Φυσική - Ιδιότητες του Φωτός - Ε΄& ΣΤ' Δημοτικού Επ. 14
Γεια σας.
Σήμερα θα ασχοληθούμε με το φως και τα φαινόμενά του.
Πριν ξεκινήσουμε, θα δούμε
έναν παράξενο κουμπαρά.
Για να δούμε!
Ρίχνουμε μέσα το κέρμα
και δεν φαίνεται.
Μήπως κάτι δεν είδαμε καλά;
Για να ρίξουμε άλλο ένα...
Και πάλι δεν φαίνεται.
Που πήγε το κέρμα;
Εξαφανίστηκε;
Για να το επαναλάβουμε!
Έχουμε μάθει βέβαια ότι η ύλη δεν εξαφανίζεται.
Άρα σίγουρα δεν εξαφανίστηκε,
κάτι άλλο συμβαίνει.
Και θα το μάθουμε στη συνέχεια, αφού μιλήσουμε
για το φως και τα φαινόμενά του.
Αλήθεια από πού προέρχεται το φως;
Ποιες είναι οι φωτεινές πηγές;
Σίγουρα ξέρετε μία:
ο ήλιος
που φωτίζει τη Γη μας.
Υπάρχουν άλλες φωτεινές πηγές;
Υπάρχουν οι λάμπες,
υπάρχει το φως από το κερί,
υπάρχουν μερικά ζώα που εκπέμουν φως
όπως οι πυγολαμπίδες,
κάποια ζώα της θάλασσας για να προσελκύσουν την τροφή τους.
Όλα αυτά είναι φωτεινές πηγές
και λέγονται "αυτόφωτα σώματα",
σώματα δηλαδή που εκπέμπουν φως.
Όλα τα υπόλοιπα λέγονται ετερόφωτα.
Τέτοιο είναι και ο πλανήτης μας,
η Γη.
Η Γη δεν εκπέμπει φως,
φωτίζεται γιατί της στέλνει φως ο ήλιος.
Πως όμως έρχεται το φως;
Πως διαδίδεται;
Για να δούμε ένα πείραμα...
Θα χρειαστούμε ένα καλαμάκι
και, ή ένα κεράκι ή έναν φακό.
Φωτίζουμε με τον φακό
την άκρη από το καλαμάκι
και... τι παρατηρείτε;
Ότι βλέπετε το φως του φακού.
Τώρα θα στρίψω εγώ την άκρη από το καλαμάκι.
Τώρα;
Τώρα δεν μπορείτε να δείτε το φως.
Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φως διαδίδεται ευθύγραμμα:
δεν μπορεί να στρίψει
για να το δείτε.
Όταν λοιπόν το καλαμάκι είναι λυγισμένο,
δεν βλέπουμε το φως.
Όταν δεν είναι λυγισμένο,
το βλέπουμε.
Το φως διαδίδεται ευθύγραμμα.
Τι συμβαίνει, όμως, όταν πέσει σε διάφορα υλικά;
Περνάει μέσα από όλα τα υλικά
όπως από τον αέρα που υπάρχει στο εσωτερικό από το καλαμάκι;
Θα το διαπιστώσουμε κάνοντας πειράματα
και χρησιμοποιώντας υλικά που προτείνει και το σχολικό σας βιβλίο.
Εσείς, βέβαια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε και οποιοδήποτε άλλο υλικο νομίζετε.
Θα χρειαστούμε έναν φακό
και δοκιμάζουμε.
Άχρωμη ζελατίνα:
το φως περνάει.
Λευκό χαρτί:
το φως περνάει αλλά λίγο,
όχι όπως πριν με τη ζελατίνα.
Χρωματιστή ζελατίνα,
δοκιμάζουμε με μία κόκκινη ζελατίνα:
βλέπουμε ότι το φως και πάλι περνάει.
Μήπως παίζει ρόλο το χρώμα;
Για να δούμε με μία μπλε ζελατίνα:
και πάλι το φως περνάει.
Θα δοκιμάσουμε με ένα αλουμινόφυλλο:
και βλέπουμε ότι το φως δεν περνάει από το αλουμινόφυλλο.
Σειρά έχει το μαύρο χαρτόνι:
το φως δεν περνάει μέσα από το μαύρο χαρτόνι.
Μήπως περνάει μέσα από το λευκό;
Ούτε από το λευκό χαρτόνι περνάει.
Από μία χαρτοπετσέτα;
Από την χαρτοπετσέτα περνάει λίγο.
Διαπιστώνουμε, λοιπόν,
ότι από άλλα υλικά το φως περνάει πολύ,
από άλλα λιγότερο,
και από άλλα καθόλου.
Έτσι, λοιπόν, τα υλικά σώματα
χωρίζονται σε
διαφανή, ημιδιαφανή ή αδιαφανή,
ανάλογα με το πόσο φως περνάει μέσα από αυτά.
Τι συμβαίνει όμως όταν το φως πέσει πάνω σε μία λεία και γυαλιστερή επιφάνεια,
όπως είναι ο καθρέφτης;
Έχετε την εμπειρία από τον καθρέφτη,
βλέπετε ότι καθρεφτίζεστε.
Για να δούμε, όμως, τι συμβαίνει με τις ακτίνες του φωτός.
Και για να έχουμε μία ακτίνα
μπορούμε να πάρουμε ένα χαρτονάκι που θα κόψουμε μία σχισμή,
ή περισσότερες που θα χρειαστούμε στη συνέχεια,
όπως εδώ.
Έχουμε λοιπόν μία ακτίνα από τον φακό
που πέφτει πάνω στον καθρέφτη
και βλέπουμε ότι αλλάζει κατεύθυνση.
Και αν κουνήσω τον καθρέφτη,
βλέπω ότι αλλάζει και η ακτίνα που ανακλάται.
Μπορούμε να το δούμε καλύτερα αν αντί για φακό
χρησιμοποιήσουμε λέιζερ:
τα λέιζερ εκπέμπουν ένα χρώμα,
ακτινοβολία,
και είναι πολύ ισχυρά -
γι' αυτό ποτέ
δεν πρέπει να κάνουμε αστεία με τα λέιζερ,
και σίγουρα όχι στα μάτια,
γιατί μπορεί να προκαλέσουμε μόνιμη ζημιά.
Εδώ, όμως, θα μας βοηθήσει να δούμε καλύτερα
τι συμβαίνει όταν πέσει μία ακτίνα πάνω στον καθρέφτη.
Και, για να μπορέσουμε να το δούμε καλύτερα,
θα ψεκάσουμε με λίγο νερό
ώστε στα σταγονίδια να σχηματιστεί η ακτίνα:
βλέπουμε ότι πέφτει και ανακλάται.
Και αν αλλάζω τη γωνία με την οποία πέφτει,
αλλάζει και η γωνία της ακτίνας που ανακλάται.
Αυτό το φαινόμενο λέγεται "ανάκλαση".
Ένα σχήμα θα μας βοηθήσει να το καταλάβουμε καλύτερα.
Όταν μια ακτίνα συναντά μια λεία και γυαλιστερή επιφάνεια,
αλλάζει κατεύθυνση.
Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται "ανάκλαση του φωτός".
Βλέπουμε λοιπόν πως όπως οι ακτίνες πέφτουν σε μια γυαλιστερή επιφάνεια,
αλλάζουν κατεύθυνση
αλλά με συγκεκριμένο τρόπο,
έτσι ώστε η γωνία της ακτίνας που πέφτει
να είναι ίση με τη γωνία της ακτίνας που ανακλάται.
Γι' αυτό μπορούμε περίπου, με έναν καθρέφτη, να υπολογίσουμε
πού θα κατευθύνουμε την ακτίνα του φωτός.
Τι συμβαίνει όμως αν αντί για λεία και γυαλιστερή επιφάνεια
έχουμε μια τραχιά επιφάνεια,
όπως λέγεται αυτή που δεν είναι λεία;
Για να δοκιμάσουμε!
Θα χρησιμοποιήσουμε ένα τσαλακωμένο αλουμινόχαρτο
αντί για τον καθρέφτη,
τον φακό μας.
Τι παρατηρούμε;
Εδώ δεν βλέπουμε μια ακτίνα που ανακλάται,
βλέπουμε όμως πως μια ολόκληρη περιοχή στο αλουμινόχαρτο φωτίζεται
σαν να έχουμε πολλές μικρές ακτίνες που φεύγουν.
Και πράγματι αυτό συμβαίνει.
Αυτό είναι το φαινόμενο της "διάχυσης":
Όταν μια ακτίνα συναντά μια τραχιά επιφάνεια, ανακλάται σε πολλές κατευθύνσεις.
Το φαινόμενο ονομάζεται "διάχυση του φωτος",
όπως δηλαδή πέφτουν οι ακτίνες,
φεύγουν προς διάφορες κατευθύνσεις
και χωρίς να ακολουθούν αυτό τον κανόνα που είπαμε πριν.
Στην ανάκλαση η γωνία της ακτίνας που πέφτει να είναι ίση
με τη γωνία της ακτίνας που ανακλάται.
Και θα μου πείτε "εντάξει,
την ανάκλαση την ξέρω.
Βλέπω στον καθρέφτη,
φτιάχνομαι πριν βγω μια έξοδο,
φτιάχνω το μαλλί μου.
Με ενδιαφέρει.
Η διάχυση τι με ενδιαφέρει";
Και όμως, μας ενδιαφέρει γιατί χάρη στη διάχυση
μπορούμε και βλέπουμε.
Οι περισσότερες επιφάνειες γύρω μας δεν είναι λείες και γυαλιστερές -
και, μάλιστα, όσο πιο τραχιά είναι μια επιφάνεια
τόσο πιο έντονο είναι το φαινόμενο της διάχυσης.
Χάρη στη διάχυση του φωτός στις επιφάνειες των σωμάτων, μπορούμε να βλέπουμε διάφορα αντικείμενα γύρω μας.
Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πως βλέπουμε;
Πολλά παιδιά, αλλά και μεγάλοι, νομίζουν ότι βλέπουμε
γιατί φεύγει κάτι από το μάτι μας
και πάει στα αντικείμενα.
Για να σκεφτούμε, μπορεί να συμβαίνει αυτό;
Σκεφτείτε ότι μπαίνετε σε ένα δωμάτιο
και σβήνετε το φως,
και είναι σκοτάδι.
Μπορείτε να δείτε τα αντικείμενα;
Όχι.
Αν ίσχυε αυτό,
το μάτι μας μια χαρά είναι,
θα μπορούσε να στέλνει κάτι και να βλέπει.
Άρα δεν είναι κάτι που ξεκινάει από το μάτι
αλλά από το φως.
Το φως πέφτει πάνω στα αντικείμενα,
ανακλάται.
Στα περισσότερα σώματα "διαχέεται", όπως λέμε,
γιατί δεν είναι λείες και επίπεδες επιφάνειες.
Και έτσι μπορούμε και βλέπουμε τα πάντα γύρω μας.
Η ανάκλαση καμιά φορα μας δημιουργεί δυσκολίες.
Για παράδειγμα,
πάμε σε μια βιτρίνα και θέλουμε να δούμε το εσωτερικό της
αλλά αντί γι' αυτό τι βλέπουμε;
Το κτίριο που βρίσκεται πίσω μας.
Γιατί;
Γιατί ανακλάται πάνω στο τζάμι
και σχηματίζεται το είδωλό του.
Ή, πολλές φορές, για να ξεπεράσουμε την ανάκλαση
σκεφτόμαστε διάφορα κόλπα.
Έχετε παρατηρήσει στο ασθενοφόρο,
στο μπροστινό μέρος, που γράφει
τη λέξη "ασθενοφόρο" στα αγγλικά
αλλά ανάποδα;
Γιατί τη γράφει ανάποδα;
Για να μπορεί ο οδηγός του μπροστινού αυτοκινήτου
από τον καθρέφτη του να το διαβάσει κανονικά.
Να δει δηλαδή, λόγω ανάκλασης, το είδωλο της λέξης
αντεστραμμένο μέσα στον καθρέφτη του -
κι έτσι θα καταλάβει ότι πρόκειται για ασθενοφόρο.
Μόνο εδώ μας χρησιμεύει η ανάκλαση;
Όχι, είναι πολύ σημαντική
για την οδική ασφάλεια.
Υπάρχουν ειδικά υλικά,
ανακλαστικά όπως λέγονται,
που έχουν την ιδιότητα, όταν φτάνει σε αυτά μια ακτίνα,
να την στέλνουν πίσω προς τη κατεύθυνση από τη οποία ήρθε.
Πού χρησιμοποιούνται αυτά;
Ανακλαστικά υλικά χρησιμοποιούμε
στις διαγραμμίσεις του δρόμου,
για να ξεχωρίζει το αυτοκίνητο τη λωρίδα του,
στα πίσω φώτα των αυτοκινήτων και των ποδηλάτων,
στις πινακίδες της τροχαίας,
στα γιλέκα των τροχονόμων
και, επίσης θα ξέρετε, σε πολλά παπούτσια και ρούχα υπάρχει και ένα κομμάτι ανακλαστικό
ώστε όποιος κυκλοφορεί , ειδικά το βράδυ, να είναι ασφαλής στο δρόμο.
Τώρα μπορείτε, αν θέλετε, να δοκιμάσετε και να διαβάσετε
αυτή τη φράση που έχει το βιβλίο σας
με τα αντεστραμμένα γράμματα της πριγκίπισσας -
και ξέρετε πια, πώς θα το κάνετε αυτό:
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν καθρέφτη.
Τοποθετώντας το καθρεφτάκι,
μπορείτε μέσα στον καθρέφτη να διαβάσετε το αντεστραμμένο είδωλο -
άρα κανονικά τα γράμματα.
Είδαμε τι συμβαίνει όταν το φως πέσει σε μία λεία και γυαλιστερή επιφάνεια.
Τι γίνεται όμως όταν πέσει μέσα σε ένα διαφανές μέσο, όπως το νερό;
Θα βάλω απλώς το καλαμάκι μέσα στο νερό.
Για παρατηρήστε.
Τι βλέπετε;
Το καλαμάκι φαίνεται σαν να είναι σπασμένο.
Μήπως το έσπασα βάζοντάς το;
Για να δούμε.
Όχι, το καλαμάκι είναι μια χαρά.
Γιατί, λοιπόν, φαίνεται έτσι σπασμένο,
το κομμάτι του που είναι μέσα στο νερό, και δεν φαίνεται ευθύγραμμο όπως είναι στην πραγματικότητα;
Γι' αυτό ευθύνεται ένα άλλο φαινόμενο του φωτός
που λέγεται "διάθλαση".
Πότε συμβαίνει η διάθλαση;
Όταν το φως περνάει από ένα διαφανές μέσο, όπως ο αέρας,
σε ένα άλλο διαφανές μέσο όπως είναι το νερό.
Τι συμβαίνει σε αυτή την περίπτωση;
Οι ακτίνες, αντί να συνεχίσουν ευθεία,
κάμπτονται λίγο,
αλλάζουν λίγο κατεύθυνση.
Για να δούμε ένα σχήμα που θα μας βοηθήσει:
Όταν το φως που διαδίδεται σε ένα μέσο
συναντήσει μια διαχωριστική επιφάνεια,
ανάμεσα στο μέσο αυτό και ένα άλλο διαφανές μέσο
(όπως εδώ είδαμε, από τον αέρα στο νερό)
ένα μέρος την ακτινοβολίας ανακλάται
όπως βλέπουμε και στο σχήμα.
Το υπόλοιπο, όμως, συνεχίζει μέσα στο νέο μέσο
αλλά έχοντας αλλάξει διεύθυνση.
Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται "διάθλαση του φωτός".
Πού αλλού βλέπουμε αυτό το φαινόμενο;
Το καλοκαίρι που πάτε για μπάνιο στη θάλασσα,
έχετε παρατηρήσει ψαράκια κοντά στα πόδια σας που τα κοιτάτε
και απλώνετε το χέρι και λέτε "τώρα μπορώ να το πιάσω".
Και ξαφνικά διαπιστώνετε ότι το ψαράκι δεν ήταν εκεί που νομίζατε
αλλά πιο χαμηλά.
Αυτό πάλι οφείλεται στη διάθλαση.
Πώς μπορούμε να μελετήσουμε καλύτερα τη διάθλαση;
Θα χρησιμοποιήσουμε και πάλι,
αρχικά, το λέιζερ
σε ένα δοχείο με νερό.
Έχουμε ρίξει μια σταγονίτσα γάλα
για να είναι λίγο θαμπό.
Θα ρίξουμε μια ακτίνα του λέιζερ
και, αν παρατηρήσετε προσεκτικά
μέσα στην πορεία του στο νερό,
βλέπουμε ότι δεν είναι ευθεία
αλλά έχει μια μικρή κάμψη.
Θα συνεχίσουμε τον πειραματισμό χρησιμοποιώντας φακούς.
Τι είναι οι φακοί;
Οι φακοί φτιάχνονται από καλό γυαλί
ή άλλο διαφανές υλικό.
Χωρίζονται σε δύο ειδών,
συγκλίνοντες και αποκλίνοντες.
Συγκλίνοντες είναι οι φακοί που είναι παχύτεροι στη μέση,
λεπτότεροι στο άκρο.
Αποκλίνοντες, το αντίστροφο:
πιο λεπτοί στη μέση, πιο παχείς στις άκρες.
Και μόλις κάνουμε τα πειράματα θα καταλάβετε γιατί λέγονται έτσι.
Ας δούμε λοιπόν!
Θα ξεκινήσουμε με τον συγκλίνοντα φακό:
βλέπουμε ότι οι ακτίνες περνάνε μέσα από τον συγκλίνοντα φακό,
αλλάζουν κατεύθυνση
και συγκλίνουν, ενώνονται σε ένα σημείο -
γι' αυτό και το όνομά του.
Να δοκιμάσουμε με τον αποκλίνοντα φακό:
Οι ακτίνες, περνώντας μέσα του,
πάλι αλλάζουν κατεύθυνση
αλλά ανοίγουν, αποκλίνουν μεταξύ τους -
γι' αυτό και το όνομά του.
Πού χρησιμεύουν, όμως, οι φακοί στη ζωή μας;
Σε πάρα πολλές εφαρμογές που ίσως δεν το έχουμε συνειδητοποιήσει.
Στους μεγεθυντικούς φακούς,
με τους οποίους προσπαθούμε να δούμε κάποια μικρά γράμματα που δεν φαίνονται καλά,
ή αντικείμενα.
Στα τηλεσκόπια,
στις κάμερες,
στα μικροσκόπια -
ακόμα και στα γυαλιά που φοράμε για να διορθώσουμε κάποιο πρόβλημα στην όραση
χρησιμοποιούνται φακοί.
Το τελευταίο πράγμα που θα ήθελα να δούμε είναι αυτό:
αυτό είναι μια οπτική ίνα.
Είναι τελευταίες τεχνολογίες,
που καταφέρνει
-επειδή είπαμε στην αρχή ότι το φως, από μόνο του, δε στρίβει,
διαδίδεται ευθύγραμμα...
Με την οπτική ίνα καταφέρνει, μέσα από διαδοχικές ανακλάσεις,
να μεταφέρει το φως από το ένα σημείο στο άλλο.
Για να δούμε!
Θα φωτίσουμε στη μία άκρη:
Και βλέπουμε ότι το φως καταφέρνει και φτάνει μέχρι την άλλη άκρη,
υπερβαίνει δηλαδή τις δυσκολίες,
μπορεί και στρίβει.
Δε στρίβει ουσιαστικά,
κάνει διαδοχικές ανακλάσεις
μέσα σε αυτό το υλικό.
Ας το δοκιμάσουμε και με το λέιζερ:
το ίδιο και εδώ.
Το φως που μπαίνει από τη μία άκρη καταφέρνει και βγαίνει από την άλλη.
Οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται και στις τηλεπικοινωνίες,
για να μεταφέρουν σήματα εύκολα από ένα σημείο σε ένα άλλο.
Και αφού μάθαμε για την ανάκλαση, τη διάχυση, τη διάθλαση,
όλα αυτά τα φαινόμενα του φωτός,
επανερχόμαστε στο αρχικό μας ερώτημα.
Τι συμβαίνει με τον κουμπαρά
που έχουμε ρίξει κέρματα μέσα;
Ακούγεται, έχει κέρματα μέσα
Τι συμβαίνει λοιπόν;
Ποιο από τα τρία φαινόμενα που μελετήσαμε μπορεί να το εξηγήσει;
Θα πρέπει να ανοίξουμε το καπάκι.
Και διαπιστώνουμε:
πρώτον, ότι τα κέρματα είναι μέσα -
τα ακούγαμε εξάλλου.
Και ότι δεν είναι ολόκληρος κύβος,
είναι μισός κύβος.
Έχει μία διαχωριστική επιφάνεια.
Τι μπορεί να έχει στην από εδώ μεριά της επιφάνειας,
ώστε να δημιουργεί την ψευδαίσθηση του ολόκληρου κύβου;
Προφανώς καθρέφτη -
και λόγω ανακλάσεως στα τοιχώματα
δημιουργεί αυτή την εικόνα ενός ολόκληρου κύβου
και μας κάνει να αναρωτιόμαστε πού πήγαν τα κέρματα.
Θέλετε να φτιάξουμε έναν τέτοιο παράξενο κουμπαρά;
Για να δούμε.
Θα χρειαστούμε απλώς
το ανάπτυγμα ενός κύβου.
Εύκολα μπορείτε να το βρείτε.
Απλώς θα προσέξετε -
η μία επιφάνεια είναι αυτή που θα κόψουμε ένα παραθυράκι
για να βάλουμε τη ζελατίνα,
για να βλέπουμε το εσωτερικό του κουμπαρά.
Και ακριβώς απένταντι είναι που θα κάνουμε τη σχισμή
για να ρίχνουμε τα κέρματα.
Μπορείτε, προφανώς, να το χρωματίσετε,
να το διακοσμήσετε,
να το στολίσετε,
να το φτιάξετε όσο χαρούμενο και όμορφο θέλετε.
Αυτό εδώ είναι για να μας δείξει το μέγεθος του καθρέφτη που θα χρειαστούμε.
Δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε καθρέφτη,
υπάρχει χαρτόνι ασημί χρώματος που είναι αρκετά καλό γι' αυτή την ιστορία.
Αφού το κόψουμε γύρω γύρω,
θα αρχίσουμε να διπλώνουμε στις διακεκομμένες γραμμές
μέχρι να σχηματίσουμε τον κύβο.
Πριν το κλείσουμε από πάνω,
παίρνουμε το κομμάτι του καθρέφτη,
κολλάμε ένα μικρό διακοσμητικό αντικείμενο έτσι, για να
εντείνει την ψευδαίσθηση του κύβου,
το τοποθετούμε λοξά όπως είδαμε και στον αρχικό,
το κλείνουμε,
και ο κουμπαράς μας είναι έτοιμος!
Μπορείτε λοιπόν να φτιάξετε τους δικούς σας κουμπαράδες,
να δοκιμάσετε να παίξετε με τις οικογένειές σας
και επίσης να μπορέσετε να εξηγήσετε
και άλλα φαινόμενα που παρατηρείτε γύρω σας
με την ανάκλαση, τη διάθλαση και τη διάχυση του φωτός.
Καλή διασκέδαση.
