Kodėl negalime matyti kiaurai medieną?
Trumpas atsakymas: Mes negalime matyti kiaurai medienos, nes jos vidinės dalys išsklaido ir sugeria šviesą. Šviesa atsispindi nuo daugelio mažų paviršių ir yra sugraužiama pigmentų, todėl beveik jokia šviesa nepraeina tiesiai pro ją.
Trumpas paaiškinimas
Mediena sudaryta iš daugybės mažyčių tuščiavidurių ląstelių ir tvirtų ląstelių sienelių. Ląstelių sienelės ir jose esantis oras pasižymi skirtingomis optinėmis savybėmis, todėl šviesa, į jas atsitrenkusi, linksta ir atsimuša. Kiekvienas atšokimas nukreipia šviesą nauja kryptimi.
Po daugybės atšokimų šviesa nebeskrenda tiesiai, todėl negalime matyti kiaurai medieną. Medienos dalys, tokios kaip ligninas, taip pat sugeria dalį šviesos (absorbcija). Stori gabalai daug kartų atsimuša ir sugeria daugiau šviesos, todėl atrodo nepermatomi.
Labai ploni griežinėliai arba specialiai apdorota mediena gali praleisti dalį šviesos, o tai rodo, kad efektas priklauso nuo storio ir struktūros. Popierius taip pat gaminamas iš medienos pluoštų, tačiau jis yra presuotas ir vis tiek turi mažyčių tarpelių, kurie išsklaido šviesą, todėl jis taip pat nėra skaidrus.
Kaip tai veikia moksliškai
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikis/dėsnis: Šviesos sklaida ir absorbcija; Beero-Lamberto dėsnis (absorbcijai) ir daugybinė sklaida paaiškina, kodėl mediena yra neskaidri.
Medienos struktūra yra ilgų ląstelių (pluoštų) pluoštas su tvirtomis ląstelių sienelėmis, sudarytomis iš celiuliozės ir lignino, ir mažyčiais oro tarpais ląstelių viduje ir tarp jų. Į medieną sklindanti šviesa susiduria su daugeliu paviršių, turinčių skirtingus lūžio rodiklius (matą, kiek medžiaga išlenkia šviesą). Kiekvienoje sąsajoje dalis šviesos atsispindi, lūžta arba išsklaidoma naujomis kryptimis.
Po daugelio tokių įvykių pradinis spindulys yra išsklaidytas ir nebesklaidomas tiesiai. Ligninas ir kiti pigmentai sugeria dalį šviesos, todėl mažiau jos patenka į kitą pusę. Plonos medienos dalys sklaidosi rečiau, todėl gali praeiti daugiau šviesos ir jos gali atrodyti permatomos.
Poliruojant arba užpildant oro tarpus medžiagomis, kurios atitinka lūžio rodiklį, sumažėja sklaida ir gali padidėti skaidrumas.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai ir technikai pjauna labai plonas medienos dalis ir matuoja, kiek šviesos praeina, ir naudoja mikroskopus, kad stebėtų, kaip šviesa sąveikauja su ląstelėmis. Jie taip pat tiria apdorotą medieną, iš kurios pašalintas ligninas arba užpildytos poros, kad parodytų, kaip absorbcija ir sklaida keičia skaidrumą.
Kur tai pastebėsi
- Tvirtos medinės durys blokuoja saulės šviesą kambaryje.
- Storas medžio kamienas yra nepermatomas; pro jį nematyti šviesos.
- Ploni baldų medžio lukštai gali praleisti šiek tiek šviesos kraštuose.
- Popierius (pagamintas iš medienos pluoštų) paprastai blokuoja šviesą, nes pluoštai ją išsklaido.
- Kai kuriose lempose naudojami labai ploni medžio lakštai, todėl pro juos sklinda švelni šviesa.
Eksperimentas
Šviesos skverbimosi pro medieną bandymas
Sauga: Naudokite silpnos temperatūros LED žibintuvėlį; jei reikia pjauti, kreipkitės į suaugusiojo pagalbą.
Priemonės
- žibintuvėlis
- storas medinis blokas arba pagaliukas
- plona medžio fanera arba smulkios medžio drožlės
- spausdintuvo popieriaus lapas
- tamsus kambarys
Žingsniai
- Eikite į tamsų kambarį ir įjunkite žibintuvėlį.
- Pašvieskite šviesa į storą medinį bloką ir stebėkite, ar kitoje pusėje atsiranda šviesa.
- Laikykite ploną medžio fanerą arba medžio drožles tarp žibintuvėlio ir akies ir palyginkite, kiek šviesos praleidžia.
- Išbandykite popieriaus lapą ir atkreipkite dėmesį į skirtumą.
- Užsirašykite, kurie daiktai praleidžia daugiausia šviesos. Ką tai rodo: Storesnė mediena blokuoja daugiausia šviesos, nes daugelis vidinių paviršių ją išsklaido ir sugeria, o plonesni gabalai praleidžia daugiau šviesos.
Naudingi terminai
- sklaida: kai šviesa atsispindi nuo daugelio mažų paviršių ir sklinda skirtingomis kryptimis.
- absorbcija: kai medžiaga sugeria šviesos energiją, todėl iš jos išeina mažiau šviesos.
- lūžio rodiklis: skaičius, rodantis, kiek medžiaga išlenkia šviesą.
- ligninas: natūrali medienoje esanti cheminė medžiaga, kuri padeda suklijuoti ląsteles ir gali sugerti šviesą.
Vaikai klausia
Ar bet kokia mediena gali būti permatoma?
Labai ploni griežinėliai arba specialiai apdorota mediena gali būti iš dalies permatoma; mokslininkai taip pat gamina „permatomą medieną“ pašalindami kai kurias dalis ir užpildydami tarpus .
Kodėl popierius nėra permatomas, jei jis pagamintas iš medžio?
Popieriuje yra daug mažų oro tarpelių ir pluoštų, kurie išsklaido šviesą, todėl šviesa nepraleidžia tiesiai.
Ar dažai padaro medieną daugiau ar mažiau permatomą?
Dažuose pridedama pigmentų, kurie sugeria ir blokuoja šviesą, todėl dažyta mediena paprastai yra mažiau permatoma.