Lesson plan วิชาวิทยาศาสตร์

 
 
 

 

 

ทำไมท้องฟ้าเป็นสีฟ้าและสีส้มเมื่อพระอาทิตย์ขึ้น


วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้คือ 
  ความสัมพันธ์ของปรากฏการณ์เมื่อท้องฟ้าปลอดโปร่ง ท้องฟ้ามีสีฟ้า แต่เมื่อเวลาพระอาทิตย์ขึ้นและ
ตกท้องฟ้ากลับเปลี่ยนเป็นสีแดง
   
อุปกรณที่ใช้ในกิจกรรม
  1. ไฟฉาย
2. ภาชนะกระจกทรงสี่เหลี่ยมขนาดความจุ 10 ลิตร หรือ 2 แกลลอน
3. นม 250 มิลลิลิตร (1 ถ้วย)
   
ขั้นตอนการทดลอง
 

เริ่มต้นทำการทดลองโดยวางภาชนะกระจกทรงสี่เหลี่ยมบนโต๊ะที่สามารถมองได้ทุกทิศทาง
เติมน้ำลงไป 3/4 ของความจุของภาชนะ หลังจากนั้นแนบไฟฉายกับด้านใดด้านหนึ่งของภาชนะ
แล้วส่องไฟผ่านน้ำ จะพบว่ามีอนุภาคของฝุ่นสีขาวจำนวนมากลอยอยู่ และยากที่จะเห็นอย่างชัดเจน
ว่าลำแสงของไฟฉายเดินทางผ่านน้ำไปทิศทางใด

เติมนม 60 มิลลิลิตร (1/4 ของถ้วย) ลงในน้ำ กวนให้เข้ากัน ล้วส่องไฟฉายเข้าสู่ภาชนะเช่นเดียวกับ
ข้างต้นจะเห็นว่าคราวนี้สามารถเห็นลำแสงผ่านน้ำอย่างชัดเจน ให้สังเกตลำแสงจากด้านข้างและ
บริเวณด้านที่แสงส่องออกจากภาชนะซึ่งเป็นด้านตรงข้ามกับไฟฉาย จะเห็นว่าแสงที่มองจากด้านข้าง
เป็นสีน้ำเงินอ่อน ส่วนแสงจากด้านที่ส่องจากภาชนะค่อนข้างจะเป็นสีเหลือง

เติมนมลงในน้ำอีก 60 มิลลิลิตร (1/4 ของถ้วย) แล้วกวนให้เข้ากัน ตอนนี้จะพบว่าความเข้มของ
สีของแสงทั้งสองมากขึ้นจนกระทั่งแสงสีเหลืองอาจเปลี่ยนเป็นสีส้ม

เติมนมส่วนที่เหลือลงไปในน้ำแล้วกวนให้เข้ากัน แล้วส่องไฟเช่นเดิม จะพบว่าทั้งสีฟ้าและสีเหลืองมี
ความเข้มมากขึ้นจนกระทั่งสีเหลืองที่เห็นค่อนข้างจะออกเป็นสีส้มเนื่องจากมีการกระจายของแสง
มากขึ้น

   
ผลการทดลอง
  อะไรเป็นสาเหตุของการปรากฏแสงสีฟ้าและสีส้มของแสงจากไฟฉาย? โดยปกติแสงเดินทางเป็น
เส้นตรงเว้นแต่จะชนกับวัตถุอื่น เมื่อลำแสงของไฟฉายเดินทางผ่านอากาศ เราไม่เห็นแสงโดยมอง
จากด้านข้างได้ เนื่องจากอากาศมีการจัดตัวเป็นแบบเดียวกัน (uniform) ดังนั้นแสงจากไฟฉายจึง
เดินทางเป็นเส้นตรงเช่นเดียวกับการทดลองข้างต้น เมื่อแสงเดินทางผ่านน้ำ น้ำก็มีการจัดตัวเป็น
uniform แสงจึงเดินทางเป็นเส้นตรงเช่นเดียวกัน แต่เมื่อมีฝุ่นละอองลอยอยู่ในอากาศหรือในน้ำ
เราจะพบว่าลำแสงมีการกระจายออกเพียงเล็กน้อยเนื่องจากชนกับผิวของผุ่นละอองนั้น และเมื่อเพิ่ม
ปริมาณอนุภาคแขวนลอยเล็กๆ โดยเติมนมซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของโปรตีนและไขมันลงไป
ลำแสงมีการชนกับอนุภาคเล็กๆเหล่านี้ทำให้แสงเกิดการกระจายในปริมาณที่ต่างกันมากขึ้น โดยแสง
สีน้ำเงินจะกระจายได้ดีกว่าสีแดง ซึ่งเห็นได้โดยมองลำแสงทางด้านข้าง ส่วนแสงสีส้มและแดงมี
การกระจายได้น้อย ดังเห็นได้จากการมองเข้าไปที่ไฟฉายโดยตรง

   
สรุปผลการทดลอง
  แล้วการทดลองนี้เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่ท้องฟ้าเป็นสีฟ้าและสีส้มเมื่อพระอาทิตย์ขึ้นอย่างไร?
แสงทั้งหมดจะเดินทางเป็นเส้นตรงจากดวงอาทิตย์มายังโลก แสงที่คุณเห็นเมื่อมองไปที่ท้องฟ้า
นั้นเป็นแสงจาก
ดวงอาทิตย์ที่ถูกการกระจายออกเนื่องจากชนกับอนุภาคของฝุ่นละอองที่ชั้นบรรยากาศ
atmosphere ซึ่งถ้าไม่มีการกระจายของแสงแล้วท้องฟ้าก็จะมืดเช่นเดียวกับกลางคืน แสงอาทิตย์
ที่เราเห็นมีการหักเหเช่นเดียวกับแสงของไฟฉาย เมื่อคุณมองไปที่ท้องฟ้าก็เหมือนกับคุณกำลังมอง
ลำแสงของไฟฉายทางด้านข้าง คุณก็จะเห็นลำแสงที่กระจายออกเป็นสีน้ำเงิน เมื่อคุณมองไปที่
พระอาทิตย์ที่กำลังตกดิน มันก็เหมือนกับคุณกำลัง
มองเข้าไปที่ลำแสงของไฟฉายทางด้านหน้าตัด
ตรงๆ คุณจะเห็นแสงที่ไม่มีการกระจายตัวที่เราเรียกว่าแสงสีส้ม และสีแดง

อะไรคือสาเหตุของการเกิดสีส้มเข้มหรือสีแดงเข้มเมื่อพระอาทิตย์ขึ้นหรือตก? เมื่อพระอาทิตย์ขึ้น
หรือตกแสงอาทิตย์มีการเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ atmosphere เป็นระยะทางไกลกว่าเวลา
กลางวัน มีปริมาณการชนกับฝุ่นละอองมากกว่าดังนั้นการกระจายของแสงจึงมากกว่า ด้วยเหตุนี้จึง
เห็นว่าแสงแทบทั้งหมดที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์โดยตรงเป็นสีแดง

<UP>