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 συμβαίνει αυτό;
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.
Μάλιστα...
Ας τα πάρουμε ένα ένα...
Το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας
Στην φύση γύρω μας υπάρχει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η οποία προέρχεται κυρίως από τον ήλιο, αλλά τα τελευταία 100 χρόνια και από τις δραστηριότητες του ανθρώπου. Τα μικροκύματα, τα ραδιοφωνικά και τηλεοπτικά κύματα (πώς νομίζετε ακούμε και βλέπουμε τηλεόραση και ραδιόφωνο;), οι ακτίνες x και γάμμα (η ραδιενέργεια δηλαδή) 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.
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 σ' αυτή την φάση...).
Το "άπλωμα" της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, από την μια άκρη έως την άλλη, λέγεται αλλιώς και φάσμα.
Το φάσμα της ακτινοβολίας δηλαδή 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...). Είναι ορατή μόνο κατά ένα πάρα πολύ μικρό κομμάτι της, το οπτικό φάσμα όπως λέμε.
Ας δούμε στο παρακάτω σχέδιο 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 μεγεθυμένο:
Ας δούμε το ορατό μέρος του φάσματος μεγεθυμένο:
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 'φερε 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 'φερε 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, διότι από την σύνθεση αυτών των τριών χρωμάτων παίρνουμε τις εκατομμύρια χρωματικές αποχρώσεις που βλέπουμε καθημερινά!
Τα λέμε βασικά, διότι από την σύνθεση αυτών των τριών χρωμάτων παίρνουμε τις εκατομμύρια χρωματικές αποχρώσεις που βλέπουμε καθημερινά!
Το ουράνιο τόξο
Όταν σταματά να βρέχει, η ατμόσφαιρα είναι για αρκετή ώρα ακόμη γεμάτη σταγονίδια νερού (υγρασία, που λέμε).
Αν τύχει εκείνη την ώρα να βγει ο ήλιος, τότε το νερό καθώς περνά μέσα από την υγρασία, δηλαδή τα σταγονίδια του νερού, αναλύεται στα χρώματα της Ίριδας. Πώς γίνεται αυτό; Μα η κάθε διαφανής σταγονίτσα νερού είναι σαν ένα μικροσκοπικό γυάλινο πρίσμα!
Έτσι, το νερό είναι σαν να περνάει μέσα από τρισεκατομμύρια μικρά πρίσματα, κάθε ένα από τα οποία το αναλύει στα επί μέρους χρώματά του.
Αν τύχει εκείνη την ώρα να βγει ο ήλιος, τότε το νερό καθώς περνά μέσα από την υγρασία, δηλαδή τα σταγονίδια του νερού, αναλύεται στα χρώματα της Ίριδας. Πώς γίνεται αυτό; Μα η κάθε διαφανής σταγονίτσα νερού είναι σαν ένα μικροσκοπικό γυάλινο πρίσμα!
Έτσι, το νερό είναι σαν να περνάει μέσα από τρισεκατομμύρια μικρά πρίσματα, κάθε ένα από τα οποία το αναλύει στα επί μέρους χρώματά του.
|
Και γιατί είναι στρογυλεμένο; Γιατί έχει αυτό το καμπύλο σχήμα;
|
Γι' αυτό ρωτήστε την καμπυλότητα της Γης! Αυτή είναι υπεύθυνη!
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.
(Ωχ! Θα πάθουν σοκ οι συνωμοσιολόγοι που πιστεύουν πως η Γη μας είναι επίπεδη, αν τους εξηγήσει κάποιος πώς δημιουργείται το ουράνιο τόξο!)
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.
(Ωχ! Θα πάθουν σοκ οι συνωμοσιολόγοι που πιστεύουν πως η Γη μας είναι επίπεδη, αν τους εξηγήσει κάποιος πώς δημιουργείται το ουράνιο τόξο!)
Σύνθεση του λευκού χρώματος: Πόσα χρώματα χρειαζόμαστε;
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.
Μπορούμε να το κάνουμε (και να παίξουμε με τις εκατομμύρια χρωματικές αποχρώσεις) δυστυχώς μόνο ψηφιακά· μόνο εικονικά. Το γιατί, θα το δούμε παρακάτω. Προς το παρόν, παίζουμε! (ΚΛΙΚ στην εικόνα:)
Μπορούμε να το δούμε και σε βίντεο.
Προσέξτε πόσα χρώματα δημιουργούνται από την σύνθεση τριών μόνο χρωμάτων!
(youtu.be/ceaScLP8s3M)
Ο δίσκος του Νεύτωνα
Ο Ισαάκ Νεύτων (Isaac Newton, 1643-1727) είχε παρατηρήσει, ύστερα από πειράματα, πως το λευκό φως δεν υπάρχει. Αντίθετα, τα επτά χρώματα που βλέπουμε στο ουράνιο τόξο είναι αυτά που αν ενωθούν με κάποιον τρόπο δίνουν το λευκό φως.
Δείτε την λειτουργία του χρωματικού δίσκου του Νεύτωνα στο παρακάτω βίντεο.
Δείτε την λειτουργία του χρωματικού δίσκου του Νεύτωνα στο παρακάτω βίντεο.
(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 (εκτός από το χρωματιστό χαρτονάκι φυσικά!) μόνο μία κλωστή!.
(youtu.be/OfVYBeYkqnw)
Δείτε χρωματικούς δίσκους και διαλέξτε αυτόν που σας κάνει κλικ!
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.
Ας το δούμε και εδώ! (ΚΛΙΚ στην εικόνα:)
Το έχουμε δει ήδη, όταν χρωματίζουμε με διαφορετικά χρώματα στο ίδιο σημείο και το βλέπουμε να σκουραίνει, μέχρι να μαυρίσει.
Ας το δούμε και εδώ! (ΚΛΙΚ στην εικόνα:)
Αυτό γίνεται διότι τα χρώματα στην φύση είναι μορφές ακτινοβολίας (και στην οθόνη του υπολογιστή συνδυασμός pixels), ενώ στην ζωγραφική καλύπτουμε ένα αντικείμενο με ένα υλικό το οποίο έχει την ιδιότητα να φαίνεται με ένα ορισμένο χρώμα. Αντίθετη και τελείως διαφορετική διαδικασία, δηλαδή, από την ακτινοβολία...
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 'κεί 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 (όλα τα χρώματα) του φωτός εκτός από μία συγκεκριμένη απόχρωση του κόκκινου χρώματος: αυτη που αντιστοιχεί στο χρώμα της 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.
Κάπως έτσι...
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 (όλα τα χρώματα) του φωτός εκτός από μία συγκεκριμένη απόχρωση του κόκκινου χρώματος: αυτη που αντιστοιχεί στο χρώμα της 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.
Κάπως έτσι...
Το βλέπουμε στην εικόνα πιο πάνω, μπορούμε να το δούμε και σε animation στο παρακάτω βίντεο:
(youtu.be/EHMH0uQDEOU)
Και τι γίνεται με τα πολλά χρώματα του ουρανού;
Εδώ αρχίζουν και δυσκολεύουν τα πράγματα (για το Δημοτικό)...
Οπότε ας το δούμε λίγο απλά και κάπως χοντροκομμένα...
Καθώς πέφτουν οι ακτίνες του ήλιου στην Γη, περνούν μέσα από την ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα όμως αποτελείται από διάφορα αέρια και σκόνη. Καθώς περνά το φως μέσα από τα αέρια της ατμόσφαιρας, για λόγους που δεν είναι επί του παρόντος (που αν έχετε όμως την φοβερή περιέργεια, μπορείτε να το διαβάσετε από ΕΔΩ!) αποκτά αυτό το χαρακτηριστικό και γνωστό μπλε χρώμα.
Αν κοιτάξουμε το παρακάτω σχέδιο, οι πορτοκαλί ακτίνες του ήλιου την ώρα του ηλιοβασιλέματος, που ο ήλιος φαίνεται χαμηλά στον ορίζοντα, έχουν να διανύσουν πολύ μεγαλύτερη απόσταση μέσα στην ατμόσφαιρα (πορτοκαλί γραμμή), απ' ότι, για παράδειγμα, οι κίτρινες ακτίνες το μεσημέρι (κίτρινη γραμμή).
Επειδή όμως, από όλα τα χρώματα του φάσματος το πορτοκαλοκόκκινο έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από τα άλλα, γι' αυτό μπορεί και "υπερπηδά" τα περισσότερα 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 και την σκόνη της ατμόσφαιρας.
Οπότε ας το δούμε λίγο απλά και κάπως χοντροκομμένα...
Καθώς πέφτουν οι ακτίνες του ήλιου στην Γη, περνούν μέσα από την ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα όμως αποτελείται από διάφορα αέρια και σκόνη. Καθώς περνά το φως μέσα από τα αέρια της ατμόσφαιρας, για λόγους που δεν είναι επί του παρόντος (που αν έχετε όμως την φοβερή περιέργεια, μπορείτε να το διαβάσετε από ΕΔΩ!) αποκτά αυτό το χαρακτηριστικό και γνωστό μπλε χρώμα.
Αν κοιτάξουμε το παρακάτω σχέδιο, οι πορτοκαλί ακτίνες του ήλιου την ώρα του ηλιοβασιλέματος, που ο ήλιος φαίνεται χαμηλά στον ορίζοντα, έχουν να διανύσουν πολύ μεγαλύτερη απόσταση μέσα στην ατμόσφαιρα (πορτοκαλί γραμμή), απ' ότι, για παράδειγμα, οι κίτρινες ακτίνες το μεσημέρι (κίτρινη γραμμή).
Επειδή όμως, από όλα τα χρώματα του φάσματος το πορτοκαλοκόκκινο έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από τα άλλα, γι' αυτό μπορεί και "υπερπηδά" τα περισσότερα 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 και την σκόνη της ατμόσφαιρας.
Έτσι, αυτό που τελικά φτάνει στα μάτια μας είναι το χρώμα που υπερνικά τα εμπόδια καλύτερα καιπιο αποτελεσματικά από τα άλλα χρώματα: το κόκκινο με τις αποχρώσεις του!
Γι' αυτό κατά την ανατολή και την δύση του ήλιου ο ουρανός παίρνει αυτά τα όμορφα και ζεστά πορτοκαλοκόκκινα χρώματα...
