Itt bepillanthatsz
a Mi MICSODA filmekbe:

Get Flash to see this player.

A kaleidoszkóp

2017. július 13., 11:15
 

Azt, hogy a tükröződés sok játéklehetőséget tartogat az ember számára, bizonyára már a legrégebbi időkben is felfedezték. De hogy ennek alapján olyan, kézbe vehető játékot is szerkesszenek, amely kifejezetten a tükröződésen, azon belül is a többszörös tükrözésen alapul, ahhoz a 19-dik századig kellett várni. Nem véletlen, hogy ezt a játékot, vagyis a kaleidoszkópot épp egy fizikával foglalkozó ember, David Brewster találta fel.


 
Hosszú ideig ez az egyszerű kaleidoszkóp forma uralkodott, amelyet általában igyekeztek kívül is minél színesebbé tenni.

Hogyan jutott el Brewster a fénytörés felhasználásáig?
David Brewster (1781-1868) skót fizikus és matematikus volt, aki a családi hagyományokat követve kezdetben lelkésznek készült és vallástudományból szerzett diplomát, az edinburgh-i egyetemen. Abban az időben azonban Európa-szerte megnőtt az érdeklődés a természettudományok iránt és a diákévei alatt Brewstert is inkább ezek érdekelték. Mire 1800-ban megszerezte a lelkészi végzettséget, eldőlt a számára, hogy inkább ezzel a területtel fog foglalkozni, és valóban: rögtön az egyetemi évei után a fizika tudományába vetette bele magát. Azon belül pedig a fény volt az, amellyel maga is kísérletezni kezdett. Fizikusi munkájával hamar sikeressé is vált: több, londoni tudományos lap is rendszeresen közölte a tudományos témájú cikket, és 27 évesen beválasztották Edinburgh legrangosabb tudományos társaságába, a Royal Society-be. Ezután még egy tudományos összefoglaló kötetet, egy enciklopédiát is megszerkesztett (The Edinburgh Encyclopædia), majd egyre intenzívebben kezdett foglalkozni a kor egyik legnagyobb kérdésével: a fény polarizációs jelenségeivel. Végül ennek a munkának a „melléktermékeként” jutott el a kaleidoszkóp ötletéig. A fény polarizációjának vizsgálatához ugyanis nélkülözhetetlen az átlátszó kristályok, prizmák és tükrök használata, tehát az olyan tárgyaké, amelyek közül a tükrök és a kristályszerű gyöngyök végül a kaleidoszkópban is helyet kaptak.

Egy szabályos kaleidoszkóp képe elsősorban attól függ, hogy milyen színű darabkákat tettek bele. Ebből nem spórolták ki azokat a színeket sem, amelyektől élénk és izgalmas lehet a kép.

Mi köze a poláros fénynek mindehhez?
A fény polarizálódása azt jelenti, hogy a rezgései egyetlen irányba esnek. Ezt tudományos pontossággal lineárisan poláros vagy síkban poláros fénynek is nevezzük. (A „poláros” szónak a latin „végpont, sarok” jelentésű polus, magyarul: pólus kifejezés az alapja.) A teljes polarizálódás mellett létezik részlegesen poláros fény is, amelynél az egyes irányok között vannak amplitúdó-eltérések, de az eloszlás véletlenszerűsége nem teljes, hanem némi szabályosság is fölfedezhető benne. Mindezek fölfedezéséhez ahhoz az egyszerű, hétköznapi jelenség vezetett, amelyet mindenki tapasztalhat, ha pl. egy szívószálat tesz egy pohár vízbe. A szívószálat ugyanis olyannak fogja látni, mintha a vízben megtört volna. Természetesen nem a szívószál törik meg, hanem a fény, amely láthatóvá teszi a számunkra a tárgyakat. Itt pedig az a fizikai törvény érvényes, amely szerint ha a fény az egyik átlátszó anyagból egy másik átlátszó anyagba lép át, általában megváltoztatja eredeti haladási irányát, vagyis megtörik. Itt a levegőben haladó fénysugár a víz felületére érkezik, ahonnan egy része visszaverődik, a másik része azonban behatol a víz mélyére. Mint később arra éppen Brewsternek sikerült rájönnie, ilyenkor csak a merőlegesen beeső fénysugár halad tovább változatlan irányban. A fény nagyobb része megtörve megy tovább, és ez okozza azt, hogy mi a szívószálat is megtörve látjuk. A törés nagysága pedig a beeső fénysugár beesési szögétől és így a megtört fénysugár törési szögétől függ. Az első lépést mindezek tisztázásához Erasmus Bartholinus dán tudós tette meg, aki a kettős tükrözést nem egy pohár vízen, hanem egy átlátszó izlandi pát kristályon keresztülnézve fedezte fel. Meglepve tapasztalta ugyanis, hogy ha ezen keresztül nézi a tárgyakat, akkor azoknak a kettős képét látja. A jelenséget szintén vizsgáló Christiaan Huygens ezt azzal magyarázta, hogy a kristály belső szerkezete miatt adott irányban megváltozik a fény terjedési sebessége. A később róla elnevezett Huygens-elvnek megfelelően a szabályosan továbbhaladó sugár hullámfrontjából körhullámok indulnak ki, míg a szabálytalan sugárnál ezek a hullámfrontok ellipszis alakot vesznek fel. Ezután különféle prizmákkal kísérleteztek, hogy mérni tudják, milyen anyagon milyen szögben és milyen mértékben törik meg a fény. A kutatások egy pontján Brewster végül meg tudta állapítani, hogy a visszavert sugár teljesen poláros lesz, ha a visszavert, valamint a közegbe behatoló megtört sugár egymásra merőleges. A jelenséget róla nevezték el Brewster törvényének.

Ha a mozgó részecskéket egyetlen szín, mondjuk a kék árnyalatából állították össze, a képet egy jégvilág megjelenítőjének is láthatjuk.

Hogy a kísérletezéseinek melyik pontján készített magának egy olyan, zárt csövet, amelyben néhány tükröt és tucatnyi, átlátszó gyöngyszemet helyezett el a fénytörés fölerősítésére, azt nem tudni, de tény, hogy 1816 táján egyszer csak a kezében volt egy ilyen szerkezet, amelybe belenézve maga is látta, hogy milyen sokféle minta áll elő a gyöngyök változatos elhelyezkedésétől. Nem volt nehéz fölismernie, hogy ezzel a kísérleti eszközével egyúttal a játéknak és az esztétikai élvezetnek is lehetőséget nyitott. Meg is próbált ebből üzletet csinálni, de mivel az eszközét bárki hamar lemásolhatta, ezért akkor ezzel nem sikerült sokra jutnia.
Mindenesetre kitalálta, hogy a játék neve legyen kaleidoszkóp, amit a görög kalosz, eidosz és -szkóp – szép, formák és -néző – kifejezésekből rakott össze. És bár a szó nem tartozik a legegyszerűbb kifejezések közé, a szép hangzása révén mégis hamar elfogadottá vált. Nem úgy, mint pl. annak a francia játékkészítőnek a névleleménye, aki az „autoperipatikosz” („önmagától jár körbe”) kifejezéssel akarta népszerűvé tenni a felhúzható játékbabáit. A babák bizonyára kedveltekké is váltak, de a készítőjének hamar meg kellett tanulnia, hogy a sikerhez nélkülözhetetlenek a jól eltalált szavak, és hogy ez bizony a legkevésbé sem volt az.
A kaleidoszkóp neve azonban máig élő maradt, s emellett az eszköznek is sokféle formája alakult ki. A legnépszerűbb természetesen a henger, amelyben sokáig háromszög alakban helyeztek el tükörcsíkokat, a kiszélesedő végébe pedig üveglapok közé színes gyöngyöket, üvegdarabokat vagy egyéb, fényes kis tárgyakat tesznek. Van olyan kaleidoszkóp is, amelyben ezek helyett csillogó szálacskák vannak. De ma már a tükrök helyett tükröződő felületű papírok is lehetnek benne, különösen, ha mi magunk készítjük a játékunkat. Ha a fény felé tartva elfordítjuk a szerkezetet, az elmozduló, fényes tárgyak úgy tükröződnek vissza és sokszorozódnak meg a tükrök révén, hogy folyamatosan változó mintákat adnak ki. A kaleidoszkóp ezáltal a szabályosságot és a véletlent egyezteti össze. Mintái a tükrök szabályos elrendezése miatt geometriai szempontból mindig szabályosak, szimmetrikusak lesznek, ám mi olyan világot képzelünk mögéjük, amilyet csak akarunk, és ettől ez a kis eszköz egyúttal a fantázia szabadságának is az egyik legegyszerűbb eszköze lehet.

 

Lévai Júlia

 
Nyomtatóbarát verzió
Küldd tovább ezt a cikket barátodnak, ismerősödnek
Ajánld a Mi MICSODA Klubot barátodnak, ismerősödnek

Kapcsolat | Impresszum