Sateenvarjopussi taikalangaksi? Valokuidun salaisuus ja kokonaisheijastuksen koe hetkessä ymmärrettynä
Hei, olen tiedevalmentaja Ken Kuwako! Joka päivä on uusi kokeilu.
Viime kerralla teimme sateenvarjopussilla kokeen valon sironnasta, joka selittää taivaan sinisyyden ja auringonlaskun punerruksen. Tänään sukelletaan modernin maailman valtavan infrastruktuurin, eli valokuidun, saloihin!
Mitä valokuitu oikein on?
Mitä sinulle tulee mieleen sanasta valokuitu? Kun kysyn tätä oppilailtani, he yleensä vain rypistävät kulmiaan ja ihmettelevät. Eihän se mikään ihme ole, onhan kyseessä näkymättömissä oleva asia. Mutta kun näytän heille ihan oikean kuidun ja annan valon loistaa sen toisesta päästä, oppilaiden ilmeet kirkastuvat välittömästi.
”Hei! Tuohan on kuin ne joulukuusen kimaltelevat koristeet!”
Aivan, valokuidut ovat nykyään tuttuja monista koristevaloista. Mutta niiden todellinen voima ei ole pelkässä kauneudessa. Valokuitu on nyky-yhteiskunnan elämänlanka, joka mahdollistaa huippunopean internetin ja auttaa lääkäreitä tutkimaan kehon sisäosia tähystyskameroiden avulla. Kaiken takana on ilmiö nimeltä kokonaisheijastus, joka vangitsee valon kuidun sisään niin, ettei pisaraakaan karkaa ulos.
Tämä taikuus saattaa kuulostaa monimutkaiselta, mutta kokeillaanpa luoda se itse sateenvarjopussin avulla!
Tieteen resepti: Sateenvarjopussi-valokuitu!
Tarvikkeet:
- Paksu pilli tai sateenvarjopussi (mahdollisimman läpinäkyvä)
- Saippuaa (esim. nestesaippua, tiskiaine tai kylpysuolat käyvät)
- Vettä
- LED-valo
- Laserpointteri (tämän kokeen tähti!)
Vaiheet:
Täytä sateenvarjopussi vedellä. Lisää sekaan vain hiuksenhieno määrä saippuavettä – noin 1–3 tippaa riittää! Liika saippua pilaa kokeen. Pieni säätäminen on tiedemiehen perustaito.
Miksi saippuaa tarvitaan? Se saa veteen aikaan mikroskooppisen pieniä hiukkasia (kolloidihiukkasia). Kun laservalo osuu näihin hiukkasiin, valo siroaa eri suuntiin. Tätä kutsutaan Tyndall-ilmiöksi, ja sen ansiosta voimme nähdä ”valon polun” selvästi.
Pimentäkää huone mahdollisimman hyvin. Nyt alkaa kokeen jännittävin osuus.
Suuntaa laserpointterin valo varovasti pussin päästä sisään.
Katso tämä video:
Kun osoitat laserilla pillin päästä, valo ei karkaa ulos, vaikka ampuisit sen vinosti. Se kimpoilee seinämistä kerta toisensa jälkeen ja kulkee suoraan toiseen päähän. Tällöin koko pilli hehkuu punaisena kuin jalokivi!
Huom! Jos saippuavettä on liikaa, valo pysähtyy alkuunsa eikä pääse pussin loppuun asti. Täydellinen ”laimeus” on onnistumisen avain.
Sitten se tärkein vaihe: Kokeile muuttaa laserin kulmaa hitaasti.
Kun valo osuu seinämään riittävän loivassa kulmassa… tulee hetki, jolloin valo ei enää karkaa pussista ollenkaan! Se alkaa kulkea siksakkia pussin sisällä heijastuen jatkuvasti.
Tämä on valon taikuutta – kokonaisheijastus!
Kun valo yrittää siirtyä vedestä ilmaan, mutta kulma on liian loiva, veden ja ilman raja toimii kuin peili. Se heijastaa kaiken valon takaisin. Oikea valokuitu on suunniteltu niin tarkasti, että tämä heijastus jatkuu loputtomiin, jolloin tieto voi kulkea tuhansien kilometrien päähän.
Jos taas kulma on jyrkkä (lähes suorassa seinämää vasten), valo menee seinämän läpi ja karkaa ulos. Tätä kutsutaan taittumiseksi.
Kokemus nopeuttaa oppimista
Ennen kuin tuijotat oppikirjan kaavioita tai ratkot kaavoja, haluan sinun kokevan itse, miltä tuntuu hallita ja vangita valoa. Oma kädenjälki kokeessa on se kipinä, joka sytyttää mielenkiinnon fysiikkaan.
Kokeeseen tarvittava sateenvarjopussi löytyy usein kauppojen eteisestä sadepäivinä – muista valita mahdollisimman kirkas ja läpinäkyvä malli.
Jos haluat syventyä aiheeseen lisää, olen selittänyt kokonaisheijastusta ja rajakulmaa tarkemmin videollani. Käy kurkkaamassa!
Miksi timantti kimaltelee niin kauniisti? Miksi veden alta on vaikea nähdä taivaalle? Kaikki nämä kysymykset liittyvät kokonaisheijastukseen. Tule mukaan katsomaan maailmaa tieteen silmin!
Yhteydenotot ja tiedustelut
Tieteen ihmeitä ja iloa lähempänä sinua! Olen koonnut helppoja ja hauskoja kotikokeita vinkkeineen. Tutki ja kokeile rohkeasti!
• Tiedemuistiinpanot ovat nyt kirjana. Katso lisää täältä • Lue lisää minusta (Ken Kuwako) täältä • Yhteydenotot (luennot, työpajat, TV-työt jne.) täältä • Seuraa päivityksiä X-palvelussa!
Tiedekanava tarjoaa lisää koevideoita!
