Γιατί τα φύλλα είναι πράσινα;

1/25/2021

 

Φως και Χρώματα

Δευτέρα σήμερα, δεύτερη σχολική ώρα και ο χαμός που γινόταν στο ολιγόλεπτο διάλειμμα και την προηγούμενη ώρα, συνεχιζόταν.

Καθηγητής:     Ελάτε παιδιά, ησυχάστε λίγο, τι σας απασχολεί τόσο έντονα;

Μιχάλης:         Δεν τα μάθατε; ο Παναθηναϊκός νίκησε χθες τον Ολυμπιακό 4 – 1.

Καθηγητής:     Με τη φόρα που πήρε ο Παναθηναϊκός φέτος, αυτό δεν αποτελεί είδηση.

Ανδρέας:         Και η Αθήνα από χθες είναι ντυμένη στα πράσινα.

Καθηγητής:     Κι εσύ Χριστίνα, σκεφτική σε βρίσκω, μάλλον Ολυμπιακό σε κόβω.

Χριστίνα:        Όχι κύριε, δεν ασχολούμαι με τέτοια εγώ, παρόλα αυτά κι εγώ χθες είδα μια πράσινη θάλασσα.

Καθηγητής:     Κατάλαβα κι εσύ στην Ομόνοια θα βρέθηκες.

Χριστίνα:        Χθες θαύμαζα τα αναθήματα των αρχαίων προγόνων μας στους Δελφούς που πήγα με τους γονείς μου και στην Αράχοβα που καθίσαμε είδα στο βάθος την πράσινη θάλασσα.

Καθηγητής:     Μπράβο Χριστίνα, πολύ ωραία παρομοίωση, σίγουρα εννοείς τους ελαιώνες της Άμφισσας, αλλά που οφείλεται το πράσινο χρώμα των φύλλων των δένδρων;

Άντε πάλι με αυτά τα πού, πώς, γιατί, …… των Φυσικών.

Χριστίνα:        Γιατί τα βλέπουμε πράσινα.

Καθηγητής:     Υπάρχει βαθύτερη αιτία, σίγουρα θα έχετε δει ουράνιο τόξο.

Βασιλική:        Πάντα ενθουσιάζομαι όταν αντικρίζω αυτό το τεράστιο κυκλικό, έγχρωμο τόξο να γεμίζει τον ουρανό.

Καθηγητής:     Μήπως θυμάσαι και τα χρώματα;

Βασιλική:        Βέβαια, από πάνω προς τα κάτω, κόκκινο, πορτοκαλί, πράσινο, κίτρινο, μπλε, μωβ και όλα τα ενδιάμεσα χρώματα…….. Α, έχω δει μια φορά κι ένα δεύτερο πιο αμυδρό, πιο πάνω με τα χρώματα ανάποδα, μου φάνηκε περίεργο και το κοιτούσα συνέχεια, αλλά τα χρώματα ήταν ανάποδα.


Καθηγητής:     Δίκιο έχεις, επί αιώνες οι άνθρωποι ατένιζαν το ουράνιο τόξο κι έδιναν διάφορες ερμηνείες, μέχρι που ένας φοιτητής εικοσάχρονος ονόματι Ισαάκ Νεύτων, έφτιαξε ένα δικό του, δηλαδή υποχρέωσε ακτίνα ηλιακού φωτός να περάσει μέσα από ένα πρίσμα και στην οθόνη πίσω από το πρίσμα εμφανίστηκαν όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου με την ίδια σειρά.

                     Στη συνέχεια άνοιξε μια σχισμή στην οθόνη ώστε να περνάει μόνο ένα χρώμα κάθε φορά που μετατόπιζε την οθόνη και με δεύτερο πρίσμα διαπίστωσε ότι τα χρώματα δεν αναλύονταν άλλο, ενώ χωρίς την οθόνη, διερχόμενα όλα μαζί από το δεύτερο πρίσμα ενώνονταν πάλι σε λευκό. Αν ήσασταν αυτός ο φοιτητής σε ποια συμπεράσματα θα καταλήγατε;

Παύλος:          Θα έλεγα ότι το πρίσμα στην πρώτη διέλευση προσθέτει χρώματα και στη δεύτερη τα αφαιρεί.


Ανδρέας:         Δε έχεις δίκιο, αν συνέβαινε κάτι τέτοιο όταν τα χρώματα περνούσαν ένα – ένα θα έπρεπε να είχαμε σκοτάδι.

Καθηγητής:     Σωστή παρατήρηση Ανδρέα.

Μάνθος:          Η μη περεταίρω ανάλυση κάθε χρώματος χωριστά, σηματοδοτεί ότι είναι απλά χρώματα ενώ το λευκό είναι η σύνθεση όλων των άλλων χρωμάτων μαζί.

Καθηγητής:     Μπράβο Μάνθο και ο φοιτητής μας κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα και το υποστήριξε με σθένος παρόλο που ο καθηγητής του, Ρόμπερτ Χουκ, απέρριπτε τέτοιες ερμηνείες.

Χριστίνα:        Αχ αυτοί οι καθηγητές, αυτά μας κάνουν.

Καθηγητής:     Ξέρετε, λόγω ηλικίας, τελευταία δεν ακούω και πολύ καλά. Πάντως ο φοιτητής μας τα έβαλε και με άλλο καθηγητή, τον Χόιχενς, ως προς τη φύση του φωτός υποστηρίζοντας ότι το φως αποτελείται από σωματίδια σε αντίθεση με τον Χόιχενς που έλεγε ότι το φως είναι κύμα.

Χριστίνα:        Μα ασφαλώς είναι κύμα.

Καθηγητής:     Το ίδιο διατύπωσε αργότερα και ο Γιαγκ, μόνο που αυτός έστρεψε τις έρευνές του στη φύση της όρασης εξετάζοντας το μάτι. Διαπίστωσε ότι ο φακός του ματιού εστιάζει την εικόνα πάνω στον αμφιβληστροειδή χιτώνα όπου εδράζονται φωτοευαίσθητα κύτταρα, τα κονία, μόνο για το κόκκινο, το πράσινο και το μπλε, ενώ περιφερειακά βρίσκονται τα ραβδία με ευαισθησία στο άσπρο – γκρι – μαύρο.

Ελένη:             Δηλαδή κατά Γιαγκ, δε βλέπουμε πορτοκαλί, κίτρινο και ιώδες, σίγουρα                             έκανε λάθος.

Καθηγητής:     Ενδιαφέρουσα άποψη, αλλά για πες μου, με τι βλέπουμε;

Ελένη:             Με τα μάτια μας βέβαια, θέλει και ρώτημα;

Καθηγητής:     Το μάτι μας είναι το όργανο που συλλέγει τις φωτεινές ακτίνες, τις εστιάζει στα φωτοευαίσθητα κύτταρα που με το οπτικό νεύρο μεταβιβάζουν το μήνυμα στον εγκέφαλο, από όπου αρχίζει η αντίστροφη διαδικασία προβολής του ερεθίσματος στο χώρο.

Ελένη:             Θέλετε να πείτε ότι βλέπουμε με τον εγκέφαλο;

Καθηγητής:     Βλέπουμε, ακούμε, γευόμεθα, μυρίζουμε, αισθανόμαστε με τον εγκέφαλο. Ο κάθε ένας από εμάς είναι το εγκεφαλονωτιαίο νευρικό του σύστημα, όλα τα άλλα είναι βοηθητικά όργανα.

Μιχάλης:         Και τα υπόλοιπα χρώματα πώς τα βλέπουμε;

Καθηγητής:     Η οθόνη του υπολογιστή, της τηλεόρασης, του κινητού, γενικά όλες οι έγχρωμες οθόνες, πόσα χρώματα δείχνουν;

Μιχάλης:         Κάποια εκατομμύρια χρώματα και αποχρώσεις σύμφωνα με το εγχειρίδιο χρήσης τους, όχι μόνο τρία.

 Καθηγητής:    Αυτά τα εκατομμύρια χρώματα που λες, τα αντιλαμβάνεται ο εγκέφαλος με την ανάμειξή μόνο του κόκκινου, του πράσινου και του μπλε με διάφορες φωτεινότητες το καθένα. Για παράδειγμα η ανάμιξη κόκκινου και πράσινου δίνει την αίσθηση του κίτρινου.

Δημήτρης:       Ασχολούμαι με τα πινέλα και τη ζωγραφική χρόνια τώρα και αυτό που λέτε είναι αδύνατο, αν αναμίξω κόκκινη και πράσινη μπογιά θα πάρω ένα άχαρο καφέ που δε θα θυμίζει σε τίποτα το κίτρινο που λέτε.

Καθηγητής:     Δίκιο έχεις, δικό μου το λάθος, δε διευκρίνισα ότι άλλο πράγμα είναι η πηγή φωτός και άλλο ο ανακλαστήρας φωτός. Οι μπογιές ανακλούν το φως. Η κόκκινη μπογιά είναι κόκκινη αν φωτιστεί με λευκό ή κόκκινο φως διότι τα μόρια που την αποτελούν απορροφούν όλα τα άλλα χρώματα και ανακλούν μόνο το κόκκινο. Αν τη φωτίσουμε με πράσινο ή μπλε φως θα τη δούμε μαύρη.

Δημήτρης:       Δηλαδή το λεμόνι φαίνεται κίτρινο γιατί απορροφά όλα τα χρώματα του λευκού φωτός και εκπέμπει μόνο το κόκκινο και το πράσινο;

Καθηγητής:     Σωστά, αλλά μας μένουν ακόμη 20 λεπτά, πάρτε από ένα μικροσκόπιο το κάθε τραπέζι από τον πάγκο, μη τα ανάψετε και ρυθμίστε στη μικρότερη μεγέθυνση.

Βασιλική:        Θα το γυρίσουμε σε βιολογία;

Καθηγητής:     Κάτι πιο απλό, βάλτε στην τράπεζά τους τα κινητά σας αναμμένα, επιλέξτε τη μικρότερη μεγέθυνση, εστιάστε και πέστε μου τι βλέπετε;

Ανδρέας:         Καταπληκτικό! Με γυμνό μάτι γίνεται χαμός από χρώματα, στο μικροσκόπιο βλέπω μόνο κόκκινα, πράσινα και μπλε φωτάκια.

Καθηγητής:     Μετακινήστε τα κινητά πάνω στην τράπεζα και παρατηρώντας λευκές και έγχρωμες περιοχές να διαπιστώσετε με ποιο συνδυασμό χρωμάτων επιτυγχάνεται κάθε χρώμα.

Δημήτρης:       Απίστευτο!!! αυτό που βλέπω λευκό στο κινητό μου, στην πραγματικότητα δημιουργείται από κόκκινα, πράσινα και μπλε φωτάκια, το κίτρινο από κόκκινο και πράσινο, το γαλάζιο από πράσινο και μπλε και το μωβ από κόκκινο και μπλε.

Καθηγητής:     Τελειώνοντας, βάλτε τα μικροσκόπια στη θέση τους και ετοιμάστε για το επόμενο μάθημα μια εργασία για τα χρώματα και την όραση, με ότι είπαμε σήμερα, απαντώντας και στις ερωτήσεις, 

                    Α. γιατί τα φύλλα των δένδρων είναι πράσινα.

             και Β. γιατί το Νόμπελ Φυσικής 2014 απενεμήθη στους

1.     Ισάμο Ακασάκι

2.     Χιρόσι Αμάνο

3.     Σούχι Νακαμούρα



Συνέχεια

Καθηγητής:     Καλημέρα παιδιά και όντως είναι καλή η μέρα, ηλιόλουστη με μπόλικο λευκό φως και τα φύλλα των δένδρων καταπράσινα.

Χριστίνα;        Τώρα ξέρω γιατί είναι πράσινα.

Καθηγητής:     Για πες μας λοιπόν, τι βρήκες;

Χριστίνα:        Στα φύλλα των δένδρων εδράζονται τα εργοστάσια της φωτοσύνθεσης, οι χλωροπλάστες. Εκεί λοιπόν φτάνουν οι πρώτες ύλες,

·       νερό από τις ρίζες,

·       διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα μέσα από τα στομάτια των φύλλων,

και ενέργεια από τον ήλιο.

Ενέργεια και πρώτες ύλες κατευθύνονται στο μηχάνημα χλωροφύλλη, όπου συντελείται η φωτοσύνθεση με προϊόντα

·       γλυκόζη

·       νερό

·       και οξυγόνο.

Πακετάρει τη γλυκόζη σε άμυλο, απελευθερώνοντας οξυγόνο και νερό στο περιβάλλον.

Ελένη:             Ωραία όλα αυτά, αλλά δε μας είπες γιατί τα φύλλα είναι πράσινα.

Χριστίνα:        Ο ήλιος λούζει τον πλανήτη μας με λευκό φως που όπως λέγαμε την τελευταία φορά είναι σύνθετο. Ε λοιπόν η χλωροφύλλη χρειάζεται για τη φωτοσύνθεση την ενέργεια όλων των άλλων χρωμάτων εκτός της πράσινης δέσμης την οποία επανεκπέμπει και γι’ αυτό τα βλέπουμε πράσινα.

Καθηγητής:     Πολύ καλή περιγραφή Χριστίνα, κάπως έτσι είναι τα πράγματα.

Ανδρέας          Μπερδεύομαι ακόμα με την ανάμιξη χρωμάτων.

Δημήτρης:       Είδαμε στο μικροσκόπιο ότι

·       το κίτρινο είναι η ανάμιξη του κόκκινου με το πράσινο φως

·       το γαλάζιο η ανάμιξη του πράσινου με το μπλε φως

·       και το μωβ η ανάμιξη του κόκκινου με το μπλε φως.

Πάμε στα χρώματα τώρα, μια κίτρινη μπογιά απορροφά όλα τα χρώματα του λευκού φωτός κι εκπέμπει το κόκκινο και το πράσινο, ενώ μια γαλάζια μπογιά απορροφά όλα τα χρώματα του λευκού φωτός κι εκπέμπει το πράσινο και το μπλε. Τώρα αν τις ανακατέψουμε τι χρώμα θα δούμε;

Ανδρέας:         Και οι δύο μαζί απορροφούν όλα τα χρώματα του λευκού φωτός κι εκπέμπουν μόνο το πράσινο, άρα πράσινο.

Δημήτρης:       Σωστά, ενώ η ανάμιξη της γαλάζιας μπογιάς με μωβ θα δώσει μπλε χρώμα και η ανάμιξη της κίτρινης μπογιάς με μωβ θα δώσει κόκκινο χρώμα.

Καθηγητής:     Και για το Νόμπελ Φυσικής 2014 τι βρήκατε;

Φραντζέσκα:   Το πρώτο LED που κατασκευάστηκε ήταν το κόκκινο και λίγο αργότερα, το πράσινο, μεταξύ 1960 – 1970. Έκτοτε όλα τα πανεπιστήμια και οι βιομηχανίες του κόσμου προσπαθούσαν να κατασκευάσουν το μπλε, δοκιμάζοντας το ένα υλικό μετά το άλλο. Χρειάστηκαν ακόμη 30 χρόνια ώστε να το πετύχουν οι τρεις Ιάπωνες Ακασάκι, Αμάνο και Νακαμούρα. Πήραν το βραβείο Νόμπελ γιατί το επίτευγμά τους είχε τεράστια επιστημονική, κοινωνική και εμπορική εφαρμογή, μιας και από τότε γέμισε ο κόσμος με τις έγχρωμες οθόνες LED. Μέχρι τότε οι τηλεοράσεις ήταν τεράστιες, ακόμη έχω μια τέτοια στο δωμάτιό μου, στη συνέχεια οι τηλεοράσεις έγιναν κάντρα τοίχου. Ειπώθηκε ότι ο πλανήτης τον 20 ο αιώνα φωτίστηκε με λαμπτήρες βολφραμίου και τον 21 ο με LED. Σιγά σιγά οι παλιοί λαμπτήρες εξαφανίζονται από την αγορά.


Καθηγητής:     Μπράβο παιδιά, βλέπω ότι ψάξατε το θέμα και τα είπατε καλύτερα από μένα. Τώρα ας ρίξουμε μια ματιά σε αυτό το LED (Light-Emmiting-Diode) δίοδος εκπομπής φωτός.

Βασιλική:        Περίεργο, έχει τέσσερα συρματάκια αντί για δύο.

Καθηγητής:     Σωστά, διότι μέσα στην πλαστική θήκη εγκλώβισαν τρία LED με κοινή κάθοδο στο πιο μακρύ και τα άλλα τρία τροφοδοτούν ένα κόκκινο, ένα πράσινο κι ένα μπλε LED. Βασιλική, κάρφωσε τα συρματάκια στις θύρες 3, 4, 5 κι 6 του Arduino, φροντίζοντας η γείωση (το πιο μακρύ) να μπει στην 4, σύνδεσε την μπαταρία και πες μου τι βλέπεις;

Βασιλική:        Ανάβουν διαδοχικά τα 6 χρώματα του φάσματος, στο τέλος γίνεται λευκό, σβήνει και πάλι από την αρχή.




Καθηγητής: Σωστά, αυτό το προγραμμάτισα να κάνει, βλέπετε με αυτά τα τρία χρώματα, γνωστά σαν RGB από τα αρχικά Red, Green, Blue μπορούμε να παράξουμε και όλα τα άλλα μεταβάλλοντας τις φωτεινότητές τους. Ήρθε η ώρα της μέτρησης, πάρτε τα μικροσκόπια, βάλτε ένα αναμμένο κινητό σε λευκή περιοχή στην τράπεζα κι από πάνω τον διαφανή χάρακα. Εστιάστε ώστε να δείτε δυο συνεχόμενες γραμμές του χάρακα που εκπροσωπούν το χιλιοστό και φωτογραφίστε το με ένα άλλο κινητό. Αφαιρέστε τον χάρακα, εστιάστε και φωτογραφίστε πάλι. Στη δεύτερη φωτογραφία, μετρήστε τα πίξελ που αντιστοιχούν στο χιλιοστό. Η λέξη πίξελ είναι σύνθετη με περικοπή, αγγλικών λέξεων που σημαίνει στοιχείο εικόνας (picture-element = pixel). Στην περίπτωσή μας ένα πακετάκι από κόκκινο-πράσινο-μπλε λεντάκι.

……………………………………………..

Χαρά:              Το δικό μου κύριε χωράει 11 πίξελ στο χιλιοστό.

Καθηγητής:     Ωραία, μέτρα τώρα τις διαστάσεις της φωτισμένης οθόνης του κινητού σου.

Χαρά:              62x110 χιλιοστά.

Καθηγητής:     Μετέτρεψέ τις διαστάσεις σε πίξελ.

Χαρά:              62x11=682 και 110x11=1210,

Καθηγητής:     Αναζήτησε τώρα στο διαδίκτυο  την ανάλυση οθόνης του μοντέλου του                             κινητού σου.

Χαρά:              Είναι το LG K8 4G με ανάλυση οθόνης 720x1280 pixels.

Καθηγητής:     Πολύ καλό αποτέλεσμα, ένα σφάλμα της τάξης του 5% για μια πρόχειρη                             μέτρηση είναι ανεκτό. Ένας παράγοντας που ανεβάζει το κόστος του κινητού                      σας είναι και η ανάλυση της οθόνης του. Ήδη θα προσέξατε της                                             διαφορετικές  αναλύσεις των κινητών σας.


Καθηγητής:     Η εργασία σας για την επόμενη φορά θα είναι να περιγράψετε το πως θα φαίνεται η Ελληνική ή η Αμερικάνικη σημαία, μια ντομάτα, μια πιπεριά, ένα λεμόνι, αν φωτιστούν με RGB. Θα φροντίσω με τη βοήθεια του κυλικείου κι αυτού του κλειστού κουτιού, να επαληθεύσουμε τις υποθέσεις σας.

Σπύρος:           Τι περιέχει αυτό το κουτί;

Καθηγητής:     Μια σειρά κόκκινα LED, μια πράσινα και μια μπλε, τις οποίες ελέγχουμε με τους τρεις διακόπτες που βλέπετε εξωτερικά.


Το πρόγραμμα

 

int a=130;

int color[]={0,0,0,a,0,0,a,a,0,0,a,0,0,a,a,0,0,a,a,0,a,a,a,a};

int redPin=3;

int greenPin=5;

int bluePin=6;

int gnd=4;

void setup() {

  pinMode(redPin,OUTPUT);

  pinMode(greenPin,OUTPUT);

  pinMode(bluePin,OUTPUT);

  pinMode(gnd,OUTPUT);

  digitalWrite(gnd,0);

}

 

void loop() {

  for(int i=0;i<=21;i=i+3){

  analogWrite(redPin,color[i]);

  analogWrite(greenPin,color[i+1]);

  analogWrite(bluePin,color[i+2]);

  delay(2000);

  }

}