Kauno technologijos universiteto Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (KTU MGMF) Fizikos katedros docentas, studijų programų vadovas Benas Gabrielis Urbonavičius apžvelgia aštuonis kasdien patiriamus fenomenus.

– Kodėl dangus yra mėlynas?

– Dangus atrodo mėlynas dėl reiškinio, vadinamo Reilėjaus sklaida. Šis reiškinys paaiškina šviesos sklaidą aplinkoje, kurioje yra dalelių, mažesnių už šviesos bangos ilgį, pavyzdžiui, orą sudarančių molekulių. Trumpesnės šviesos bangos (mėlynos ir violetinės spalvos) yra sklaidomos stipriau, todėl dangus įgauna melsvą atspalvį.

Tačiau Saulei leidžiantis, šviesa turi praeiti per storesnį atmosferos sluoksnį, kol pasiekia mūsų akis. Šiame ilgesniame kelyje mėlyna šviesa yra dar labiau išsklaidoma į aukštesnius atmosferos sluoksnius, todėl mūsų akis pasiekia daugiau žalios, geltonos ir raudonos spalvos šviesos.

– Ar tikrai Mėnulis naktį šviečia?

– Nors dažnai sakome „mėnulio šviesa“ arba kad „mėnulis šviečia“, iš tiesų jis tik atspindi Saulės skleidžiamą šviesą. Keičiantis Mėnulio fazėms, matome vis kitokią apšviesto Mėnulio paviršiaus dalį.

Nors Mėnulio fazės Žemėje yra vienodos, jų išvaizda skiriasi priklausomai nuo stebėtojo buvimo vietos. Pavyzdžiui, Šiaurės pusrutulyje Mėnulis dyla ir pilnėja iš dešinės į kairę, o Pietų pusrutulyje – priešingai. Tuo tarpu ties pusiauju fazių pokyčiai vyksta vertikaliai.

Dėl Mėnulio sinchroninės orbitos aplink Žemę, iš Žemės visada matome tik vieną Mėnulio pusę.

– Kodėl sniegas girgžda po kojomis?

– Girgždesys po kojomis yra ledo kristaliukų lūžinėjimo garsas. Šis garsas ypač gerai girdimas esant sausam ir šaltam orui, kai ledo kristalai tampa itin standūs ir trapūs. Tuo tarpu drėgnomis oro sąlygomis tokio efekto nepastebime, nes ledo kristaliukai susispaudžia vienas prie kito ir nesutrupa.

– Kodėl ledas plūduriuoja vandenyje?

– Absoliučios daugumos medžiagų tankis didėja mažėjant jų temperatūrai, tačiau yra keletas išimčių, tarp jų – vanduo. Ši unikali savybė atsiranda dėl cheminio vandenilinio ryšio tarp vandens molekulių. Šie ryšiai priešinasi molekulių susispaudimui ir sudaro kristalines struktūras, dėl kurių, pavyzdžiui, nėra dviejų vienodų snaigių.

Vandens tankis yra didžiausias maždaug 4 °C temperatūroje. Dėl to ledas, kurio tankis mažesnis nei skysto vandens, plūduriuoja paviršiuje. Ši specifinė vandens savybė yra gyvybiškai svarbi Žemės ekosistemoms. Ji leidžia išlikti tvarioms vandens ekosistemoms net šaltesnio klimato sąlygomis, nes ledas, susidaręs paviršiuje, apsaugo apačioje esantį vandenį nuo visiško užšalimo. Be to, ledas atspindi Saulės spinduliuotę, reguliuodamas Žemės temperatūrą. Jei šio ledo sluoksnio nebūtų, planetos temperatūra smarkiai pakiltų, ir gyvybė, kokią ją pažįstame, negalėtų egzistuoti.

– Kodėl muilo burbulai yra spalvoti?

– Šis reiškinys vadinamas interferencija plonose dangose. Muilo burbulo sienelė yra tarsi „sumuštinis“, sudarytas iš itin plono vandens sluoksnio (nuo nanometrų iki kelių mikrometrų storio), iš abiejų pusių apsupto muilo molekulių sluoksnių.

Kai šviesa pasiekia išorinį muilo burbulo sluoksnį, dalis jos atsispindi, o kita dalis praeina giliau ir atsispindi nuo vidinio muilo sluoksnio. Dėl to nuo burbulo paviršiaus atsispindi du šviesos spinduliai: vienas – nuo pirmojo (išorinio) sluoksnio, kitas – nuo antrojo (vidinio) sluoksnio. Šiems spinduliams susitikus, vyksta interferencija – bangų suma; kai kurios bangos sustiprina viena kitą, o kitos – panaikina.

Kadangi Saulės šviesa sudaryta iš viso spektro bangų, kurias matome kaip spalvas, interferencijos metu dalis šviesos bangų „išnyksta“ (panaikinama), o likusios sudaro spalvų raštus. Muilo burbulo spalvos priklauso nuo vandens sluoksnio storio, kuris nuolat keičiasi dėl molekulių judėjimo. Dėl to burbulo paviršius atrodo nuolat besikeičiantis, raibuliuojantis spalvomis.

– Kodėl po lietaus matome vaivorykštę?

– Vaivorykštė susidaro dėl šviesos lūžio, atspindžio ir dispersijos. Tam, kad ji susidarytų, ore turi būti smulkių lietaus lašelių, o Saulė turi būti už stebėtojo nugaros.

Pirmiausia šviesa patenka į lietaus lašelį, kur viduje įvyksta šviesos lūžis ir dispersija – skirtingų bangos ilgių (spalvų) šviesa išsiskaido į spektrą. Tada šviesa atsispindi nuo lašelio priešingo paviršiaus ir grįžta atgal link stebėtojo, dar kartą lūždama per pirmąjį lašelio paviršių. Tai dar labiau sustiprina skirtingų spalvų išsiskyrimą.

Vaivorykštė matoma, kai tarp Saulės, vandens lašelio ir stebėtojo susidaro apie 40° kampas. Dėl šio kampo stebėtojas niekada negali pasiekti vaivorykštės pradžios, nes ji visada bus už horizonto arba judės kartu su stebėtoju.

– Kodėl augalai yra žali?

– Augalai dalį reikalingų maistinių medžiagų pasigamina fotosintezės būdu. Šio proceso metu, veikiant šviesai, anglies dioksidas ir vanduo virsta gliukoze ir deguonimi. Svarbų vaidmenį šioje reakcijoje atlieka pigmentas, vadinamas chlorofilu, kuris sugeria didžiąją dalį matomos šviesos spektro iš Saulės, išskyrus žalią spalvą, kuri tiesiog atsispindi nuo augalų lapų. Dėl to augalai mums ir atrodo žali.

Dėl tos pačios priežasties augalams skirtos auginimo lempos taip pat neskleidžia žalios šviesos, nes ši spalva augalams nėra reikalinga fotosintezės procesui.

– Kaip lietaus lašeliai krisdami išlaiko savo apvalią formą?

– Tai nutinka dėl reiškinio, vadinamo skysčių paviršiaus įtempimu. Kaip ir visa gamtoje, vandens molekulės lašelyje stengiasi užimti tokią būseną, kur jų energija būtų mažiausia. Tai pasiekiama, kai lašelio paviršiaus plotas yra mažiausias. Geometrinė forma, turinti mažiausią paviršiaus plotą tam pačiam tūriui (molekulių skaičiui), yra sfera. Todėl vandens lašelius ir matome kaip mažus rutuliukus.