Jeśli lubisz proste eksperymenty, których wyniki są zaskakujące, to ta propozycja jest dla Ciebie. Dzisiaj dowiesz się co zrobić, aby niewielki przedmiot (np. moneta lub znaczek pocztowy) „zniknął”.
Poznasz również tajniki sprawiania, by przedmiot był widoczny tam, gdzie go w rzeczywistości nie ma. Oczywiście, nie będą to żadne magiczne sztuczki, a jedynie demonstracja praw fizyki.
Przygotuj:
- szklankę
- monetę (lub inny niewielki płaski przedmiot)
- wodę
Ustaw pustą szklankę na monecie (lub innym wybranym przedmiocie). Patrz na szklankę od boku. Na razie moneta znajdująca się pod szklanką jest doskonale widoczna.
Cały czas patrząc na szklankę od boku, wlej do niej wodę.
Co zaobserwowałeś?
Teraz nie jesteś w stanie zobaczyć monety, wydaje się jakby jej wcale nie było pod szklanką. Żeby się upewnić, że pieniążek nie zniknął spójrz na szklankę od góry.
Jeśli znów spojrzysz na szklankę od boku, nie będziesz w stanie dojrzeć monety.
Dlaczego patrząc z boku na puste naczynie widać znajdujący się pod nim przedmiot, a po nalaniu wody już nie da się go zobaczyć?
Jak to możliwe, skoro woda jest przeźroczysta?
I dlaczego patrząc z góry, przedmiot jest widoczny, niezależnie od tego, czy szklanka jest pełna, czy pusta?
Odpowiedzi na te pytania są proste, ale wymagają odniesienia się do kilku praw optyki.
Jak to się dzieje, że widzimy?
Wszystko, co widzimy dookoła siebie, możemy zobaczyć dzięki światłu. Obiekty, które są źródłami światła, np. Słońce albo żarówka, emitują promienie świetlne, które po dotarciu do naszych oczu, stymulują receptory wzroku i powodują, że widzimy. Oczywiście wpatrywanie się bezpośrednio w źródło światła jest nieprzyjemne lub nawet niebezpieczne, gdyż nasze oczy przystosowane są do patrzenia na przedmioty, które nie świecą. To, że widzisz obok siebie takie rzeczy jak długopis, kartka, zabawka, stół itp., jest spowodowane tym, że promienie świetlne pochodzące ze źródła światła trafiają na oglądany przedmiot, a następnie się na nim rozpraszają. Dany przedmiot możesz zobaczyć dopiero, gdy światło na nim rozproszone trafi do Twoich oczu. Będąc w ciemności nie zobaczysz otaczających Cię rzeczy, dlatego, że nie ma źródła światła, które mogłoby się na nich rozproszyć i trafić do Twoich oczu. Również dobrze oświetlone obiekty mogą być niewidoczne, jeśli na drodze między przedmiotem a narządem wzroku pojawi się nieprzepuszczająca światła przeszkoda. Dlatego, na przykład, nie możesz zobaczyć przez ścianę, co się dzieje w sąsiednim pokoju, nawet jeśli jest tam bardzo jasno. W omawianym eksperymencie, po wlaniu wody do szklanki, światło odbite od monety nie dociera do naszych oczu. Czyżby to przeźroczysta woda stanowiła „ścianę” dla promieni rozproszonych na monecie?
Jak światło przechodzi z wody do powietrza?
Być może słyszałeś, że światło rozchodzi się z największą szybkością, którą dopuszczają prawa fizyki. Nic we Wszechświecie nie może poruszać się z większą szybkością niż światło. Wartość prędkości światła to zawrotne 300 000 000 m/s. Jednak tak szybko światło porusza się jedyne w próżni, a w ośrodkach materialnych jest wolniejsze. O ile w powietrzu światło rozchodzi się tylko trochę wolniej niż w próżni, to w wodzie ma 75%, a w szkle 66% szybkości osiąganej w próżni. W związku z tym, że światło w różnych ośrodkach rozchodzi się z różną szybkością, promienie świetlne przy przechodzeniu z jednego ośrodka do drugiego zmieniają kierunek swojego biegu. W fizyce to zjawisko nazywa się załamaniem światła.
Ponieważ zauważyliśmy, że światło rozproszone na monecie „gubi się gdzieś” w drodze do naszych oczu dopiero po wlaniu wody do szklanki, przeanalizujmy bieg promieni świetlnych przechodzących przez granicę wody i powietrza. [animacja]
Z pewnością wielokrotnie widziałeś łyżeczkę, która włożona do szklanki z wodą wygląda jakby była „złamana”. Za ten efekt odpowiada właśnie zjawisko załamania światła na granicy wody i powietrza.
To, jak mocno promień się załamie, czyli jak bardzo się odchyli od pierwotnego kierunku biegu po przejściu przez granicę woda — powietrze, zależy od tego pod jakim kątem promień padnie na granicę.
Warto sobie zdać również sprawę z tego, że tak naprawdę promień padający na granicę dwóch ośrodków częściowo się załamuje i przechodzi do drugiego ośrodka, a częściowo się odbija od tej granicy. Możesz to zaobserwować stając blisko okna. Osoba stojąca po drugiej stronie szyby będzie w stanie Cię zobaczyć, gdyż światło rozproszone przez Twoją skórę przedostanie się na drugą stronę szkła. Jednocześnie będziesz mógł zaobserwować swoje odbicie. Będzie ono słabo widoczne, gdyż tylko niewielka część światła ulegnie odbiciu.
Gdy dobierzemy odpowiednio duży kąt padania promienia świetlnego na granicę woda- powietrze, promień załamany odchyli się tak bardzo, że będzie „dotykał” powierzchni wody. Jeśli jeszcze bardziej zwiększymy kąt padania, promień nie wydostanie się nad granicę ośrodków, tylko w całości odbije się od tej granicy. Takie zjawisko nazywamy CAŁKOWITYM WEWNĘTRZNYM ODBICIEM.
To właśnie całkowite wewnętrzne odbicie powoduje, że moneta „znika”.
Teraz możesz zaprosić rodzinę lub przyjaciół na pokaz „znikającej” monety, oczywiście wraz z wytłumaczeniem zachodzących zjawisk! 🙂
Co prawda, prawdziwy magik nie ujawnia swoich sekretów, ale prawdziwy naukowiec chętnie dzieli się swoją wiedzą.
Ja, z braku lepszych obserwatorów w pobliżu, zaprosiłam na pokaz Czikę. Wygląda na to, że nie była zbyt zaskoczona wynikiem doświadczenia, ale to dlatego, że wielokrotnie mi towarzyszyła podczas nauki, przez co świetnie zna prawa i zjawiska fizyczne. 🙂
Wykorzystując zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia możemy również sprawić, że przedmiot „pojawi się” tam, gdzie go nie ma.
Przygotuj, tak jak wcześniej:
- szklankę
- monetę (lub inny niewielki płaski przedmiot)
- wodę
Nalej wodę do szklanki. Pełne naczynie postaw przy krawędzi stołu i połóż za nim monetę w odległości trochę mniejszej niż wysokość wody.
Spójrz na szklankę, a właściwie na powierzchnię wody, od dołu (tzn. ustaw oczy w okolicy krawędzi stołu).
Wydaje się, że moneta pływa po tafli wody.
Zapewne domyślasz się już — powierzchnia wody zadziałała w tym przypadku jak lustro.
Miłego eksperymentowania!
Aleksandra Kowalska
0 komentarzy