Научно-подручные опыты от Exploratorium: сила цвета

«Эксплораториум» был основан в Сан-Франциско ни много ни мало в 1969 году младшим братом отца атомной бомбы Фрэнком Оппенгеймером — учёным и педагогом невероятной степени человеколюбия и несгибаемой силы воли. Несмотря на то, что по непростым политическим причинам того времени его отстранили от преподавательской деятельности, он годы боролся за восстановление и в конце концов получил должность учителя в одной из школ Колорадо, потом преподавателя в Университете Колорадо, и вплоть до самой своей смерти в 1985 году был бесменным директором и идейным вдохновителем «Эксплораториума».

Благодаря своей концепции и продуманной системе обучения учителей сегодня «Эксплораториум» признан культовым научно-популярным образовательным проектом, является одним из самых посещаемых музеев мира и всегда на расстоянии вытянутой руки благодаря сайту и мобильным приложениям для iOS и Android.

У музея есть и свой Институт преподавателей, действующий с 1984 года, за годы своего существования разработавший более 1 000 обучающих материалов. Всё, что есть на сайте «Эксплораториума», распространяется бесплатно по лицензии Creative Commons и доступно любому разумному представителю планеты.

Мы решили представить вам несколько наглядных опытов из коллекции «Эксплораториума» по одной из самых занимательных физических тем — природа цвета. Эти опыты из серии Science Snacks не требуют специального оборудования; почти всё для проведения эксперимента либо есть дома или в школьном кабинете, либо можно купить в любом магазине. Каждый опыт сопровождается подробным объяснением и инструкцией. Инструкция составлена для того, кто опыт демонстрирует, так что всё зависит от вашей актёрской харизмы.

Цветные тени

 

Источник: exploratorium

Читайте также:

Как школьник покорил рунет химическими опытами

Мы привыкли считать, что тени от предметов тёмные. На самом деле они цветные. Узнаем больше о восприятии цвета нашей зрительной системой с помощью трёх цветных лампочек.

Что понадобится?

• красная, зелёная и синяя электрические лампочки
• электрический удлинитель и переходники для лампочек, чтоы можно было включить все три одновременно и направить свет от них на одну поверхность
• белая поверхность (просто белая стена или рулон белой бумаги)
• любой узкий продолговатый предмет (ручка, карандаш или линейка)

Проводим эксперимент

 

Источник: exploratorium

• Все три лампочки должны располагаться приблизительно на одинаковом расстоянии от вашей белой поверхности.
• Лучше всего расположить зелёную лампочку между красной и синей.
• Затемните комнату. Включите лампочки, направьте их свет на поверхность и следите за тем, чтобы в итоге получить как можно более «белый» цвет.
• Возьмите карандаш и как можно ближе поднесите его к белой поверхности. Поиграйте с расстоянием от поверхности, пока не увидите три отчётливых цветных тени от карандаша на поверхности.
• Выключите одну из лампочек. Посмотрите, как меняется цвет поверхности. Ещё раз поднесите карандаш к поверхности и посмотрите, какого цвета его тень.
• Попробуйте выключить какую-нибудь другую лампочку. Поиграйте с двумя выключенными лампочками, попробуйте все возможные комбинации. Поиграйте с тенью от собственной руки.

Что это было?

На сетчатке нашего глаза расположены цветовые рецепторы — колбочки и палочки. Колбочки работают при высоких уровнях освещённости, их светочувствительность более низкая; палочки работают в условиях низкой освещённости и отвечают за механизм ночного зрения. Именно благодаря палочкам мы воспринимаем различные оттенки серого. Колбочек у нас три вида, каждый из которых отвечает за восприятие световых волн различной длины. Этих трёх видов достаточно, чтобы воспринимать более миллиона оттенков цвета.

Когда на поверхность падает красный, синий и зелёный свет от лампочек, поверхность выглядит белой, поскольку эти цвета одинаково стимулируют все три вида колбочек.

С помощью комбинаций этих трёх цветов можно получить тени семи оттенков — синий, красный, зелёный, чёрный, сине-зелёный, пурпурный и жёлтый. Если вы убираете свет от двух лампочек, вы видите тень цвета третьей: выключите зелёную и красную, и получите синюю тень. Если вы убираете свет от одной лампочки, вы получите тень цвета, который является смешанным от включенных: выключая красную, вы получите тень от голубой и зелёной, то есть сине-зелёную. Выключая зелёную лампочку, вы получите тень, полученную от смешения красного и синего, то есть пурпуную. Выключите все три лампочки — тень будет чёрной.

Поверхность тоже меняет свой цвет при выключении лампочек. Если вы выключите зелёную лампочку, поверхность будет пурпурной, а тени — красной и синей. Может показаться странным, что смешение красного и зелёного цветов дают в итоге жёлтую поверхность. Это происходит, потому что зелёный и красный источники света стимулируют те же колбочки в сетчатке, что и один источник жёлтого.

Мыльная плёнка

 

Источник: exploratorium

Почему поверхность мыльных пузырей или масла на воде переливается всеми цветами радуги? Эксперимент с мыльной плёнкой объяснит поведение световых волн различной длины.

Что понадобится?

• один пластиковый контейнер из-под фотоплёнки (либо другая светонепроницаемая ёмкость)
• жидкость для мытья посуды (не все работают одинаково хорошо, лучше взять ту, что производит больше пены)
• вода (лучше дистиллированная)
• стакан для смешивания
• миска
• белая бумага
• карандаш или ручка

Проводим эксперимент

• Для приготовления мыльного раствора смешайте 1 часть жидкости для мытья посуды с 10 частями воды. Опыт пройдёт лучше, если полученному раствору дать отстояться за ночь.
• Налейте в миску раствор, заполнив её примерно на 1 см.
• Снимите крышку с контейнера из-под фотоплёнки.
• Положите на стол белую бумагу. Свет от белой бумаги лучше отражается, чем от стола.
• Возьмите светонепроницаемый контейнер и опустите в мыльный раствор. Когда вы его достанете, на нём должна образоваться тонкая мыльная плёнка.
• Поворачивайте контейнер в вертикальной плоскости, наблюдая за изменением цветов. Вскоре вы заметите горизонтальные полосы на плёнке.
• Через некоторое время плёнка станет невидимой, поскольку толщина её поверхности станет меньше, чем длина световой волны — менее 300 нанометров! Проверьте, точно ли плёнка на месте: аккуратно опустите карандаш в место, где должна быть плёнка. Она лопнет.

Что это было?

Представьте, что мыльная плёнка — это такой сэндвич из воды и мыла: между двумя слоями молекул мыла зажат слой воды. Когда мы держим плёнку вертикально, под силой притяжения вода стекает вниз, плёнка внизу становится толще, а вверху — тоньше, и именно поэтому мы видим горизонтальные полосы на плёнке.

Разные точки плёнки отражают световые волны разной длины. Кроме того, свет отражается и от передней, и от задней части плёнки. Световые волны, отражаемые передней частью плёнки, инвертируются, а те, что отражаются от задней — нет. Эти две отражённых волны соединяются, так и происходит интерференция света.

В ходе интерференции происходит гашение одних лучей света и усиление других. Если высшая точка одной волны совпадает с низшей точкой другой, происходит гашение. Если высшая точка одной волны совпадает с высшей точкой другой, происходит усиление.

Если толщина плёнки составляет четверть длины волны голубого цвета, отражённый голубой цвет достаточно интенсивен. В этой же точке толщина плёнки составляет одну восьмую длины волны красного цвета (длина красной волны в два раза больше голубой), поэтому красный цвет отражается менее интенсивно. Поэтому плёнка в местах утолщения приобретает голубоватый оттенок.

В местах, где толщина плёнки достигает половины длины волны голубого цвета, волны голубого цвета гасятся. В этой точке толщина плёнки составляет четверть длины волны красного цвета, красные волны усиляются, и плёнка приобретает красноватый оттенок.

Создаём оптические иллюзии

 

Источник: exploratorium

На различных контрастных фонах один и тот же цвет воспринимается по-разному, и мы это докажем на собственном опыте.

Что понадобится?

• Ножницы
• Цветная бумага (жёлтый, пурпурный, зелёный, синий, голубой, светло-оранжевый и тёмно-оранжевый)
• Клей
• Колор-карты (часто бывают в магазинах мебели и лакокрасочных материалов; по ним выбирают цвет)

Проводим эксперимент

• Чтобы изготовить фон, отрежьте продольную половину листа тёмно-оранжевой бумаги и наклейте её на лист синей бумаги.
• Вырежьте по два маленьких квадрата из всех остальных цветов (жёлтый, пурпурный, зелёный, голубой, тёмно-оранжевый).
• Расположите квадраты в колонки на каждой стороне листа — и на оранжевой, и на синей (как на рисунке).
• Вырежьте по длинной полоске из бумаги всех цветов, из которых вырезаны квадраты. Эти полоски будут эталоном для сравнения.
• Посмотрите на квадраты и обратите внимание, что в зависимости от фона их оттенок меняется — какие-то кажутся темнее, какие-то светлее. Избавьтесь от иллюзии, приложив длинную полосу того же цвета, что и квадраты.
• Если у вас есть колор-карты, выберите две цветовых карточки, очень схожих по оттенку, и приложите их к разным фонам (к оранжевому и к синему). Вы увидите, что разные оттенки выглядят одинаково. 

Что это было?

На сетчатке нашего глаза расположены светочувствительные колбочки. Колбочки позволяют нам различать множество оттенков цвета, но при этом их особенности могут оказать и медвежью услугу.

Когда одни колбочки заняты восприятием синего цвета, колбочки по соседству становятся менее чувствительны к синему. Именно поэтому цветное пятно на синем фоне кажется менее голубым, чем на самом деле. По этой же причине красное пятно на оранжевом фоне будет выглядеть менее красным.

Так, когда астрономы XIX века наблюдали за Марсом в свои телескопы, каждую весну, когда исчезает полярная шапка, они замечали волну зелёной пыли у северного полюса планеты. Современные астрономы знают, что эта зелёная пыль — не что иное, как серая вулканическая пыль, состоящая из водного льда и замороженного углекислого газа. Человеческому глазу на красном фоне она казалась зелёной.

Очень здорово, что из подручных средств можно устроить научное представление в школьном кабинете, у себя дома или в гостях. На следующей неделе принесём ещё научно-подручных опытов.