ตอนนี้คุณเห็นมัน ... การทดสอบการหักเหของแสง


ทำหลอดฟางต่อหน้าต่อตาคุณด้วยคู่ที่น่าทึ่งในการหักเหแสงและการสะท้อนแสง มันไม่ใช่เวทมนตร์มันเป็นวิทยาศาสตร์! แนวคิดหลัก เบา การหักเห การสะท้อน ดัชนีหักเห บทนำ ถ้าคุณเทน้ำใส่แก้วใสสีอะไร? ชัดเจนใช่มั้ย แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณลองมองผ่านโลกใบนี้เพื่อมองโลกอีกด้านหนึ่งของกระจก? มันดูเพี้ยนไปนิดหน่อยบางทีอาจจะฝืดเล็กน้

ทำหลอดฟางต่อหน้าต่อตาคุณด้วยคู่ที่น่าทึ่งในการหักเหแสงและการสะท้อนแสง มันไม่ใช่เวทมนตร์มันเป็นวิทยาศาสตร์!

แนวคิดหลัก
เบา
การหักเห
การสะท้อน
ดัชนีหักเห

บทนำ
ถ้าคุณเทน้ำใส่แก้วใสสีอะไร? ชัดเจนใช่มั้ย แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณลองมองผ่านโลกใบนี้เพื่อมองโลกอีกด้านหนึ่งของกระจก? มันดูเพี้ยนไปนิดหน่อยบางทีอาจจะฝืดเล็กน้อยและไม่สม่ำเสมอ ถ้าน้ำใสทำไมเรามองไม่เห็นชัดเจน? คำตอบนั้นเกี่ยวข้องกับแสงที่เคลื่อนที่ผ่านน้ำแก้วและวัสดุโปร่งใสอื่น ๆ เช่นเดียวกับเมื่อคุณพยายามวิ่งในสระว่ายน้ำเมื่อแสงพยายามเคลื่อนที่ผ่านน้ำหรือกระจกมันจะชะลอตัวลง เมื่อแสงช้าลงแสงก็จะกระเด้งออกมาจากวัตถุหรืองอเมื่อมันผ่านไป เราสามารถเห็นการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในแสงซึ่งบ่งบอกเราว่ามีบางอย่างอยู่ในนั้น ในกิจกรรมนี้คุณจะเล่นกับแสงเพื่อให้วัตถุปกติปรากฏขึ้นและหายไป!

พื้นหลัง
เมื่อแสงที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศกระทบกับน้ำแสงบางส่วนจะสะท้อนออกจากน้ำ ส่วนที่เหลือของแสงผ่านน้ำ แต่มันโค้ง (หรือหักเห) ในขณะที่มันเข้าสู่น้ำ สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อแสงกระทบกระจกหรือวัสดุโปร่งใสอื่น ๆ แสงบางส่วนสะท้อนออกจากวัตถุในขณะที่แสงผ่านและหักเหได้

วัสดุทั้งหมดมีสิ่งที่เรียกว่าดัชนีหักเหซึ่งเชื่อมโยงกับความรวดเร็วของแสงที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัสดุได้ เมื่อแสงผ่านอากาศเข้าสู่วัสดุใสอื่น (เช่นแก้ว) มันจะเปลี่ยนความเร็วและแสงจะสะท้อนและหักเหแสงจากกระจก สิ่งนี้ส่งผลให้เราเห็นกระจกเพราะมันสะท้อนและหักเหแสงแตกต่างจากอากาศรอบ ๆ การเปลี่ยนแปลงของแสงช่วยให้เราสามารถแยกวัตถุหนึ่งจากวัตถุอื่น หากวัตถุโปร่งใสล้อมรอบด้วยวัสดุอื่นที่มีดัชนีหักเหเดียวกันแสงจะไม่เปลี่ยนความเร็วเมื่อมันเข้าสู่วัตถุ เป็นผลให้คุณจะไม่สามารถมองเห็นวัตถุ

ในกิจกรรมนี้คุณจะสังเกตุว่าดัชนีการหักเหของวัสดุต่าง ๆ ช่วยให้เราเห็น (หรือไม่เห็น!) วัตถุที่แสงส่องผ่านพวกมันอย่างไร!

วัสดุ

  • ขวดแก้วใสสองใบชามสูงหรือแก้วดื่มที่มีน้ำหนักอย่างน้อยแปดออนซ์ (เคล็ดลับ: แก้ว Pyrex ใช้ได้ดีสำหรับกิจกรรมนี้โดยเฉพาะ)
  • น้ำมันพืชประมาณ 14 ออนซ์หรือมากพอที่จะเติมหนึ่งแก้วครึ่งทาง (เคล็ดลับ: หลีกเลี่ยงการใช้น้ำมันพืช“ เบา ๆ ” สำหรับกิจกรรมนี้)
  • Eyedropper แก้ว (Eyedropper พลาสติกหรือหลอดพลาสติกใสยังจะทำงานถ้าคุณใช้หลอดดื่มแทนหยดทุกครั้งที่คุณจุ่มหลอดให้นิ้วของคุณไปด้านบนเพื่อหลีกเลี่ยงการได้รับของเหลวในหลอดคำแนะนำจะบอก คุณควรปล่อยนิ้วของคุณเมื่อใด)
  • วัตถุแก้วโปร่งใสอื่น ๆ เช่นลูกหิน, ลูกปัด, แว่นขยายหรือเครื่องกวนแก้ว (อุปกรณ์เสริม)

การจัดเตรียม

  • เติมครึ่งหนึ่งขวดด้วยน้ำมันพืช
  • เติมครึ่งหนึ่งของขวดอื่น ๆ ด้วยน้ำ
  • ตรวจสอบให้แน่ใจว่า eyedropper ของคุณสะอาดก่อนเริ่มกิจกรรม
  • ติดตั้งพื้นผิวเรียบที่สามารถทำความสะอาดได้หากมีน้ำหรือน้ำมันรั่วไหล

ขั้นตอน

  • นำ eyedropper ของคุณ (หรือฟาง) และโดยไม่ต้องบีบมันจุ่มลงในขวดน้ำ (สำหรับขั้นตอนนี้หลีกเลี่ยงการดูดน้ำด้วย eyedropper หรือฟาง) คุณสังเกตเห็นอะไรเกี่ยวกับ eyedropper คุณยังเห็นไหม ชัดเจนแค่ไหน
  • เก็บ eyedropper ในน้ำบีบด้านบนเพื่อดูดน้ำ หากคุณใช้ฟางให้ปล่อยนิ้วจากด้านบนเพื่อให้ฟางที่แช่น้ำเติมน้ำ สิ่งใดที่เปลี่ยนแปลงเกี่ยวกับ eyedropper เมื่อมันถูกเติมด้วยน้ำ? eyedropper กลายเป็นเรื่องง่ายหรือยากที่จะเห็นเมื่อมันเต็มไปด้วยน้ำ?
  • นำ eyedropper ออกจากน้ำและบีบของเหลวส่วนเกินออกทั้งหมด
  • จุ่ม eyedropper ในน้ำมันโดยไม่บีบ ตรวจสอบให้แน่ใจเพื่อหลีกเลี่ยงการดูดน้ำมันในขั้นตอนแรกนี้ คุณสังเกตเห็นอะไรเกี่ยวกับ eyedropper? คุณยังสามารถดูได้หรือไม่ เห็น eyedropper ง่ายกว่าตอนที่อยู่ในน้ำหรือไม่?
  • บีบ eyedropper เพื่อให้มันเติมน้ำมัน (ถ้าใช้ฟางเอานิ้วออกจากด้านบนเพื่อให้ฟางที่แช่น้ำมันเติมน้ำมัน) เกิดอะไรขึ้น คุณยังสามารถเห็น eyedropper ได้หรือไม่? ตอนนี้ดูง่ายขึ้นหรือยากขึ้นกว่าตอนที่ว่างเปล่า?
  • นำ eyedropper ออกจากน้ำมันในขวดและบีบน้ำมันส่วนเกินออก
  • ค่อยๆเทน้ำมันจากโถลงไปในขวดด้วยน้ำ ถ้าคุณทำอย่างระมัดระวังน้ำมันจะนั่งอยู่บนน้ำ! (มันก็โอเคถ้าพวกเขาผสมกันพวกเขาจะแยกกันเมื่อคุณหยุดริน)
  • ปล่อยให้น้ำมันและน้ำตกลงและแยกออก (ประมาณหนึ่งถึงสองนาที) คุณสังเกตเห็นอะไรเกี่ยวกับน้ำมัน มีฟองในนั้นหรือไม่ หากมีฟองอากาศให้ดูพวกเขาอย่างใกล้ชิดและดูว่าพวกเขากำลังเพิ่มขึ้นหรือจม ถ้าพวกมันจมพวกมันจะเป็นฟองน้ำที่ถูกกักอยู่ในน้ำมัน!
  • เติม eyedropper (หรือฟาง) ด้วยน้ำมันจากขวดแล้วค่อย ๆ จุ่มลงไปในชั้นน้ำมันเพื่อให้หยดสามารถมองเห็นได้ทั้งในชั้นน้ำที่ด้านล่างและชั้นน้ำมัน ดูที่หยดในชั้นน้ำจากนั้นในชั้นน้ำมัน หยดในสองชั้นนี้ต่างกันอย่างไร เห็นหยดในน้ำมันหรือน้ำได้ง่ายกว่าไหม?
  • ด้วยปลายด้านล่างของหยดน้ำในชั้นน้ำบีบหยดเพื่อขับน้ำมันภายในและอนุญาตให้เติมน้ำ สังเกตหยดน้ำมันอีกครั้งในน้ำและชั้นน้ำมัน ครั้งนี้จะเห็นหยดในน้ำมันหรือในน้ำง่ายกว่าไหม?
  • พิเศษ: ลองทำกิจกรรมนี้ซ้ำโดยใช้วัตถุที่ทำจากแก้วเช่นหินอ่อนลูกปัดแก้วหรือเลนส์ (ให้แน่ใจว่าคุณได้รับอนุญาตให้ลองใช้วัตถุใด ๆ ก่อนที่จะใช้มัน) สังเกตสิ่งที่ยากที่สุดที่จะเห็นเมื่อคุณถือพวกเขาในน้ำมันกับน้ำ คุณคิดว่าเป็นเพราะอะไร

การสังเกตและผลลัพธ์
eyedropper มองไม่เห็น (หรืออย่างน้อยก็ยากที่จะมองเห็น) เมื่อมันเต็มไปด้วยน้ำมันและแช่ในน้ำมัน? นี่คือสิ่งที่คาดหวัง มันอาจจะยากที่จะเห็นเมื่อมันอยู่ในน้ำ (และเต็มไปด้วยน้ำ) เช่นกัน

eyedropper“ หายไป” เพราะเราเห็นแสงในขณะที่พบกับกระจก เมื่อแสงกระทบวัตถุที่เป็นแก้วแสงบางส่วนจะสะท้อน (หรือสะท้อน) ออกจากกระจก ส่วนที่เหลือของแสงส่องผ่านวัตถุที่เป็นแก้ว แต่แสงนั้นโค้งงอ (หรือหักเห) ในขณะที่มันเคลื่อนที่จากอากาศไปยังกระจก

ดัชนีการหักเหของน้ำมันนั้นใกล้เคียงกับดัชนีการหักเหของแก้วมาก ดังนั้นเมื่อแสงเดินทางผ่านน้ำมันและเข้าไปในเลนส์แก้วเล็ก ๆ น้อย ๆ ของมันจะสะท้อนหรือหักเห เป็นผลให้เราเห็นเพียง "ผี" ของ eyedropper ในน้ำมัน

สำรวจเพิ่มเติม
การหักเหของแสงสาธิตจากสื่อการเรียนรู้ PBS
การใช้เลเซอร์เพื่อวัดความเร็วแสงในเจลาตินจากเพื่อนวิทยาศาสตร์
การวัดปริมาณน้ำตาลของของเหลวด้วยเลเซอร์พอยน์เตอร์จากเพื่อนวิทยาศาสตร์

กิจกรรมนี้มาถึงคุณโดยความร่วมมือกับ Science Buddies