ΣΤ΄ ΤΑΞΗ - ΦΥΣΙΚΗ - ΦΩΣ
Φ.Ε. 2: Φως και χρώματα
Τι χρώμα έχει... το φως του ήλιου;
Μα φυσικά... άλλο το ξημέρωμα, άλλο το μεσημέρι, άλλο το σούρουπο!
Μόλις που πάει να χαράξει...
Ετοιμάζεται...
Ξημέρωσε!
Μεσημέρι...
Απόγευμα
Σουρουπώνει...
Η μέρα φεύγει...
Η νύχτα έρχεται...
Ήρθε...
(Δεν υπάρχει ήλιος, άρα ούτε και χρώματα! Ό,τι κάνει, το χλωμό φως του φεγγαριού...)
Γιατί ο Ήλιος έχει τόσο πολλά χρώματα;
Το "λευκό" φως του ηλίου, στην πραγματικότητα είναι όλα τα χρώματα μαζί, τα οποία καταλαμβάνουν ένα πολύ μικρό μέρος του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που υπάρχει γύρω μας, και η οποία αποτελείται από τα κάθε λογής κύματα: ραδιοφωνικά, τηλεφωνικά, μικροκύματα, ραδιενεργά, κλπ.
Ανάλογα με την ώρα της ημέρας, και τόσο πόσο ψηλά ή χαμηλά στον ουρανό βρίσκεται ο Ήλιος, φαίνεται και με διαφορετικό χρώμα.
Γιατί γίνεται αυτό;
Ας τα πάρουμε ένα ένα...
1. Τα χρώματα
Το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας
Στην φύση γύρω μας υπάρχει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η οποία προέρχεται κυρίως από τον ήλιο, αλλά τα τελευταία 100 χρόνια προέρχεται και από τις δραστηριότητες του ανθρώπου.
Τα μικροκύματα (ναι, αυτά που έχει ο φούρνος μικροκυμάτων, για όσους έχουν τέτοιον), τα ραδιοφωνικά και τηλεοπτικά κύματα (πώς νομίζετε ότι ακούμε και βλέπουμε τηλεόραση και ραδιόφωνο;), οι ακτίνες x (δηλαδή οι ακτινογραφίες που βγάζουμε), οι ακτίνες γάμμα (η ραδιενέργεια) και άλλα, όλα αυτά αποτελούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Η ακτινοβολία διαδίδεται όπως τα κύματα του νερού που δημιουργούνται όταν ένα βότσαλο ταράξει την ήσυχη επιφάνεια μιας λίμνης.
Τα μικροκύματα (ναι, αυτά που έχει ο φούρνος μικροκυμάτων, για όσους έχουν τέτοιον), τα ραδιοφωνικά και τηλεοπτικά κύματα (πώς νομίζετε ότι ακούμε και βλέπουμε τηλεόραση και ραδιόφωνο;), οι ακτίνες x (δηλαδή οι ακτινογραφίες που βγάζουμε), οι ακτίνες γάμμα (η ραδιενέργεια) και άλλα, όλα αυτά αποτελούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Η ακτινοβολία διαδίδεται όπως τα κύματα του νερού που δημιουργούνται όταν ένα βότσαλο ταράξει την ήσυχη επιφάνεια μιας λίμνης.
Για να μην ζωγραφίζουμε κυκλάκια και λιμνούλες, σχεδιάζουμε τα κύματα της ακτινοβολίας με μία καμπυλοειδή γραμμή (η οποία όσο πιο στενή είναι -προς τα δεξιά εδώ- τόσο πιο μικρό μήκος κύματος και πιο μεγάλη συχνότητα έχει, δηλαδή είναι πιο διαπεραστική, γι' αυτό και πιο επικίνδυνη για τον άνθρωπο, αλλά αυτό είναι κάτι που δεν μας απασχολεί σε αυτή την φάση...).
Το "άπλωμα" της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, από την μια άκρη έως την άλλη, λέγεται αλλιώς φάσμα.
Το φάσμα της ακτινοβολίας περιλαμβάνει όλα τα παραπάνω που γράψαμε: ραδιοφωνικά κύματα, τηλεοπτικά, μικροκύματα, τηλεφωνικά κύματα, φωτεινά κύματα, ακτινοβολία x, ακτινοβολία γ (ραδιενέργεια, κλπ.).
Κατά το μεγαλύτερο μέρος της η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι αόρατη (δεν βλέπουμε την ακτινοβολία του ραδιοφώνου ή του φούρνου μικροκυμάτων, ή του κινητού...), γι' αυτό στο παρακάτω σχέδιο την σχεδιάσαμε με μαύρο χρώμα.
Η ακτινοβολία είναι ορατή μόνο κατά ένα πάρα πολύ μικρό κομμάτι της, το οπτικό φάσμα όπως λέμε.
Ας δούμε παρακάτω όλο το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας:
Η ορατή ακτινοβολία, ένα πολύ μικρό όπως είπαμε κομμάτι του φάσματος, φτάνει σ' εμάς ως λευκό χρώμα.
Ας δούμε το ορατό μέρος του φάσματος σε μεγέθυνση (μεγεθυμένη εικόνα):
Ας δούμε το ορατό μέρος του φάσματος σε μεγέθυνση (μεγεθυμένη εικόνα):
2. Ανάλυση του λευκού χρώματος:
Από πόσα χρώματα αποτελείται;
Το λευκό χρώμα εμπεριέχει όλα τα χρώματα που βλέπουμε γύρω μας. Το καταλαβαίνουμε αυτό, αν πειραματιστούμε με ένα πρίσμα:
- είτε εικονικά όπως εδώ...
(...που, αν προσέξετε, θα δείτε πως το κόκκινο φως έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από το μπλε και το ιώδες.
Και μια που το έφερε η κουβέντα, μην μπερδευόμαστε! Το μήκος κύματος είναι κάτι που ΔΕΝ βλέπουμε!
Εμείς βλέπουμε απλώς χρώματα: κόκκινο, κίτρινο, πράσινο, κλπ.
Αυτό που βλέπουμε παραπάνω είναι μόνο ένα σχέδιο, για να καταλάβουμε τα μήκη κύματος!)
Και μια που το έφερε η κουβέντα, μην μπερδευόμαστε! Το μήκος κύματος είναι κάτι που ΔΕΝ βλέπουμε!
Εμείς βλέπουμε απλώς χρώματα: κόκκινο, κίτρινο, πράσινο, κλπ.
Αυτό που βλέπουμε παραπάνω είναι μόνο ένα σχέδιο, για να καταλάβουμε τα μήκη κύματος!)
- είτε ρεαλιστικά, με αληθινό πρίσμα, ή με κάτι αντίστοιχο (γυάλινο στυλό, ποτήρι με νερό, πλευρά εγγραφής ενός Cd, κλπ.).
Το αληθινό πρίσμα... |
Το κάτι αντίστοιχο... |
Με το πρίσμα (ή τα υποκατάστατά του) παρατηρούμε πως το λευκό φως αναλύεται σε όλα τα υπόλοιπα χρώματα, τα εξής τρία: μπλε, πράσινο, κόκκινο. Τα βασικά χρώματα, όπως λέμε. (Για κοιτάξτε λίγο πιο πάνω, στην μεγέθυνση του χρωματικού φάσματος: Ποια (τρία) χρώματα φαίνονται περισσότερο;)
Τα λέμε βασικά χρώματα, διότι από την σύνθεση αυτών των τριών χρωμάτων παίρνουμε τις εκατομμύρια χρωματικές αποχρώσεις που βλέπουμε παντού.
Το ουράνιο τόξο
Όταν σταματά να βρέχει, η ατμόσφαιρα είναι για αρκετή ώρα ακόμη γεμάτη σταγονίδια νερού (είναι η έντονη υγρασία που νιώθουμε να υπάρχει στην ατμόσφαιρα μετά την βροχή).
Αν τύχει να βγει ο Ήλιος την ώρα που υπάρχει αυτή η υγρασία (τα σταγονίδια του νερού δηλαδή), τότε το φως καθώς περνά μέσα από αυτά τα σταγονίδια αναλύεται στα χρώματα της Ίριδας.
Πώς γίνεται αυτό; Η κάθε διαφανής σταγονίτσα νερού, έτσι όπως είναι στρογγυλεμένη (δείτε την παρακάτω εικόνα), είναι σαν ένα μικροσκοπικό γυάλινο πρίσμα!
Αν τύχει να βγει ο Ήλιος την ώρα που υπάρχει αυτή η υγρασία (τα σταγονίδια του νερού δηλαδή), τότε το φως καθώς περνά μέσα από αυτά τα σταγονίδια αναλύεται στα χρώματα της Ίριδας.
Πώς γίνεται αυτό; Η κάθε διαφανής σταγονίτσα νερού, έτσι όπως είναι στρογγυλεμένη (δείτε την παρακάτω εικόνα), είναι σαν ένα μικροσκοπικό γυάλινο πρίσμα!
Έτσι, το φως είναι σαν να περνάει μέσα από δισεκατομμύρια μικρά πρίσματα, κάθε ένα από τα οποία το κάνει να αναλύεται στα επί μέρους χρώματά του.
Γι' αυτό ρωτήστε την καμπυλότητα της Γης! Αυτή είναι υπεύθυνη!
(Αλλά σε ένα site για το δημοτικό δεν υπάρχει λόγος να δώσουμε την αναλυτική επιστημονική εξήγηση!)
Αν η Γη ήταν επίπεδη για παράδειγμα, το ουράνιο τόξο θα ήταν μία ευθεία γραμμή στον ουρανό. Αυτό εξάλλου είναι και μία ακόμη απόδειξη της σφαιρικότητάς της.
(Μην εξηγήσετε πού οφείλει την καμπυλότητά του το ουράνιο τόξο σε αυτούς που πιστεύουν πως η Γη είναι επίπεδη [υπάρχουν πολλοί...]: Θα τους μπλοκάρετε!)
(Αλλά σε ένα site για το δημοτικό δεν υπάρχει λόγος να δώσουμε την αναλυτική επιστημονική εξήγηση!)
Αν η Γη ήταν επίπεδη για παράδειγμα, το ουράνιο τόξο θα ήταν μία ευθεία γραμμή στον ουρανό. Αυτό εξάλλου είναι και μία ακόμη απόδειξη της σφαιρικότητάς της.
(Μην εξηγήσετε πού οφείλει την καμπυλότητά του το ουράνιο τόξο σε αυτούς που πιστεύουν πως η Γη είναι επίπεδη [υπάρχουν πολλοί...]: Θα τους μπλοκάρετε!)
3. Σύνθεση του λευκού χρώματος:
Με πόσα χρώματα το φτιάχνουμε;
Όπως αναλύεται το λευκό φως με την βοήθεια ενός πρίσματος στα χρώματα της Ίριδος (ή στα χρώματα του ουράνιου τόξου αν προτιμάτε), το ίδιο εύκολα μπορούμε να κάνουμε και το αντίστροφο: να το συνθέσουμε από τα τρία βασικά χρώματα.
Ψηφιακή σύνθεση των χρωμάτων
Παίξτε ψηφιακά, με τις εκατομμύρια χρωματικές αποχρώσεις. Σύρτε τις μπάρες των τριών χρωμάτων και δείτε τις ατέλειωτες χρωματικές αποχρώσεις.
ΚΛΙΚ στην εικόνα:
Σύνθεση των χρωμάτων με μπογιές
Αν δοκιμάσουμε να κάνουμε τους αντίστοιχους συνδυασμούς με μαρκαδόρους και γενικά με μπογιές, το αποτέλεσμα θα βγει τελείως διαφορετικό. Για παράδειγμα, η σύνθεση των τριών βασικών χρωμάτων (στις μπογιές) μάς δίνει μαύρο!
Το έχουμε δει ήδη, όταν χρωματίζουμε με διαφορετικά χρώματα στο ίδιο σημείο και το βλέπουμε να σκουραίνει, μέχρι να μαυρίσει.
Αυτό συμβαίνει, επειδή το ένα υλικό καλύπτει το άλλο.
Ας το δούμε διαδραστικά! (ΚΛΙΚ στην εικόνα:)
Το έχουμε δει ήδη, όταν χρωματίζουμε με διαφορετικά χρώματα στο ίδιο σημείο και το βλέπουμε να σκουραίνει, μέχρι να μαυρίσει.
Αυτό συμβαίνει, επειδή το ένα υλικό καλύπτει το άλλο.
Ας το δούμε διαδραστικά! (ΚΛΙΚ στην εικόνα:)
Ο δίσκος του Νεύτωνα
Ο Ισαάκ Νεύτων (Isaac Newton, 1643-1727) είχε παρατηρήσει, ύστερα από πειράματα, πως το λευκό φως στην πραγματικότητα δεν υπάρχει. Αντίθετα, το λευκό φως είναι μια σύνθεση των χρωμάτων που βλέπουμε στο ουράνιο τόξο.
Δείτε στο παρακάτω βίντεο πώς λειτουργεί ο δίσκος του Νεύτωνα, και πώς μπορείτε να δημιουργήσετε κι εσείς λευκό φως με δικές σας κατασκευές.
Δείτε στο παρακάτω βίντεο πώς λειτουργεί ο δίσκος του Νεύτωνα, και πώς μπορείτε να δημιουργήσετε κι εσείς λευκό φως με δικές σας κατασκευές.
(youtu.be/lil4co0z7QA)
Συνθέστε μόνοι σας το λευκό φως: Φτιάξτε τον δικό σας χρωματικό δίσκο
Δείτε στο παρακάτω βίντεο πώς μπορείτε να φτιάξετε έναν περιστρεφόμενο χρωματικό δίσκο, χρησιμοποιώντας ένα χρωματιστό χαρτόνι και ένα σχοινάκι. (Οι οδηγίες κατασκευής, από το 1.17 και μετά.)
(https://youtu.be/aPgoRkgUOyI)
Φτιάξτε τον δίσκο σε μορφή σβούρας (πιο εύκολο)
(youtu.be/f1DoAyqo7zo)
Δείτε χρωματικούς δίσκους, διαλέξτε και εκτυπώστε αυτόν που σας αρέσει.
ΚΛΙΚ στην εικόνα:
4. Πώς βλέπουμε τα διαφορετικά χρώματα;
Όταν το φως πέφτει πάνω σ' ένα αντικείμενο, σημαίνει πως όλα τα χρώματα που αποτελούν το λευκό χρώμα πέφτουν πάνω τους. Από εκεί και πέρα, ανάλογα με το είδος του αντικειμένου, βλέπουμε και διαφορετικό χρώμα.
Για παράδειγμα, όταν το λευκό φως πέσει πάνω σε μία ντομάτα, η επιφάνειά της, για την ακρίβεια το υλικό με το οποίο είναι φτιαγμένη η επιφάνειά της, έχει την ιδιότητα να απορροφά όλες τις ακτινοβολίες του φωτός (όλα τα χρώματα) εκτός από μία συγκεκριμένη απόχρωση του κόκκινου χρώματος: αυτή που αντιστοιχεί στο χρώμα της συγκεκριμένης ντομάτας.
Το ίδιο γίνεται, π.χ., και με ένα μπλε αυτοκίνητο: Η μπογιά με την οποίαν είναι βαμμένο έχει την ιδιότητα να απορροφά όλα τα χρώματα του φάσματος εκτός από την συγκεκριμένη μπλε απόχρωση του αυτοκινήτου.
Το βλέπουμε στην εικόνα πιο πάνω, μπορούμε να το δούμε και σε animation στο παρακάτω βίντεο:
Για παράδειγμα, όταν το λευκό φως πέσει πάνω σε μία ντομάτα, η επιφάνειά της, για την ακρίβεια το υλικό με το οποίο είναι φτιαγμένη η επιφάνειά της, έχει την ιδιότητα να απορροφά όλες τις ακτινοβολίες του φωτός (όλα τα χρώματα) εκτός από μία συγκεκριμένη απόχρωση του κόκκινου χρώματος: αυτή που αντιστοιχεί στο χρώμα της συγκεκριμένης ντομάτας.
Το ίδιο γίνεται, π.χ., και με ένα μπλε αυτοκίνητο: Η μπογιά με την οποίαν είναι βαμμένο έχει την ιδιότητα να απορροφά όλα τα χρώματα του φάσματος εκτός από την συγκεκριμένη μπλε απόχρωση του αυτοκινήτου.
Το βλέπουμε στην εικόνα πιο πάνω, μπορούμε να το δούμε και σε animation στο παρακάτω βίντεο:
(youtu.be/EHMH0uQDEOU)
Γιατί ο ουρανός έχει γαλάζιο χρώμα;
Γιατί το ξημέρωμα και το ηλιοβασίλεμα τον βλέπουμε να έχει "πορτοκαλοκίτρινο" χρώμα;
Χμ...
Για να το δούμε λίγο απλοποιημένα...
Καθώς το μεσημέρι πέφτουν οι ακτίνες του ήλιου στην Γη, περνούν μέσα από την ατμόσφαιρα, η οποία αποτελείται από διάφορα αέρια (με κυριότερα το άζωτο και το οξυγόνο).
Καθώς λοιπόν το φως περνά μέσα από την ατμόσφαιρα (κίτρινες ακτίνες στο σχήμα παρακάτω), μέχρι να φτάσει στα μάτια μας συγκρούεται συνεχώς με τα μόρια των αερίων της.
Τα χρώματα με τα μικρότερα μήκη κύματος (μπλε και ιώδες) απορροφώνται από τα μόρια των αερίων και διασκορπίζονται προς όλες τις κατευθύνσεις, με αποτέλεσμα να βλέπουμε τον ουρανό γαλάζιο.
Ερώτηση 1: Γιατί τον βλέπουμε γαλάζιο και όχι μπλε;
Απάντηση: Διότι και τα υπόλοιπα χρώματα του λευκού φωτός απορροφώνται πολύ λίγο έως ελάχιστα, οπότε στην πραγματικότητα το γαλάζιο χρώμα που βλέπουμε είναι ένας συνδυασμός των χρωμάτων (όπου τον μεγαλύτερο ρόλο βέβαια τον παίζει το μπλε χρώμα).
Ερώτηση 2: Αφού το ιώδες (μωβ) απορροφάται όπως και το μπλε, τότε γιατί δεν βλέπουμε τον ουρανό μωβ;
Απάντηση: Αφενός ένα μεγάλο μέρος της ιώδους ακτινοβολίας απορροφάται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, έτσι το ιώδες που φτάνει μέχρι τα μάτια μας έχει πολύ μικρή ένταση· αφετέρου, τα μάτια μας αντιλαμβάνονται πιο εύκολα το μπλε χρώμα παρά το ιώδες (μωβ).
Αυτά γίνονται στην διάρκεια της ημέρας.
Στην διάρκεια του ξημερώματος ή του ηλιοβασιλέματος γίνεται κάτι άλλο:
Καθώς ετοιμάζεται να ξημερώσει, ή καθώς πηγαίνει προς την δύση του, ο Ήλιος ταξιδεύει πολύ μεγαλύτερη απόσταση μέχρι να φτάσει στα μάτια μας (πορτοκαλί ακτίνες στο σχήμα).
Επειδή όμως, από όλα τα χρώματα του φάσματος το πορτοκαλί και το κόκκινο έχουν μεγαλύτερο μήκος κύματος από τα άλλα χρώματα, γι' αυτό μπορούν και περνούν πιο εύκολα τα "εμπόδια" της ατμόσφαιρας, σε αντίθεση με το μπλε και το γαλάζιο που έχουν μικρότερο μήκος κύματος και χάνονται μέσα στις πολλές συγκρούσεις με τα αέρια της ατμόσφαιρας.
Έτσι, το πορτοκαλί και το κόκκινο φτάνουν πιο εύκολα στα μάτια μας.
Αν θέλετε πιο λεπτομερείς εξηγήσεις, μπορείτε να διαβάσετε ΕΔΩ! και ΕΔΩ! (που ταυτόχρονα είναι και οι πηγές για αυτά που γράφουμε παραπάνω).
Για να το δούμε λίγο απλοποιημένα...
Καθώς το μεσημέρι πέφτουν οι ακτίνες του ήλιου στην Γη, περνούν μέσα από την ατμόσφαιρα, η οποία αποτελείται από διάφορα αέρια (με κυριότερα το άζωτο και το οξυγόνο).
Καθώς λοιπόν το φως περνά μέσα από την ατμόσφαιρα (κίτρινες ακτίνες στο σχήμα παρακάτω), μέχρι να φτάσει στα μάτια μας συγκρούεται συνεχώς με τα μόρια των αερίων της.
Τα χρώματα με τα μικρότερα μήκη κύματος (μπλε και ιώδες) απορροφώνται από τα μόρια των αερίων και διασκορπίζονται προς όλες τις κατευθύνσεις, με αποτέλεσμα να βλέπουμε τον ουρανό γαλάζιο.
Ερώτηση 1: Γιατί τον βλέπουμε γαλάζιο και όχι μπλε;
Απάντηση: Διότι και τα υπόλοιπα χρώματα του λευκού φωτός απορροφώνται πολύ λίγο έως ελάχιστα, οπότε στην πραγματικότητα το γαλάζιο χρώμα που βλέπουμε είναι ένας συνδυασμός των χρωμάτων (όπου τον μεγαλύτερο ρόλο βέβαια τον παίζει το μπλε χρώμα).
Ερώτηση 2: Αφού το ιώδες (μωβ) απορροφάται όπως και το μπλε, τότε γιατί δεν βλέπουμε τον ουρανό μωβ;
Απάντηση: Αφενός ένα μεγάλο μέρος της ιώδους ακτινοβολίας απορροφάται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, έτσι το ιώδες που φτάνει μέχρι τα μάτια μας έχει πολύ μικρή ένταση· αφετέρου, τα μάτια μας αντιλαμβάνονται πιο εύκολα το μπλε χρώμα παρά το ιώδες (μωβ).
Αυτά γίνονται στην διάρκεια της ημέρας.
Στην διάρκεια του ξημερώματος ή του ηλιοβασιλέματος γίνεται κάτι άλλο:
Καθώς ετοιμάζεται να ξημερώσει, ή καθώς πηγαίνει προς την δύση του, ο Ήλιος ταξιδεύει πολύ μεγαλύτερη απόσταση μέχρι να φτάσει στα μάτια μας (πορτοκαλί ακτίνες στο σχήμα).
Επειδή όμως, από όλα τα χρώματα του φάσματος το πορτοκαλί και το κόκκινο έχουν μεγαλύτερο μήκος κύματος από τα άλλα χρώματα, γι' αυτό μπορούν και περνούν πιο εύκολα τα "εμπόδια" της ατμόσφαιρας, σε αντίθεση με το μπλε και το γαλάζιο που έχουν μικρότερο μήκος κύματος και χάνονται μέσα στις πολλές συγκρούσεις με τα αέρια της ατμόσφαιρας.
Έτσι, το πορτοκαλί και το κόκκινο φτάνουν πιο εύκολα στα μάτια μας.
Αν θέλετε πιο λεπτομερείς εξηγήσεις, μπορείτε να διαβάσετε ΕΔΩ! και ΕΔΩ! (που ταυτόχρονα είναι και οι πηγές για αυτά που γράφουμε παραπάνω).
(Digitalzoot)
Δημιουργήστε χρωματικούς συνδυασμούς
Παίξτε με τους συνδυασμούς της παλέτας RGB (τα τρία βασικά χρώματα: κόκκινο [Red], πράσινο [Green, μπλε [Blue] ).
Γράψτε όποιον αριθμό από το 0 έως το 255 σε κάθε ένα από τα τρία κουτάκια (ή μετακινηθείτε μέσα στις μπάρες με το ποντίκι σας) και φτιάξτε 16,5 εκατομμύρια χρωματικές αποχρώσεις.
Γράψτε όποιον αριθμό από το 0 έως το 255 σε κάθε ένα από τα τρία κουτάκια (ή μετακινηθείτε μέσα στις μπάρες με το ποντίκι σας) και φτιάξτε 16,5 εκατομμύρια χρωματικές αποχρώσεις.
ΚΛΙΚ στην εικόνα: