Eleverne laver en model, hvor de ved hjælp af en lommelygte undersøger, hvorfor skyggen ‘peger’ i en bestemt retning, og hvordan skyggen kan ændre størrelse, afhængig af lysstrålens placering.
I dette forsøg kan du blive klogere på, hvordan man kan blive fri for at bruge vinduesviskerne på en bil, samtidig med at du lærer om, hvordan lyset kan transporteres gennem en lysleder. Begge dele er eksempler på, at man udnytter naturvidenskaben til opfindelser, der gør din hverdag smartere!
VIGTIGT – læs dette sikkerhedsafsnit inden du går i gang. Der benyttes åben ild, og der er risiko for at brænde sig på æggene, hvis de holdes mellem fingrene.
Prøv at svare på følgende spørgsmål:
Ægget bliver sort af sod fra stearinlyset. Soden kommer fra en kemisk reaktion, der finder sted, når stearin brændes af. Kulstof er hydrofobt. Det betyder, at det er vandafvisende, og at vand binder sig dårligt til overfladen.
Der er blevet dannet en vandafvisende overflade på ægget. Eller vi kan sige, der er blevet dannet en hydrofob overflade på ægget. Det betyder, at der dannes et tyndt lag af luft på overfladen af ægget.
I grænsen mellem luften på ægget og vandet, vil lys blive reflekteret. Det reflekteres på samme måde som lyset reflekteres i havoverfladen ved en solnedgang. Man kalder det totalrefleksion. Lyset når altså ikke ned til ægget, men spejler sig i overfladen mellem det tynde lag af luft og vandet.
Det tynde lag af luft er der kun et kort stykke tid (hvor længe kan komme an på en prøve), så man skal sørge for at være klar til at se det flotte fænomen, inden man dropper ægget ned i vandet! Forsøget virker i øvrigt bedst, når der er mange og kraftige lyskilder.
Forsøget demonstrerer flere forskellige fænomener, der stadig forskes i i dag. Det ene er fænomenet totalrefleksion (intern refleksion), der bl.a. er grunden til, at vi har teknologi som lysledere.
Denne form for refleksion opstår, når den vinkel lyset rammer overfladen med, overstiger et bestemt antal grader. Det kaldes den kritiske vinkel og er afhængig af hvilke to materialer, lyset brydes mellem. I dette tilfælde luften og vandet.
I en lysleder er de to materialer to forskellige typer glas (den ene glastype er belagt med en anden glastype). Lyset sendes gennem det inderste glas, og slipper aldrig ud, men reflekteres hele tiden på indersiden af den yderste glastråd. Du kan lære mere om dette i forsøget “Lysleder“.
Det andet fænomen er hydrofobiske overflader. Det kender vi fra såkaldte nano-coatings, som man kan sprøjte på, fx sin sofa eller sin bilrude. I princippet virker disse coatings eller belægninger ved, at vand får svært ved at binde sig til overfladen.
Man kan se det på den form, vanddråberne får, når de lander på en hydrofob overflade. Afhængigt af størrelsen bliver de næsten kuglerunde, fordi kun en meget lille del rører ved overfladen.
Prøv selv at dryppe enkelte dråber på et sodet æg og på et rent æg. Prøv om du kan se forskel. Dråberne vil langt lettere trille af det sodede æg, og du vil ofte opleve, at det sodede æg er næsten tørt, når du tager det op af vandet.
Soden kommer fra forbrændingen af stearin. Stearin består af kulstofforbindelser (carbonforbindelser).
Stikker man ægget ind i flammen, vil en meget stor del af carbonforbindelserne ikke straks reagere med oxygen (og danne CO2), men vil i stedet sætte sig på det kolde æg som uforbrændte carbonforbindelser, også kaldet sod. Man kalder det for en ufuldendt forbrænding. Ved en fuldendt forbrænding ville produkterne være CO2 og H2O.
Der forskes til stadighed i, hvordan man kan lave bedre lysledere. Med bedre lysledere kan vi nemlig transportere store datamængder over enorme afstande og uden energitab.
Materialer, der udviser hydrofobe egenskaber, er interessante til mange anvendelser, fx glas eller tøj, hvor vandet preller af, når det rammer.
En tændstik er teknisk udstyr. Den første tændstik kunne tændes ved at stryge den mod hvilken som helst overflade. Den nuværende tændstik kræver dog, at man stryger den mod en bestemt kemisk substans for antænding. Læs mere om tændstikkens historie her.
Stearinlys er teknisk udstyr. Det er lavet af paraffin eller stearin med en væge i midten og benyttes til belysning. I beboelsesområder tilsluttet elnet er det dog mest til hyggebelysning. Det udleder partikler ved afbrænding. Læs mere her.
Prøv at dække dit æg med noget andet som olie. Din variabel er belægningen på ægget.
Prøv at dryppe vand på et sodet og et usodet æg. Din variabel er belægningen på ægget.
Virkningsfuld kompetenceorienteret naturfagsundervisning indeholder bl.a. elementer af problembaseret og elevstyret undervisning. Et greb, du som underviser kan bruge, er at implementere åbenhed, ved at stilladsere undersøgelserne med frihedsgrader.
Problembaseret og elevstyret undervisning er kendetegnet ved, at eleverne arbejder selvstændigt med egne undersøgelser. Eleverne skal finde egne svar, og det skal ikke være givet på forhånd, hvad de skal. Eleverne skal ikke reproducere eller genskabe allerede eksisterende undersøgelser.
Som underviser udvælger du en grad af frihed samt hvilket trin, den skal implementeres i. Astra opdeler en undersøgelse i følgende seks trin, hvor du kan arbejde med implementering af frihedsgrader.