FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilKunstig solnedgang

Forsøg nr.: 76
Formål: At demonstrere spredning af hvidt lys. At forstå mekanismen bag himlens farver.
Resume: Hvidt lys sendes igennem et vandkar, hvori der opblandes en lille smule urenheder (for eksempel mælk). Dette spreder lyset og laver en rød "solnedgang".
Nøgleord: Astronomi, elektromagnetisk stråling, spektralanalyse, brydning, farver, lys, polariseret lys.

Beskrivelse:

Hvorfor er himlen blå? Hvorfor er solnedgangen rød? To simple spørgsmål, som kan besvares ved hjælp af dette forsøg.

Hvidt lys består i virkeligheden af alle farver. Dette ses tydeligst ved at sende en lysstråle igennem et prisme, der som bekendt spreder lyset ud i en regnbue. Tilsvarende består lyset fra Solen af alle farver, og når Solens lys rammer Jordens atmosfære, vil lyset blive spredt på både luftens molekyler og på små støv- og smog-partikler, der befinder sig i atmosfæren. Spredningsprocessen polariserer lyset, hvilket vil kunne ses med et polarisationsfilter. Når Jordens atmosfære er fyldt med ekstra meget skidt og støv, vil solopgang og solnedgang typisk virke endnu mere rød end normalt. Dette kan være tilfældet ved ekstra kraftig luftforurening, skovbrande og vulkanudbrud.

Diagram over Rayleigh spredning i atmosfæren
Solens lys spredes på luftmolekyler og støvpartikler, hvorved det blå og det røde lys spredes forskelligt. Manden til højre ser en rød sol stå lavt over horisonten, mens manden til venstre ser en blå himmel.

På ovenstående tegning ser man situationen, hvor en person oplever en rød solnedgang. Man kan dog spekulere på, hvorfor Solen først bliver rød, når den er ved at gå ned. Når Solen står højt på himlen, bliver det blå lys jo også spredt mere end det røde...

Svaret er, at sollyset skal igennem meget mere af Jordens atmosfære, når Solen står lavt på himlen, og derfor spredes ekstra meget af det blå lys. Når Solen står højt på himlen, skal lyset kun gennem et relativt tyndt lag atmosfære, og lyset når ikke at blive rødt.

Denne spredning kaldes Rayleigh spredning, og den kan demonstreres i praksis ved at sende en kraftig lyskilde igennem et glas med vand, hvori der hældes små partikler, der kan sprede lyset. I praksis kan man bruge et stort bægerglas med vand, der er placeret på en overheadprojektor. Når en lille smule mælk hældes i vandet, vil den røde solnedgang kunne ses på lærredet, mens den blå himmel kan ses ud af siden på glasset. Sæt eventuelt projektoren ud af fokus, så man får et diffust lys på lærredet.

Lys sendes gennem en blanding af vand og en lille smule mælk - spredning giver blå himmel og rød solnedgang
Lys sendes gennem en blanding af vand og en lille smule mælk. Spredningen giver "blå himmel" og "rød solnedgang". Samme lysspredning opstår i jordens atmosfære, og forsøget forklarer dermed himlens farver.

Det er ikke kun mælk, der kan få lyset til at spredes. En anden mulighed er at opløse lidt natriumthiosulfat (Na2S2O3) i vand, der placeres oven på overheadprojektoren. I vandet hældes en lille smule svovlsyreopløsning. Denne blandning vil lige så langsomt (afhængig af koncentrationerne!) danne små krystaller, der vil virke som spredningskerner. På denne måde går forsøget meget langsommere, end hvis man hældere mælk direkte i.

Lys fra overheadprojektor spredes gennem glas med vand op på lærred
Forsøget udføres med et stort glas vand oven på en overheadprojektor.

Bemærk: Forsøget kan laves med andre typer væsker. Fysikbasen vil meget gerne høre om erfaringer med at anvende andre materialer end mælk og natriumthiosulfat/svovlsyre!

Lys spredes fra natriumthiosulfatopløsning og giver både blåt og rødt lys
Her udføres forsøget med svovlsyre og natriumthiosulfat. Efter lidt tid ses et blåt skær ud af glassets side (venstre). Lidt senere spredes så meget blå lys fra, at lyset der fortsætter igennem vandet og op på lærredet bliver rødt (højre).

Til sidst kan man prøve at kigge på det blå lys gennem et polarisationsfilter eller et par polariserede solbriller.

Spørgsmål og svar:

Hvorfor er himlen ikke violet?

Hvis himlens farve skyldes, at lys med lave bølgelængder (violet og blå) spredes mere end lys med lange bølgelængder (rød), så bør himlen vel være violet? I princippet ja, men Solens spektrum er stærkere i det blå end i det violette, og menneskets øje er samtidigt mere følsomt i blåt end i violet. Disse to faktorer gør, at vi opfatter himlen som blå og ikke violet.

Udstyr og materialer:

grøn pil Vand
grøn pil Stort bægerglas
grøn pil Mælk
grøn pil Overheadprojektor

Referencer:

grøn pilLink til forsøg i database på University of Texas at Austin. (Forsøget udføres med natriumthiosulfat og svovlsyre.)
grøn pilLink til forsøg i database på University of Iowa. (Forsøget udføres med coffee creamer.)
grøn pil"Why is the sky blue?" (howstuffworks.com).
grøn pilM.H. Moore: "Blue sky and red sunsets", The Physics Teacher 11, 436 (1973). (http://scitation.aip.org/tpt)
grøn pilH. Kruglak: "A simplified sunset demonstration", The Physics Teacher 11, 559 (1973). (http://scitation.aip.org/tpt)
grøn pilC.F. Bohren and A.B. Fraser: "Colors of the sky", The Physics Teacher 23, 267 (1985). (http://scitation.aip.org/tpt)
grøn pilJ.S. Huebner: "A golden oldie: Projecting a sunset", The Physics Teacher 32, 147 (1994). (http://scitation.aip.org/tpt)
grøn pilE-Q. Zhu, S. Mak: "Demonstrating colors of sky and sunset", The Physics Teacher 32, 420 (1994). (spredning via natriumthiosulfat eller en opalkrystal.) (http://scitation.aip.org/tpt)

PIRA DCS: 6F40.10 (Optik: Farve) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 08.02.2007