ΓΙΑΤΙ ΜΠΑΜΠΑ; Απλές απάντησεις σε καθημερινά φαινόμενα (Επιστήμη για όλους)

Το βήμα των Ορχομένιων Επιστημόνων

Του Λουκά Αθανασέκου
Φυσικός - MSc «Φωτονική & Οπτοηλεκτρονικές διατάξεις»
Υποψ. Διδάκτορας τμημ. Επιστήμης των Υλικών, Παν. Πατρών
Ερωτήσεις: athanasekos@eie.gr

Γιατί φοράμε γυαλιά ηλίου; Τι ακριβώς κάνουν;
Όταν η ένταση του ήλιου είναι μεγάλη, το φως που μπαίνει στα μάτια μας προκαλεί θάμπωση. Αυτό που θέλουμε, λοιπόν, είναι ελάττωση της έντασης. Στα φτηνά γυαλιά, αυτό επιτυγχάνεται με απορρόφηση του φωτός από το γυαλί. Πρέπει, όμως, η απορρόφηση να είναι η ίδια για όλα τα μήκη κύματος (όλα τα χρώματα του ορατού φάσματος) ώστε να μην παρατηρείται παραμόρφωση των αντικειμένων που παρατηρούμε. Με τα γυαλιά τύπου Polaroid , εκτός από την ελάττωση της έντασης , έχουμε και ανακοπή κάθε ανακλώμενης ακτινοβολίας. Έτσι, παρατηρούμε τα αντικείμενα χωρίς να θαμπωνόμαστε, αλλά και χωρίς παραμόρφωση.

Γιατί ο ουρανός είναι μπλε, τα φώτα ομίχλης πορτοκαλί και πολλά άλλα;
Για μια κατά το δυνατόν πληρέστερη απάντηση, αξίζει να αναφέρουμε κάποια εισαγωγικά. Το φως που εμείς αντιλαμβανόμαστε ως λευκό , στην πραγματικότητα αποτελείται από πολλά χρώματα καθένα απ’ τα οποία έχει ένα μοναδικό μήκος κύματος ( «ταυτότητα» κάθε χρώματος). Σε σειρά μείωσης του μήκους κύματος : ερυθρό, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, κυανό και ιώδες. Ακόμη, καθώς το φως διέρχεται από έναν χώρο όπου υπάρχουν μικρά σωματίδια, εκτρέπεται από την αρχική του πορεία και διαχέεται προς όλες τις κατευθύνσεις. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως σκέδαση.
Στην ατμόσφαιρα υπάρχουν μικροσκοπικά σωματίδια (σκόνη, συσσωματώματα μορίων αέρα, μικροσκοπικά σταγονίδια νερού) τα οποία είναι καλύτερα στο να εκτρέπουν τα μικρότερα μήκη κύματος όπως το μπλε και να μην εκτρέπουν τα μεγαλύτερα μήκη κύματος, όπως το κόκκινο. Καθώς οι ακτίνες του ήλιου περνούν μέσα από την ατμόσφαιρα, το μπλε χρώμα εκτρέπεται από την ευθύγραμμη πορεία του, ώστε προκαλείται διάχυση, δίνοντας την εντύπωση ότι το χρώμα του ουρανού είναι μπλε. Το φως του ήλιου που είναι στην πραγματικότητα λευκό φαίνεται κόκκινο, γιατί ένα μέρος του μπλε χρώματος εκτρέπεται κατά την πορεία των ακτίνων, με αποτέλεσμα να φτάνουν στα μάτια μας οι αποχρώσεις του άλλου άκρου του ορατού φάσματος.
Κατά την ανατολή και τη δύση, το φως του ήλιου εισέρχεται στην ατμόσφαιρά μας υπό μικρή γωνία και ταξιδεύει μεγάλη απόσταση πριν φτάσει στα μάτια μας. Κατά τη διάρκεια αυτού του περάσματος, το περισσότερο μπλε χρώμα εκτρέπεται από την ευθύγραμμη πορεία του, με αποτέλεσμα να φτάνουν στα μάτια μας μόνο τα κόκκινα και πορτοκαλί μήκη κύματος. Το χαμένο μπλε χρώμα φωτίζει τον ουρανό προς την ανατολή κατά τη δύση και αντίστοιχα τη δύση κατά την ανατολή.
Όταν στην ατμόσφαιρα υπάρχει ομίχλη και οδηγούμε, τα σταγονίδια του νερού σκεδάζουν τις κυανές ακτίνες με αποτέλεσμα να φτάνουν στα μάτια μας και να μας θαμπώνουν. Έτσι, έχοντας φώτα ομίχλης τα οποία είναι πορτοκαλόχροα, αποφεύγεται σε μεγάλο βαθμό το θάμπωμα.

Τι είναι το ουράνιο τόξο;
Το φως κατά τη διάδοσή του μέσα από ένα διαφανές υλικό (όπως π.χ. οι σταγόνες της βροχής) διαθλάται, δηλαδή «σπάει» προς μια άλλη γωνία, ανάλογα με το μήκος κύματός του ( παρατηρήστε τι συμβαίνει όταν βάζουμε ένα ξύλο μέσα στο νερό). Έτσι, όταν έχουμε τον ήλιο πίσω μας και τη βροχή μπροστά μας , αυτό που συμβαίνει είναι το εξής: το λευκό φως του ήλιου ( αποτελούμενο από πολλά χρώματα) πέφτει στις σταγόνες της βροχής και «αναλύεται» δηλαδή κάθε χρώμα εκτρέπεται κατά διαφορετική γωνία με αποτέλεσμα να βλέπουμε όλο το φάσμα!

Γιατί οι σειρήνες ακούγονται διαφορετικά καθώς μας πλησιάζουν και απομακρύνονται;
Όλοι έχουμε παρατηρήσει ότι όταν μας πλησιάζουν ασθενοφόρα ή περιπολικά με σειρήνες , ο ήχος που ακούμε είναι πιο οξύς ( υψηλότερης συχνότητας) από αυτόν που ακούμε όταν είναι ακίνητα, ενώ όταν απομακρύνονται γίνεται χαμηλόσυχνος. Το φαινόμενο αυτό, που είναι γνωστό ως φαινόμενο Doppler, παρατηρείται πάντοτε όταν υπάρχει σχετική κίνηση μεταξύ της πηγής του ήχου ( π.χ. ασθενοφόρα) και του παρατηρητή. Ο ήχος δεν είναι τίποτα άλλο από κύματα που ταξιδεύουν σε ένα μέσο (π.χ. ατμόσφαιρα) και έχουν συγκεκριμένη ταχύτητα ( η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι περίπου 1200 km/h). Η συχνότητα που ακούμε εξαρτάται από την ταχύτητα του ήχου. Έτσι, όταν στην ταχύτητα αυτή προστίθεται ή αφαιρείται και η ταχύτητα που έχει η ηχητική πηγή, η τελική συχνότητα που ακούμε είναι διαφορετική από αυτήν που πραγματικά έχει ο ήχος. Το ίδιο φαινόμενο παρατηρείται και όταν η ηχητική πηγή είναι ακίνητη και κινούμαστε εμείς! Την επόμενη φορά, λοιπόν, που θα βρεθείτε στον δρόμο και θα περνάει ένα όχημα με σειρήνα παρατηρήστε αυτό το πραγματικά ενδιαφέρον φαινόμενο!

Πώς λειτουργεί το μάτι ; Γιατί χρησιμοποιούμε γυαλιά περί μυωπίας, αστιγματισμού κλπ;
Το μάτι είναι από τα πολυπλοκότερα αισθητήρια όργανα των ζώων. Απλουστεύοντας την εξήγηση της διαδικασίας, μπορούμε να πούμε τα εξής: οι φωτεινές ακτίνες εισέρχονται στο μάτι μέσω της κόρης. Η διάμετρος της κόρης ρυθμίζεται από την ίριδα. Έτσι, όταν το φως είναι λίγο, η ίριδα ανοίγει την κόρη ώστε να «μαζέψει» αρκετό φως, ενώ αντίθετα όταν το φως είναι έντονο, η κόρη στενεύει ( για το λόγο αυτό όταν βλέπουμε π.χ. τον ήλιο κλείνουμε τα μάτια, ενώ όταν μπαίνουμε σε δωμάτιο χωρίς φως οι κόρες μας διαστέλλονται). Οι εισερχόμενες ακτίνες διαθλώνται και εστιάζονται στο πίσω μέρος του βολβού, στον αμφιβληστροειδή χιτώνα. Εκεί υπάρχουν κάποια οπτικά κύτταρα που χρησιμεύουν για την όραση σε έντονο φως ( και ονομάζονται κωνία) και κάποια άλλα που χρησιμεύουν για την όραση σε ασθενές φως ( και ονομάζονται ραβδία). Η αίσθηση της όρασης έγκειται στον σχηματισμό ευκρινούς ειδώλου πάνω στον αμφιβληστροειδή.
Το μάτι , αν και από τα τελειότερα όργανα, παρουσιάζει κάποιες ανωμαλίες, οι οποίες αντιμετωπίζονται με τη χρήση γυαλιών: σε μερικά άτομα, η εστίαση και ο σχηματισμός του ειδώλου γίνεται πίσω από τον αμφιβληστροειδή. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται υπερμετρωπία. Ο υπερμέτρωψ βλέπει ευκρινώς τα μακρινά αντικείμενα , αλλά όχι τα κοντινά. Σε κάποια άλλα άτομα το είδωλο σχηματίζεται μπροστά από τον αμφιβληστροειδή. Κατά συνέπεια, βλέπουν ευκρινώς τα κοντινά αντικείμενα, αλλά όχι τα μακρινά. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως μυωπία. Καθώς η ηλικία ενός ατόμου αυξάνεται, ο φακός του ματιού χάνει την ελαστικότητά του με αποτέλεσμα να μην μπορεί να δει ευκρινώς τα κοντινά αντικείμενα. Η ανωμαλία αυτή ονομάζεται πρεσβυωπία. Μια άλλη ανωμαλία του ματιού έγκειται στο ότι η αποτύπωση του αντικειμένου ως είδωλο δεν γίνεται τέλεια, αλλά σχηματίζεται είδωλο-γραμμή. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται αστιγματισμός. Η μέτρηση της έντασης κάθε περίπτωσης από τις παραπάνω γίνεται σε βαθμούς. Με τη χρήση ειδικών ανά περίπτωση γυαλιών ( συγκλίνοντες, αποκλίνοντες φακοί, αλλά και συστήματα φακών) μπορεί να γίνει διόρθωση της όρασης, ώστε η εστίαση να γίνεται ακριβώς πάνω στον αμφιβληστροειδή και τα είδωλα να είναι ευκρινή.