Scienceshow/Vejledninger/Mål hårtykkelser med laserlys

Formål

I dette forsøg måles tykkelsen af et hår ved hjælp af laserlys

Sikkerhed

Sikkerhedsklasse

Dette forsøg er så godt som uskadeligt. Men selv om laserpointeren næppe er stærk nok til at forvolde skade på øjnene hvis man ser direkte ind i strålen, er det et ubehageligt skarpt lys. Undlad derfor at pege på ansigter med laserpointeren.

Påkrævet sikkerhedsudstyr

Intet, hverken for showfolkene eller tilhørerne. Selv om der findes særlige lasersikkerheds-briller der blokerer for den lysbølgelængde laserpointeren arbejder ved, ville disse briller forhindre bæreren i at se resultaterne af forsøget.

Materialer

Til forsøget skal der bruges:

• En laser, f.eks. de små "laser-pointere" man kan få i isenkramforretninger m.v. Det er vigtigt at få fat i en model hvor der enten direkte på pointeren eller i en evt. medfølgende vejledning står hvilken bølgelængde lyset fra laseren har.
• Et hår (eller en anden meget tynd tråd). Hvis du ikke bryder dig om direkte at rykke et enkelt hår ud af hovedbunden, så "rod" lidt rundt i hårpragten med hænderne og se om der ikke "drysser" et løst hår ud.
• Et lille stykke karton eller pap — alt fra et udtjent spillekort til et stykke papkasse-pap kan bruges!
• Papir
• Saks
• Lineal; mindst 40-50 cm lang.
• Klisterbånd
• Blyant eller et andet skriveredskab.
• Noget der kan holde laserpointeren, et lille stykke karton og et ark papir på plads i forsøgsopstillingen.
• Et lokale der kan mørkelægges tilpas meget til at man kan se ganske svage lyspletter (med stadig lyst nok til at man kan finde sit udstyr).
• En computer med et regnearksprogram installeret. Til forklaringen af forsøget er det en fordel at have illustrationen længere nede på denne side parat, enten som printerudskrift eller på computerens skærm.

Regneark

(På vej!)

	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K
1
2		Afstand fra ramme til papir:				centimeter
3		Laserens bølgelængde:				nanometer
4
5		Plet (orden) nr.		Pletter til venstre for midterpletten				Pletter til højre for midterpletten
6				Afstand	Afbøjning	Hårtykkelse		Afstand	Afbøjning	Hårtykkelse
7				(centimeter)	(radianer)	(millimeter)		(centimeter)	(radianer)	(millimeter)
8		1
9		2
10		3
11		4
12

Udførsel

Forsøget er nemmest at udføre på et arbejdsbord der står op imod en væg. Hvis det ikke er til rådighed, kan man stille en papæske eller andet op for at danne en lille lodret "væg".

Fremgangsmåde

Tid: Forberedelse: 5-10 minutter. Udførsel: 10-20 minutter udførsel. Oprydning: Mindre end 5 minutter.

1. Start med at lave en lille "ramme" af kartonet/pappet; i et stykke på sådan ca. 5-10 cm på hver led laves et lille hul, der dog et stort nok til at strålen fra laserpointeren kunne gå helt igennem hullet uden at "belyse" hullets kanter.
2. Bed tilhørerne om at se om de kan "donere" et hår — det skal som minimum være 5-10 centimeter langt. Hvis man ikke bryder sig om direkte at rykke et hår ud af hovedbunden, kan man evt. "rode" lidt rundt i hårpragten og se om der ikke drysser et løst hår ud.
3. Fastgør et ark papir ved hjælp af klisterbånd, på enten den lodrette væg eller føromtalte papæske.
4. Stil laseren op, så den lyser vinkelret ind mod papiret på væggen/papkassen. Om lidt beskrives en nem måde at sikre sig denne rette vinkel...
5. Laseren danner en lysplet på papiret; brug blyanten til at sætte et "stort" mærke dér hvor lyspletten "lander".
6. Når en tilhører har afleveret et hår, fastgøres dette med klisterbåndet til føromtalte ramme af karton eller pap: Håret skal gå hen over hullet i rammen, og sidde så tilpas "stramt" at det danner en lige linje hen over hullet.
7. Placér rammen i laserstrålen, så strålen løber igennem hullet og belyser håret. I det følgende forudsættes det, at den del af håret der går hen over hullet i rammen, står lodret.
8. Anbring rammen, så strålen belyser den del af håret der skærer hen over hullet i rammen, men ikke belyser hullets kanter.
9. Nu har lyspletten henne på papiret fået følgeskab af en hel "perlerække" af svagere pletter til både venstre og højre for den oprindelige ene plet.
10. Hvis det er lykkedes at få laserstrålen til at ramme papiret præcis i en ret vinkel, er mønsteret af pletter helt symmetrisk. Tjek at f.eks. at den 10. svage plet til hhv. venstre og højre for den skarpe lysplet i midten, er lige langt fra pletten i midten. Justér evt. papirets eller laserens og rammens placering, indtil mønsteret er symmetrisk.
11. Mål afstanden mellem rammen og papiret, og notér den i regnearket.
12. Brug blyanten til at sætte et "stort" mærke ved den skarpe lysplet i midten, og mindre mærker ved alle de andre, svagere lyspletter. Det er vigtigt at man, når forsøget er slut og papiret er fjernet fra væggen/papkassen, kan kende det "store" mærke fra alle de andre mærker.
13. Når alle lyspletter er behørigt markeret, pilles papiret ned fra væggen eller papkassen.
14. Nu skal afstanden fra det store "midterplet-mærke" og ud til mærkerne for hhv. den første svage plet til venstre og højre, den anden svage plet til venstre og højre, osv., måles op. Resultaterne indføres i de gule felter i regnearket.
15. Bemærk at hver eneste plet giver anledning til et "bud" på hvor tykt håret er, og disse tal skal jo helst være nogenlunde samstemmende. Regnearket er indrettet til at beregnet gennemsnittet af alle disse måleresultater; det forbedrer nøjagtigheden af det endelige resultat nederst i skemaet.
16. Oprydningen er let nok; papir, tapestykker, karton/pap samt håret kan uden videre bortskaffes som almindeligt kontor- eller husholdningsaffald (med mindre "hår-donoren" ønsker at få sit hår og evt. andre materialer med sig). For det tilfældes skyld at laseren kasseres efter brug, skal man være opmærksom på at batteriet i den skal bortskaffes via særlige indsamlingsordninger for brugte batterier.

Alternativer

Prøv også at måle på sytråde og andre tynde tråde fra dagliglivet. Hvis der er en skydelære til stede, kan man jo evt. se om den kan også kan bruges til at bestemme hårets tykkelse. Laserforsøget måler i virkeligheden hårets tykkelse, "udtrykt i lysbølgelængder" — mon ikke det er en mere nøjagtig skala til at måle så små ting som diameteren af et hår?

Faktorer

"Glatte" tråde, som f.eks. hår og "kinesertråd", giver tydeligt adskilte lyspletter. Mere "uldne" tråde, f.eks. sytråde, kan give et mere uskarpt mønster på papiret, hvor det er svært at skelte mellem de enkelte lyspletter.

Show noter

Karton- eller pap-rammen, samt regnearket, kan passende forberedes inden selve showet gennemføres.

Dette forsøg udføres bedst med så små "tilhører-hold" at alle kan stå umiddelbart i nærheden af arbejdsbordet. Det kan være lidt svært at se lysplet-mønsteret hvis man sidder på "bageste kartoffelrække" i f.eks. et stort auditorium.

Forsøget er temmelig ufarligt, så meget af arbejdet med at måle op og markere lyspletter på papiret kan passende uddelegeres til nogle af tilhørerne (pas på at papiret ikke flytter sig mens der mærkes op).

Forklaring

Illustration til forklaring

Rækken med alle de "ekstra" lyspletter skyldes et fænomen der hedder 'diffraktion: På tegningen til højre forestiller den gule streg vores ramme og det hår der krydser rammens hul.

Laserlyset kommer ind fra venstre, og når det passerer forbi håret i midten af den gule "forhindrings-streg", spredes det ud i ganske bestemte retninger; vist med grå pile. Den pil der går lige ud mod højre (den med "m = 0"), svarer til det lys der danner den skarpe lysplet i midten, mens pilene med "m = 1" danner de to lyspletter der i forsøget lå umiddelbart til venstre og højre for den skarpe lysplet i midten, og pilene med "m = 2" danner lysplet nr. 2 til venstre og højre for pletten i midten.

De numre som m her repræsenterer, kaldes for ordener: Nul'te orden (m = 0) går altid lige igennem, mens vinklen ud til alle de andre ordener (på illustrationen m = 1 og m = 2) afhænger af bølgelængden i laserlyset samt af tykkelsen d af håret.

Det viser sig så, at man kan sammenfatte ordens- eller "plet-nummeret" m, hårets tykkelse d og lysets bølgelængde d i en formel, der direkte angiver hvilken vinkel bestemte lyspletter afbøjes i. I regnearket bruges en "version" af formlen, som beregner vinklen for hver enkelt plet, og bruger denne vinkel sammen med bølgelængden og ordens-numrene til at bestemme hårtykkelsen.

I den virkelige verden

De fleste tilhørere kender givetvis det "farvespil" der ses på CD'er og DVD'er: Her er forklaringen at data/musik-siden på sådan en skive har en masse små fordybninger med regelmæssige mellemrum; hvert mellemrum svarer til et ekstemt tyndt "hår", og hele tiden med den samme tykkelse.

Til gengæld består det hvide lys vi normalt omgiver os med, af en blanding af mange forskellige bølgelængder. Og da "afbøjningen" af lyset jo afhænger af bølgelængden, sendes lys med forskellige bølgelængder ud i forskellige retninger. Og lys med forskellige bølgelængder, svarer til det vi ser som forskellige farver.

Lige efter laseren blev opfundet i de tidlige 1960'ere, blev den betragtet som et stykke kuriøst legetøj for forskere "og andre nørder". I dag bruges lasere til et hav af formål, bl.a. som måleredskab (noget som fartglade billister i tilhørerskaren muligvis har stiftet bekendtskab med!). I CD- og DVD-afspillere er det en laserstråle der "aflæser" skiverne, og fra supermarkedet kender de fleste vist den "varescanner" der med et bip kan "genkende" en vare og føje dens "navn" og pris til kassebonen.

Andre beskrivelser

Denne artikel på den danske Wikipedia forklarer detaljeret hvorfor lyset "samles" i pletter (ordener).

Husk

Dette er kun en vejledning og den kan indeholde både fejl og mangler. Lav altid forsøg i små udgaver før du prøver at lave et stort og potentielt farligt eksperiment. Hvis du er tvivl, så spørg nogen før du går igang.

---

English version on The Wiki Science Show Book in English.

Direct link to this guide in English This guide in english.

Dette open-source materiale kan findes på Wiki-bogen om Science Shows på (http://da.wikibooks.org/wiki/Scienceshow)

Hentet fra "http://da.wikibooks.org/wiki/Scienceshow/Skabelon_til_ny_vejledning"