaaren värejä?
Vaikka polarisaatio selittää valon sammumisen, mistä värit tulevat? Tässä kohtaa kuvaan astuu salainen aseemme: teippi. Teipillä on kyky kiertää läpi kulkevan valon värähtelysuuntaa. Mikä hienointa, kiertymisen määrä riippuu valon väristä (aallonpituudesta).
Kun valo kulkee teippikerrosten läpi, punainen valo kiertyy tiettyyn kulmaan ja sininen valo toiseen. Kun tämä ”kiertynyt” valo osuu kaleidoskoopin jälkimmäiseen polarisaatiokalvoon, vain tietyt värit pääsevät läpi kalvon suunnasta riippuen.
Tämän vuoksi teippikerrosten määrä ja asento muuttavat värejä loputtomasti. Se on puhdasta valon fysiikkaa!
Rakensin tämän kaleidoskoopin kierrätysmateriaaleista, kuten talouspaperin ja kelmun hylsyistä. Se on ekologinen, edullinen ja uskomattoman kaunis tapa tutkia tiedettä.
Kysy lisää tai pyydä yhteistyöhön
Haluan tuoda tieteen ihmeet lähemmäs jokaista! Blogistani löydät helposti lähestyttäviä ohjeita kotikokeisiin. Tutustu rohkeasti! ・Tiedemuistiinpanoistani on julkaistu kirja. Lue lisää täältä. ・Lisää minusta (Ken Kuwako) voit lukea täältä. ・Yhteistyöpyynnöt (luennot, työpajat, TV-konsultointi jne.) täältä. ・Seuraa uusimpia päivityksiä X:ssä (ent. Twitter)!
Tiedevinkit-kanavallani julkaisen lisää koevideoita!
