دستگاهی برای دیدن رنگ های شگفت انگیز!
اهداف
در این فعالیت، دانش آموزان می توانند:
نور مرئی را تجزیه کنند.
نور رنگی با کم ترین طول موج و بیشترین طول موج را تشخیص دهند.
با مفهوم فرکانس و طول موج آشنا شوند.
- وسایل لازم در پلاستیکی شفاف کوچک (در ماست یا ظرف کره نباتی)
نوار چسب شفاف
چراغ قوه سالم
مایع حباب (دستورالعمل زیر را ببینید)
قاشق
نی
اتاقی که بتوانید تاریکش کنید
طرح درس
در ابتدای انجام این آزمایش، با کمک دانش آموزان سعی کنید مایع حباب را بسازید.
طرز تهیه ی مایع حباب:
چهار لیتر آب و دو سوم فنجان مایع ظرفشویی
مواد فوق را در یک سطل بزرگ با هم مخلوط کنید. اگر مایع حبابتان را یک روز قبل از آزمایش درست کنید، حباب های بزرگ تر و محکم تری خواهید داشت، اما اگر همان موقع هم درست کنید مشکلی پیش نمی آید. ممکن است این مقادیر بسته به نوع مایع ظرفشویی تان عوض شوند. سعی کنید همراه دانش آموزان، بهترین مقدار را برای تهیه ی مایع حباب به دست آورید.
شرح آزمایش:
به همراه دانش آموزان، مراحل زیر را با دقت انجام دهید:
- 1-در پلاستیکی را به انتهای چراغ قوه، جایی که نور از آن می آید، بچسبانید.
- 2-چراغ قوه را روشن کنید و آن را طوری نگه دارید که نور به بالا بتابد.
- 3-انگشتتان را در مایع حباب فرو ببرید و در پلاستیکی را خیس کنید. یک قاشق پر از مایع حباب روی در بریزید. با یک نی در حباب فوت کنید تا یک گنبد حباب بسازید که کل در را بگیرد.
- 4-چراغ ها را خاموش کنید و چراغ قوه راطوری بگیرید که ته گنبد حباب درست بالای ابروهایتان باشد.
- 5-به رنگ های در حال چرخش نگاه کنید. اگر نی خیس را در گنبد حباب بگذارید و به آرامی در آن بدمید، می توانید رنگ ها را به هر سو حرکت دهید.
- 6-به رنگ ها نگاه کنید. چند رنگ می بینید؟ اگر برای چند دقیقه به یک حباب نگاه کنید، آیا رنگ ها تغییر می کنند؟ چه رنگ هایی را درست قبل از این که حباب بترکد می بینید؟ آیا خال خال های سیاه و سفید می بینید؟
اوه! من این را نمی دانستم!
ضخامت پوسته یک حباب صابون بلافاصله قبل از ترکیدن، فقط برابر یک میلیونیوم اینچ است!
با طرح سؤال های زیر، سعی کنید دانش آموزان را با مفاهیم مربوط به موج آشنا کنید، تا حد امکان تمام دانش آموزان در بحث شرکت نمایند.
چرا حباب های صابون این قدر رنگارنگ هستند؟
رنگ های یک حباب صابون از نور سفید می آیند، که شامل تمام رنگ های رنگین کمان می شود. وقتی رنگ سفید از غشاء(فیلم) صابون بازتاب می شود، بعضی از رنگ ها درخشان تر و بعضی دیگر ناپدید می شوند.
نور را می توان متشکل از امواجی -مانند امواج اقیانوس - در نظر گرفت. هنگامی که دانشمندان درباره امواج صحبت می کنند، اغلب از فرکانس یک موج حرف می زنند. فرکانس تعداد نوسانات یک موج در یک ثانیه است. در مورد امواج اقیانوس، فرکانس تعداد دفعاتی است که یک موج سوار توسط یک موج رونده در یک ثانیه بالا و پایین می شود. برای امواج نور، فرکانس تعداد نوسانات الکترومغناطیس در یک ثانیه را اندازه می گیرد.
فرکانس یک موج نوری، تعیین کننده ی رنگ نوری است که می بینید. نور بنفش برای مثال بالاترین فرکانس نوری است که می توانید ببینید: در یک میلیاردم ثانیه 723000 بار نوسان می کند. نور سفید از امواج های نوری با فرکانس های متفاوت زیادی تشکیل شده است.
ممکن است دو موج در یک زمان در یک مکان باشند. فرض کنید دو موج هم اندازه اقیانوس به هم برسند. هر موج در مسیر خودش روی آب بالا و پایین می رود. جایی که موج ها به هم می رسند، دو نیروی متفاوت، از هر موج یک نیرو، به آب وارد می شود. اگر هر دو موج روی آب به سمت بالا حرکت کنند، آب ارتفاعی دو برابر حالتی که از یک موج حاصل می شد، می گیرد. این حالت، تداخل سازنده نام دارد.
اگر یک موج به سمت بالا و موج دیگر به سمت پایین حرکت کند، دو نیرو یکدیگر را خنثی می کنند و آب اصلا تکان نمی خورد. در این حالت تداخل ویرانگر داریم.
این مسائل چه ارتباطی به رنگ های حباب ها دارد؟
امواج نوری، مانند امواج آب، می توانند در هم تداخل کنند. غشاء حباب مانند یک ساندویچ است: یک لایه مولکول های صابون، یک لایه مولکول های آب، و سپس لایه دیگری از مولکول های صابون. هنگامی که امواج نور بازتاب شده از یک لایه مولکول های صابون با امواج نور بازتاب شده از لایه دوم مولکول های صابون برخورد می کنند، این دو دسته امواج در هم تداخل می کنند. بعضی از این امواج به یکدیگر می پیوندند و فرکانس های معین یا رنگ های نور را درخشان تر می کنند. امواج دیگر همدیگر را خنثی می کنند و فرکانس یا رنگ را از ترکیب حذف می کنند. رنگ هایی که می بینید چیزی است که بعد از تداخل امواج نور باقی مانده است و رنگ های تداخل نام دارد.
رنگ های تداخلی بستگی به مسافتی دارند که امواج نور قبل از این که دوباره به هم برسند، طی کرده اند- و این به مسافت بین لایه ها یا ضخامت غشاء صابون بستگی دارد. هر رنگی مربوط به ضخامت معینی از غشاء صابون است. به جریان انداختن غشاء حباب مایع و تغییر در ضخامتش، مثلا وزش باد باعث می شود رنگ های حباب بچرخند و تغییر کنند.
نازک ترین غشاء- با ضخامت تنها چند میلیونیوم سانتی متر- سیاه دیده می شود زیرا تمام طول موج های بازتابی نور حذف می شوند. وقتی غشاء صابون سیاه دیده می شود، دقیقا زمان ترکیدنش است.
بهترین وضعیت برای دیدن رنگ های یک حباب چیست؟
در حالتی که نور سفید روی حباب بتابد و یک زمینه مشکی پشت آن باشد، رنگ های تداخلی روی حباب درخشان تر دیده می شوند. رنگ ها از نوری که از غشاء صابون بازتاب می کند می آیند. شما می خواهید در همان سمت حباب باشید که منبع نور هست تا نور به چشمانتان برگردد. زمینه مشکی، نوری را که از جهت دیگر حباب می تابد می گیرد تا باعث از بین رفتن رنگ ها نشود.
