Färgillusion med Benhams skiva
Årskurs: 4-6, 7-9
Ämnesområde: Ljus och ljud
När du roterar en skiva med det här speciella svart-vita mönstret, verkar det bestå av färgade ringar. Du ser färger eftersom de olika färgreceptorerna i dina ögon reagerar med olika hastighet.
Material
- Styv kartong. Till exempel baksidan av ett kollegieblock eller motsvarande.
- Utskrift av det svart-vita mönstret för liten eller stor skiva. Se länkar nedan.
- Träpinne - längd fyra centimeter och diameter cirka sex millimeter.
- Kniv (brytbladskniv).
- Lim.
Skriv inte ut bilden från webbläsaren utan öppna filen i din pdf-app. Se till att skalan är inställd på 100 procent.
Det finns även andra möjligheter att snurra skivan än för hand. En skiva med en större diameter kan snurras med hjälp av en elektrisk borrmaskin/skruvdragare. Helst en med variabel hastighet och med möjlighet att byta rotationsriktning.
Tillverka
(5-10 minuter)
Spetsa pinnen till snurran med hjälp av kniven. Gör spetsen ganska kort så att snurrans tyngdpunkt inte kommer för högt. Var noga med att spetsen kommer så nära pinnens centrum som möjligt.
Om du inte vill spetsa med hjälp av kniven kan en pennvässare gå bra. En vanlig klassrumsvässare ger en lite för lång spets men en liten handvässare kan funka.
Fyll i mönstret
För en liten handsnurra bör mönstret minskas till cirka halva storleken. Fyll i mönstret med svart tuschpenna om det inte blivit tillräckligt svart vid kopieringen. Klistra det kopierade pappret på kartongen.
Om du använder vattenlösligt lim, använd då så lite som möjligt och klistra ett papper på baksidan av kartongen för att minska risken för att skivan blir buktig. Skär ut skivan med vass kniv eller klipp med en kraftig sax. Skär ett kryss mitt i skivan och tryck pinnen igenom.
Med borrmaskin
Om du planerar att använda borrmaskin för att snurra skivan behåller du den ursprungliga storleken. Montering på kartong som tidigare. Eftersom skivan nu är större blir risken att den blir buktig vid limningen större. En 2-3 centimeter lång skruv (diameter 4-5 millimeter) med mutter blir en lämplig axel till skivan.
Experimentet
Snurra skivan i starkt glödlampsljus eller solljus. Lysrör kan fungera men det normalt omärkliga blinkandet i ett lysrör kan ge effekter som gör det svårare att titta på skivan.
Notera de färgade banden som uppträder på skivan - speciellt när snurrans hastighet minskat. Notera vilka färger du ser och i vilken ordning de uppträder.
Snurra snurran åt andra hållet och studera färgerna igen. Vilka färger finns det och i vilken ordning kommer de nu?
Om du snurrar skivan ned borrmaskin kan du lätt prova olika hastigheter för att se när färgerna syns bäst.
Vad händer?
Vi upplever färgerna på den snurrande skivan på skilda sätt. Exakt varför man ser färger är inte helt utrett men illusionen av färger beror på de färgkänsliga tapparna i våra ögon.
Det finns tre typer av tappar. En typ är mest känslig för rött ljus, en för grönt och en för blått ljus. De olika tapparna reagerar olika snabbt. Det tar alltså olika lång tid innan de reagerar för en färg. Det tar också olika lång tid efter det att färgen försvunnit innan de slutar sända signaler till hjärnan. De blå tapparna reagerar långsammast och fortsätter också längst med att skicka signaler till hjärnan.
Innehåller alla färger
När du stirrar på en viss punkt på den snurrande skivan ser du omväxlande svart och vitt. När det plötsligt kommer ett vitt fält reagerar alla tre typerna av tappar eftersom det vita ljuset innehåller alla färger.
Du upplever ljuset som vitt bara om alla tre typerna reagerar lika. Eftersom reaktionstiden för tapparna skiljer sig åt uppstår en obalans som gör att du upplever färger.
Bågarna på skivan har olika längd och därmed blir hastigheten med vilken ljus/mörker varierar, olika på olika delar av skivan. Därför varierar färgerna över skivan.
Förenklad modell
Förklaringen till de färger man upplever innehåller fler faktorer än den här förenklade modellen. De korta svarta bågarna som finns på alla "Benham-skivor" måste vara tunna annars ser man inga färger.
Benhams skiva uppfanns av en leksakstillverkare på 1800-talet som observerade färger i ett svart-vitt mönster som han satt på en leksakssnurra.
TV-sändningar bygger också på dessa tre färger. Här finns motsvarande fördröjning i reaktion både när det gäller att tända en viss färg och att släcka den igen. När TV-kameran sveper förbi ett starkt vitt ljus, till exempel en strålkastare, ser man ljuset lite "utsmetat".
(Materialet ingår i Science Snacks och är översatt av NRCF med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco. Besök deras hemsida för mer inspiration, ny flik)