Anja Røyne

Fysiker

Stikkordarkiv: lysbrytning


av Legg igjen en kommentar

Solhunden

I dag var det plutselig to soler på himmelen.

IMG_4937

Som du sikkert gjettet er den virkelige sola til høyre. Den til venstre er en solhund, også kalt bisol eller parhelion. Solhunden er i slekt med haloen, er en lysende flekk som kan dannes på hver side av solen, akkurat der hvor haloen er. Disse dannes når sollyset treffer iskrystaller som svever i lufta, enten høyt oppe i skyene eller, når det er veldig kaldt sånn som nå, nærmere bakken. Iskrystallene er formet som små sekskantede plater, og lyset som går inn gjennom en side i sekskanten og ut gjennom en av de andre blir bøyd i en bestemt vinkel. Det gjør at det dannes et bilde ett bestemt sted på himmelen.

Når flesteparten av de sekskantede platekrystallene ligger omtrent vannrett i lufta, blir det mest refleksjon på begge sider av sola. Jo mer de vipper opp og ned, jo mer ligner solhunden en del av en ring, altså haloen.

Vi kunne se en flekk på den andre siden av sola også, i dag, men den var ganske liten:

IMG_4938

I det kalde været vi har hatt de siste dagene har disse ørsmå iskrystallene som ligger flatt i lufta gitt opphav til et annet kult fenomen, som jeg ikke har klart å ta bilde av fordi vi bare ser det i mørket: Lyspillarer. Du kan se noen fine eksempler i NRK sin artikkel om fenomenet her. Dette er «søyler» av lys som ståler oppover fra gatelykter og andre lyskilder i byen. På bildet over ser det også ut som om det går en stråle opp fra sola – jeg tror det skyldes det samme fenomenet. Det er tydligere ved soloppgang og solnedgang.

Og om du står med sola nesten rett i fjeset og titter litt ned, ser du sollyset reflektert i diamantstøvet som svever over bakken.

For den som har lyst til å lære masse om optiske fenomener på himmelen kan jeg anbefale websiden Atmospheric Optics.


av Legg igjen en kommentar

Luftspeilinger

En god kollega hadde vært på langtur med bil i ferien, og han hadde flere ganger sett luftspeilinger på asfalten når de kjørte lange rette strekninger. Det er sikkert mange som har sett himmelen speile seg i motorveien på varme dager. Hvordan blir den varme asfalten plutselig til et speil?

Luftspeiling på motorveien. Bilde: "A Highway Mirage", Michael Gil/FLickr/CC license.

Luftspeiling på motorveien. Bilde: «A Highway Mirage«, Michael Gil/FLickr/CC license.


Selv forbinder jeg luftspeilinger aller mest med Donald. Donald går i ørkenen og er fryktelig tørst. Han ser et basseng og kaster seg ned i det for å drikke. Men så viser det seg at det bare er sand. Jeg mener at det finnes flere varianter, blant annet en der han ser en bod som selger kald drikke.

Denne siden fra et Micky Mouse-blad fra 1951 har jeg kopiert fra denne bloggen.

Denne siden fra et Micky Mouse-blad fra 1951 har jeg kopiert fra denne bloggen.


Lys og luft
Vanligvis går lyset rett frem gjennom lufta, og når lyset fra en ting treffer øynene våre, forstår hjernen vår at denne tingen befinner seg i den retningen lyset kom fra.

Men luft er ikke alltid bare luft. Når lufta varmes opp, blir det lengre mellom hvert luftmolekyl. Lufta tar mer plass, den blir lettere og den stiger oppover. Og siden det er færre molekyler å snakke med, går lyset fortere i varm luft enn den gjør når lufta er kald.

Hvordan sand blir til speil
Som man merker når man går barbeint, kan asfalt (og ørkensand) bli svært varm når sola skinner på den. Dette fører til at lufta inntil asfalten også varmes opp. Den varme lufta stiger opp og avkjøles. Altså blir det liggende et lag med veldig varm luft helt nederst mot bakken, med en gradvis overgang til den kjøligere lufta over.

Tenk deg en lysstråle fra himmelen, som kommer på skrått inn mot den varme veien. Når lyset kommer inn i varmere luft, vil det gå litt fortere. Siden den nederste delen av lysstrålen treffer den varme lufta først, vil den gå fortest, og det får hele lysstrålen til å bøye seg inn langs bakken.

Dersom temperaturforskjellen er tilstrekkelig stor over et lite område, vil lysstrålen svinge så mye at den plutselig er på vei oppover igjen. Uten at den noen gang har truffet bakken. Det er litt som om lyset har truffet et speil, bortsett fra at det svinger gradvis i steden for å sprette ut som en sprettball.

Du kan se at himmelen speiler seg i veien om du befinner deg omtrent i samme høyde som der temperaturforandringen skjer. Inne i en bil på veien, for eksempel. Om du har flaks.

Hjernen gjør så godt den kan
Om du ser på bakken langt foran deg, og ser et speilbilde av himmelen, så kan ikke hjernen forstå annet enn at det må ligge noe blankt akkurat der som har laget det speilbilde. I ørkenen blir det nødt til å være en speilblank vannoverflate.

Men du vil aldri nå helt frem til den – om du ikke er Donald.

Luftspeiling i Egypt. Bilde: "Mirage in the Desert", Michael Gwyther-Jones//Flickr/CC lisence.

Luftspeiling i Egypt. Bilde: «Mirage in the Desert«, Michael Gwyther-Jones/Flickr/CC license.


av 2 kommentarer

Melk, smør, såpe og snø

To av mine favorittfenomener forenes i meieriprodukter.

Melka er hvit, snøen er hvit

20130924-112144.jpgLyset som treffer oss fra sola består av mange forskjellige farger, og når du ser dem alle sammen på en gang oppfattes det som hvitt. Så når noe ser hvitt ut, er det fordi at alt lyset som treffer denne tingen blir reflektert tilbake til øynene dine.

Men det finnes jo andre overflater også som reflekterer alt som treffer dem. Speil. De ser ikke hvite ut!

Speil er glatte, og lyset som treffer speiloverflaten sendes tilbake igjen i en helt bestemt vinkel. Hvite overflater kan se glatte ut, men egentlig består de av massevis av små partikler. Partiklene kan godt være så små at du ikke kan se dem med det blotte øye. Dette er tilfellet i melka. Snøen, som også er hvit, består som kjent av mange små snøkrystaller – de trenger ikke være like små, men hver enkelt overflate på snøkrystallene er ikke særlig stor.

Når lyset treffer alle de små partiklene blir det reflektert i alle mulige retninger. Det lyset som ender opp med å treffe øynene dine er en samling av lys som opprinnelig kom fra forskjellige steder. Derfor ser du ikke et bilde, som i speilet, men du ser hvitt, fordi alle fargene har like stor sjanse til å havne i øyet ditt.

Vann i fett og fett i vann

Melka er altså hvit fordi den er full av bitte små partikler. Flesteparten av disse partiklene er fettklumper. Fett er noe som på ingen måte trives sammen med vann, og om vannet og fettet fikk det som de ville, ville alt fettet ha samlet seg på toppen av melka og vannet blitt liggende under. Dette skjer da også med melk som ikke er homogenisert.

For å tvinge fettet til å holde seg spredt i melka, trenger man noen molekyler som kan hjelpe overflatene litt. Det finnes en type molekyler som kalles surfaktanter. De har en ende som liker fett, og en annen som liker vann. Når en dråpe med fett blir dekket av de fettelskende endene på surfaktantene, slik at de vannelskende endene stikker ut i vannet, har plutselig fettklumpene det helt topp med å sveve rundt i vannet. Dette er akkurat det samme som skjer når man bruker såpe for å lure fettet fra klærne og over i vaskevannet. Når melka homogeniseres tvinger man flere av surfaktantene som finnes naturlig i melka til å sette seg på fettdråpene, slik at de blir mer stabile.

I smøret er det mye fett og litt vann, og her er det vannet som er spredt som dråper i fettet med de snille surfaktantmolekylene tett pakket rundt seg.

Når man har melk og skal lage smør må man få fettklumpene i melka til å samle seg. Dette gjør man med å riste og herje på melka samtidig som man blander inn masse luft. Lufta får overflatene til fettklumpene til å bli mindre stabil, slik at når to fettklumper kolliderer på grunn av all herjinga, er det større sjanse for at de smelter sammen til en stor klump.

Partytriks

Neste gang du vil bli kvitt noen på en fest, kan du fortelle dem at melk er en olje-i-vann-emulsjon mens smør er en vann-i-olje-emulsjon.

Du ville forresten ikke blitt kvitt meg.

(Dette er meget løselig basert på en presentasjon fra meieriteknologiekspert Sigrid Svanborg. Alle overforenklinger og misforståelser er mine egne.)


av 1 kommentar

Jeg så en regnbue

regnbue

Lyset skinner på en rotete haug med vanndråper og produserer en perfekt regnbue. Det er en av de tingene som bare virker magisk. Hvordan kan alle disse regndråpene samarbeide om å lage noe så fint?

Hvordan solstrålene treffer jorda

Lyset fra sola kan ikke sammenlignes med lyset fra en lampe. Se for deg sola med solstrålene ut til alle kanter, som på en barnetegning. Om sola er så stor som en appelsin, så er jorda et knappenålshode, femten meter unna. Den lille jorda greier ikke fange opp mer enn en enkelt av barnetegning-solstrålene. Altså går alt lyset som treffer jorda går i akkurat samme retning, i motsetning til lampelyset som brer seg utover til alle kanter.

Hva som skjer i skyen

Du kan se regnbuen når du har sola i ryggen. Lyset fra sola skinner forbi deg og på lyser opp vanndråpene i en sky foran deg. Vanndråpene er runde som klinkekuler. Se for deg at sollyset består av massevis av stråler som beveger seg rett fram. Så konsentrerer du deg om en av disse strålene. Den går inn i skyen, og treffer en vanndråpe.

Treffer den langt ut på kanten, vil hele strålen reflekteres og sprette ut til siden.Som om dråpen var et speil.

Hvis den treffer akkurat midt på, vil noe av den sprette rett tilbake, mens resten fortsetter rett fram gjennom dråpen.

Om den derimot treffer ved siden av midten, men ikke for langt ut, vil noe av strålen reflekteres og noe vil fortsette inn i vannet. Den biten av strålen som fortsetter innover går i en litt annen retning enn den hadde opprinnelig.

Hvorfor lyset svinger

På barneskolen min tok de 17. mai seriøst. Jeg vet ikke om det var sånn over alt, men vi øvde ihvertfall, mye, før den store dagen. Vi gikk fire i bredden. Det var svinginga som var vanskeligst. Når en rekke med fire barn kom til en sving, måtte de som fikk yttersvingen gå fort, mens de innerste måtte bremse. Solstråla vi følger er egentlig en bølge. Bølgetoppene i luft ligger danner rette streker etter hverandre, akkurat som skolebarna i 17. mai-toget. Barn går saktere i vann enn i luft, og det gjør lyset også. Se for deg en rekke med skolebarn som kommer til en skråstilt bassengkant. Der skal de gå videre med vann til livet. Barna som kommer først ned i vannet begynner å gå saktere, mens de ytterste fortsetter med større fart en stund til. Dette gjør etterhvert at hele barnetoget svinger. Og akkurat det samme skjer med lysbølgen.

Det er forskjell på farger

Sollyset består av en enorm mengde bølger med forskjellig bølgelengde. En del av disse, som har omtrent halvparten av en tusendels millimeter mellom hver bølgetopp, utgjør det synlige lyset. Øynene og hjernen vår oversetter de forskjellige bølgelengdene i dette området til forskjellige farger. I luft og tomrom har de forskjellige fargene omtrent samme hastighet, men i vann bremses det blå lyset mer enn det røde. Derfor vil det blå lyset svinge litt mer. I noen vanndråper treffer solstrålen akkurat slik at den bøyes litt, treffer bakveggen i dråpa, blir reflektert fram igjen, og bøyes litt til på vei ut. Retningen lyset har når det kommer ut, på vei tilbake igjen fra skyen, avhenger av hvilken farge det har.

Hva du ser

Du ser regnbuen fordi lys treffer øynene dine. Sola står bak deg og sender strålene sine forbi deg og inn i regnværet. Alle strålene går i samme retning.

Den ytterste randen av regnbuen er blå. Hele den blå randen er i samme avstand til øynene dine. Blått lys som går inn i en dråpe, blir reflektert på bakveggen og kommer ut igjen får akkurat den vinkelen som gjør at den treffer øynene dine fra akkurat denne avstanden. Hadde du stått et stykke lengre bort, ville du kanskje ikke ha sett blått på denne plassen, men rødt. Hadde du vært oppe i et fly kunne du kanskje ha sett regnbuen som en hel sirkel.

Noen ganger ser du to regnbuer. Lyset kan nemlig også bli reflektert to ganger inni dråpen før det kommer ut igjen. Da blir det brutt mer, og det mister mer av intensiteten sin på veien. Derfor er denne buen lengre ut enn den første, og svakere. Tre refleksjoner gir en tredje regnbue, men denne er veldig svak og dannes så langt unna den første at den kommer i nærheten av sola – derfor kan man nesten aldri se den.

Din egen regnbue

Ingen kan se den samme regnbuen. Det er bare du som har øynene dine akkurat på den plassen som gjør at du kan se fargene akkurat der du ser dem. Men når forutsetningene er riktige kan mange mennesker se regnbuer på omtrent samme sted, så det gir mening å si ting som at «det var en nydelig regnbue over Ekebergåsen i kveld».

Oppskriften på magi

Verden er full av rot, men regndråper er runde, og sollyset går rett, og derfor har vi regnbuer til å glede oss over.