Kolory i

światło

BARWY – TEORIALudzkie oko rozróżnia trzy kolory, których kombinacje dają wszystkie barwy tęczy. Podobnie skonstruowane są cyfrowe aparaty fotograficzne, ale nasze oczy mają znacznie lepszą rozdzielczość. Jednak nie wszyscy ludzie widzą barwy tak samo…Siatkówka naszego oka reaguje jedynie na niewielki zakres promieniowania elektromagnetycznego. Ta część widma jest potocznie nazywana światłem widzialnym.Żeby zrozumieć mechanizm odbierania przez nas barw, warto uświadomić sobie, że decydują o tym dwa czynniki. Pierwszym jest po prostu fizyczna natura światła. We Wszechświecie istnieją fale elektromagnetyczne o różnej długości. Pewien zakres tych fal – od 380 do 780nm – jest odbierany przez nas ludzi jako światło widzialne. Są to te fale, które rejestruje nasz zmysł wzroku. Światło widzialne składa się z rozróżnianych przez nasze oczy pasm o różnych kolorach, przy czym to, że nazywamy jedno kolorem niebieskim, inne zielonym, a jeszcze inne czerwonym, jest kwestią umowną.

Za pomocą wzroku możemy jedynie subiektywnie ocenić kolor jakiegoś przedmiotu. Obiektywnie nawet dwa identyczne dla naszego wzroku przedmioty mogą się różnić. Dlaczego? Światło, padając na przedmiot, może się od niego odbić lub zostać pochłonięte. To, co się odbija, widzą nasze oczy. Jeśli światło białe w całości odbije się od przedmiotu – zobaczymy kolor biały. Jeśli całe światło zostanie pochłonięte – zobaczymy czarny. Jeśli zaś pochłonięciu ulegnie tylko część widma – zobaczymy kolor odpowiadający długości fali odbitej od przedmiotu. Dlaczego zatem trawa jest zielona? Bo od liści odbija się fala świetlna o długości 500-580 nm, określana przez ludzi jako zieleń. Zdarza się nam pomylić kolor, np. przymierzając ubranie w sklepie. Zamiast czarnych spodni możemy kupić np. granatowe. Tu dochodzimy do sedna: co stanie się, jeśli dany przedmiot oświetlimy światłem innym niż białe? Otóż, jeśli w świetle białym bluzka jest czerwona, oznacza to, że odbija sięod niej czerwone światło. Jeśli jednak poświecimy na bluzkę monochromatycznymświatłem niebieskim (które nie ma składnika odpowiadającego barwie czerwonej), całe światło zostanie pochłonięte, a nam będzie się wydawać, że bluzka jest... czarna.

HISTORIA:

Choć ludzie od zawsze obserwowali rozszczepianie światła w naturze (tęcza!) dopiero Isaac Newton w 1665 roku stwierdził, że światło jest mieszanką różnych kolorów. Nie on pierwszy użył do doświadczeń ze światłem pryzmatu (obserwując barwne efekty), jednak jako jedyny wyciągnął prawidłowe wnioski. Dotąd uważano, że kolory widać dlatego, że pryzmat barwi światło. Newton wykonał jednak dwa proste eksperymenty, które pomogły mu obalić tę tezę. Najpierw z rozszczepionej wiązki wybrał światło określonej barwy i przepuścił przez drugi pryzmat. Zaobserwował, że nie pojawiły się nowe kolory, światło zachowało swą barwę. W kolejnym doświadczeniu użył dwóch pryzmatów, z których pierwszy rozszczepiał światło,a drugi działał odwrotnie – okazało się, że „tęcza” składa się z powrotem w światło białe. Angielski chemik, fizyk i meteorolog John Dalton był nie tylko twórcą atomistycznej teorii materii i odkrywcą prawa ciśnień cząstkowych. W 1794 roku opisał zaburzenia widzenia barw, które stwierdził także u siebie. Do dziś te zaburzenia nazywa się od jego nazwiskadaltonizmem. Promieniowanie podczerwone (niewidzialne dla oka) odkrył w 1800 roku Friedrich Wilhelm Herschel, który wpadł na pomysł, żeby zmierzyć temperaturę światła o poszczególnych kolorach. W swoich pomiarach trochę się zagalopował – i ze zdziwieniemstwierdził, że tam, gdzie nic nie widać, jest cieplej niż w widmie światła czerwonego. Wnioski z tego doświadczenia pozwoliły rok później Johannowi Wilhelmowi Ritterowi odkryć promieniowanie ultrafioletowe. W 1864 roku szkocki fizyk James Clerk Maxwell

stwierdził, że światło jest falą elektromagnetyczną stanowiącą część widma o tych samych właściwościach.

WSPÓŁCZESNE ZASTOSOWANIE:

Z pewnością każdy z nas pamięta bitwy na miecze świetlne z „Gwiezdnych wojen”. Człowiek wykorzystuje laser, czyli światło o określonej długości fali, nie tylko w filmach. Służy ono np. do badań medycznych, a jeśli wiązka ma odpowiednią moc, można posługiwać się nią nawet jak skalpelem np. w chirurgii. Lasera w medycynie użyto po raz pierwszy w 1962 roku. Pierwsze lasery stosowano w dermatologii i chirurgii oka. Dziś to urządzenie jest powszechnie wykorzystywane w wielu dziedzinach medycyny.Lasery stosuje się też do tworzenia hologramów oraz odczytywania płyt CD czy DVD w odtwarzaczach. Światło od lat wykorzystują astronomowie do określania odległości. Rok świetlny to odległość, jaką światło przebywa w ciągu jednego roku. Jeśli posłużymy się takim parametrem – wszędzie będzie dość blisko! Ziemia oddalona jest np. od Księżyca jedynie o 1,3 s świetlnej (3,44 x 108 m), a odSłońca – tylko 8 min i 19 s świetlnych (1,5 x 1011 m). Przechodząc wieczorem obok szpitala, można zauważyć w oknach niebieskawą poświatę. Do dezynfekcji pomieszczeń wykorzystuje się bowiem lampy emitujące promieniowanie ultrafioletowe – bardzo skutecznie zabija ono mikroorganizmy. Dzieje się tak, ponieważ ten zakres promieniowania niszczy materiał genetyczny i białka w komórkach. Dlatego aby zmniejszyć ryzyko zachorowania na raka skóry, warto używać kremu z filtrem UV. Wiele nocnych zwierząt widzi podczerwień. Mogą dzięki temu wypatrzyć ofiarę lub drapieżnika – ciepło, które wydziela organizm, jest przynajmniej w części falą w zakresie podczerwieni. Wykorzystuje się to w noktowizorach i kamerach termowizyjnych, które pomagają człowiekowi zobaczyć to, co dla oka niewidzialne. Podczerwień znalazła też zastosowanie np. w pilotach do telewizorów.

Eksperyment 1

Magiczne kolory

Potrzebujesz: trzy szklanki łyżkę łyżeczkę sok z czerwonej kapusty ocet sodę oczyszczoną

Postępuj tak:1. Do trzech szklanek wlej tyle samo wody.2. Do pierwszej szklanki nie dodawaj nic.3. Do drugiej szklanki dodaj trzy łyżki octu.4. Do trzeciej dodaj łyżeczkę sody oczyszczonej.5. Do każdej szklanki wlej trochę soku z czerwonej kapusty.

Co się stało?

Odpowiedź:W pierwszej szklance woda przybrała kolor soku z czerwonej kapusty i stała się fioletowa.W drugiej szklance woda przybrała kolor różowy.W trzeciej szklance woda stała się niebieska / granatowa.

Wyjaśnienie:W tym doświadczeniu badamy właściwości substancji. Sok z czerwonej kapusty służy do wykrywania odczynu pH. Czysta woda jest substancją obojętną, dlatego przybiera kolor fioletowy – taki, jak sok z kapusty. Kolor różowy, jaki pojawia się w drugiej szklance świadczy o tym, że znajdujący się w niej płyn jest kwasem. Natomiast kolor niebieski świadczy o odczynie zasadowym danej substancji.

Źródło: http://www.spryciarze.pl/zobacz/jak-wykonac-sztuczke-magiczne-kolory

Eksperyment 2

Mocna herbata

Potrzebujesz: trzy szklanki łyżeczkę mocną herbatę kwasek cytrynowy sodę oczyszczoną

Postępuj tak:1. Do trzech szklanek wlej jednakową ilość mocnej herbaty.2. Do pierwszej szklanki dodaj pół łyżeczki kwasku cytrynowego.3. Drugą szklankę zostaw do porównania4. Do trzeciej szklanki wsyp pół łyżeczki sody oczyszczonej.

Co się stało?

Odpowiedź:Barwa w pierwszej szklance zmienia się na bursztynową, co wskazuje na słabą herbatę, natomiast w trzeciej szklance płyn przyjmuje kolor ciemnobrunatny, a to jest charakterystyczne dla bardzo mocnego naparu.

Wyjaśnienie:W herbacie zawarte są pochodne taniny, które zmieniają barwę pod wpływem pH. Dodanie sody powoduje podniesienie pH, przez co płyn zmienia odczyn na zasadowy. Natomiast dodanie kwasku cytrynowego obniża pH, a taka substancja charakteryzuje się odczynem kwaśnym.

Ciekawostka:Wlej zawartość 3. szklanki do 1. szklanki. W ten sposób wywołasz dość burzliwą reakcję. Roztwór zacznie się pienić, a wyglądem będzie przypominał ciemne piwo lub coca-colę.

Źródło: http://www.eioba.pl/a/1kay/doswiadczenia-dla-dzieci

Eksperyment 3

Piękne barwy

Potrzebujesz: szklankę ocet pasek papieru mazak w dowolnym kolorze linijka

Postępuj tak:1. Do szklanki wlej trochę octu (na wysokość 1 cm od dna).2. Na pasku papieru namaluj mazakiem poziomą kreskę na wysokości 2 cm od jego

końca.3. Włóż pasek papieru do szklanki z octem (tym końcem, na którym namalowana jest

kreska).

Co widzisz?

Odpowiedź:Ocet zaczyna się wspinać po pasku papieru, który jest w niej zanurzony. Po chwili dosięga namalowanej mazakiem kreski i zaczyna ciągnąć za sobą wchodzące w jego skład barwniki.

Wyjaśnienie:W tym eksperymencie zaobserwować można zjawisko chromatografii. Polega ona na tym, że poszczególne składniki pewnej mieszaniny przepuszczone przez pewien ośrodek wędrują z różnymi prędkościami i dlatego zostają rozdzielone.

Źródło: http://www.eioba.pl/a/1kay/doswiadczenia-dla-dzieci

Eksperyment 4

Domowa tęcza

Potrzebujesz: lusterko latarkę miskę z wodą biały karton

Postępuj tak:1. Napełnij miskę wodą.2. Do miski włóż lusterko tak, żeby opierało się o jedną z jej ścianek.3. Naprzeciwko lusterka ustaw biały karton.4. Świecącą latarkę skieruj tak, żeby oświetlała miskę z wodą i lusterko.

Co widzisz?

Odpowiedź:Przy poprawnym wykonaniu tego doświadczenia na ścianie powinna pojawić się tęcza.

Wyjaśnienie:W eksperymencie tym zaobserwować można zjawisko rozszczepienia światła. Polega ono na rozdzieleniu światła białego na jego składowe barwy – czerwoną, pomarańczową, żółtą, zieloną, niebieską, granatową i fioletową.

Źródło: http://nauczyciel.wsipnet.pl/oip/fizyka_3/Rozdzial_2/strony/dosw_dom_u.html

Eksperyment 5

Kolorowy wir z mleka

Potrzebujesz: mleko płyn do mycia naczyń patyczek do uszu farbki płaski talerz łyżeczka

Postępuj tak:1. Wlej mleko na talerzyk.2. Farbki wymieszaj z wodą.3. Przy pomocy łyżeczki nałóż barwniki na mleko (najlepiej na środku).4. Patyczek do uszu zamocz w płynie do mycia naczyń.5. Przyłóż patyczek do mleka pośrodku talerza.

Co się stało?

Odpowiedź:Barwniki „rozeszły” się ze środka do brzegów talerza.

Wyjaśnienie:W mleku poza wodą znajdują się różne cenne składniki odżywcze takie jak: białko, sole mineralne i witaminy. Znajduje się w nim również tłuszcz i to on głównie odpowiada za obserwowaną „eksplozję kolorów”. Dotknięcie mleka patyczkiem nasączonym detergentem powoduje osłabienie oddziaływań pomiędzy cząsteczkami tłuszczu, do których przyłączają się cząsteczki detergentu. Efekty migracji obserwujemy dzięki barwnikom dodanym do mleka.

Źródło: http://www.spryciarze.pl/zobacz/jak-zrobic-kolorowy-wir-z-mleka

Eksperyment 6

Złudzenia optyczne

Potrzebujesz: laptop

Postępuj tak:1. Włącz prezentację multimedialną zatytułowaną „Złudzenia optyczne”. Kliknij F5, aby

prezentacja zaczęła działać. Postępuj według instrukcji podanych na slajdach.

Co się stało?

Odpowiedź:Wszystkie ilustracje przedstawione w prezentacji są złudzeniami optycznymi.

Wyjaśnienie:Nasze ograniczenia w postrzeganiu barw wynikają z zasady działania siatkówki oka, która posiada komórki odpowiedzialne za widzenie różnych kolorów. Siatkówka została jednak zaprogramowana tak, że komórki odpowiadające za rozpoznanie koloru zielonego i te, które reagują na kolor czerwony, nie mogą jednocześnie działać, czyli nie możemy zobaczyć czerwonej zieleni. W momencie, gdy dotrze do oka czerwone promieniowanie, wysyłana jest informacje do mózgu, że widzimy taką, a nie inną barwę. W tym samym czasie komórki odpowiedzialne za rozpoznanie koloru zielonego są nieaktywne.

Nasz mózg ma tendencje, aby widzieć proste, jednolite i zamknięte kształty. Dlatego nasz system widzenia próbuje rozpoznawać struktury składające się z powierzchniowych wzorów. W jaki sposób zobaczymy jasne lub ciemne powierzchnie , zależy w dużej mierze od tej powierzchni, granicznych linii i odstępów. To wyjaśnia, na przykład, dlaczego biały obiekt na ciemnym tle wydaje się znacznie jaśniejszy od tego na jasnym tle.Nasze fotoreceptory są zaprojektowane do wzmacniania różnic jasności przy przylegających powierzchniach tak, aby lepiej odróżniać jedną powierzchnie od drugiej. Dlatego czarny jest widziany jako “czarniejszy”, a biały jako “bielszy” na powierzchniach granicznych.

Dlaczego białe kwadraty na czarnym tle wydają się większe od czarnych kwadratów tej samej wielkości na białym tle?Drobne ruchy oka oznaczają, że białe i czarne światło (albo brak światła) jest zamiennie przypadkiem na szczególnych fotoreceptorach oka z uwzględnieniem przestrzeni brzegowych obserwowanego obiektu. Białe światło pobudza znacznie bardziej, aniżeli światło czarne. Nawet kiedy pobudzone fotoreceptory mają długi czas zanim zaczną swoją pracę, białe światło ciągle pozostawia swój ślad. Aby zanikło musi upłynąć trochę czasu. To zanikanie jest odpowiedzialne za subiektywne odczucie różnic wielkości.

Źródło: http://www.rodenstock.com/rodb2c/pl/pl/1339886/docId-1337881/%C5%9Awiat%20widzenia/Zjawiska%20optyczne/Kszta%C5%82ty.html ; http://odkrywcy.pl/kat,111396,page,2,title,Jak-zobaczyc-zakazane- kolory,wid,14236070,wiadomosc.html?_ticrsn=3&smg4sticaid=6f9e6 ; http://www.zludzenia.pl/kolor.html

Eksperyment 7

Znikające obrazki

Potrzebujesz: folia do bindowania: zielona i czerwona banan, papryka, ogórek, marchew, cytryna, sałata

kartka papieru

kredki

Postępuj tak:1. Przyjrzyj się wyłożonym owocom i warzywom najpierw zza folii zielonej, potem zza

folii czerwonej.2. Na białej kartce narysuj dowolny rysunek posługując się tylko czerwoną i zieloną

kredką. Rysunek obejrzyj zza folii zielonej, potem czerwonej.3. Obejrzyj co przedstawia biała kartka z kolorowymi kratkami. Obejrzyj go przez

zieloną, a potem czerwoną folię.

Co się stało?

Odpowiedź:Elementy narysowane czerwoną kredką, widziane przez czerwoną folię, nie są widoczne.

Wyjaśnienie:Filtr czerwony przepuszcza jedynie światło czerwone, dlatego czerwone elementy rysunku zostały pochłonięte przez filtr.

Źródło: http://www.dzieciecafizyka.pl/eksperymenty/filtrczerwonyizielony/filtrczerwonyizielony.html