Wystarczy kawałek kartonu, kredki i ołówek, żeby sprawić, że siedem kolorów tęczy zniknie na twoich oczach. Gdy krążek pokolorowany w kolorowe wycinki zakręcisz bardzo szybko, zobaczysz nie wirującą tęczę, lecz jasną, szarawą biel — dokładnie tak, jak przewidział to Isaac Newton ponad trzysta lat temu.

Co nam będzie potrzebne?

  • Biały karton lub gruby papier (np. blok techniczny)
  • Cyrkiel albo talerzyk i ołówek do narysowania koła o średnicy około 10 cm
  • Linijka i kątomierz
  • Kredki lub flamastry w kolorach: czerwonym, pomarańczowym, żółtym, zielonym, niebieskim i fioletowym
  • Nożyczki
  • Zaostrzony ołówek, patyczek do szaszłyków albo stara płyta CD i guzik (jako alternatywa dla bączka)
  • Plastelina lub klej do przymocowania krążka
  • Dobre, równe oświetlenie — najlepiej dzienne światło

Jak wykonać doświadczenie?

Krok 1: Narysuj na kartonie koło o średnicy około 10 centymetrów i wytnij je ostrożnie. Im równiej wytniesz krążek, tym stabilniej będzie się kręcił. Zaznacz dokładnie środek koła — tam zrobisz otwór na oś.

Krok 2: Podziel koło na równe wycinki, jak tort. Najprościej wykonać sześć wycinków po 60 stopni każdy: przyłóż kątomierz do środka i zaznaczaj co 60 stopni, a potem poprowadź linie od brzegu do środka. Jeśli chcesz użyć siedmiu barw jak Newton, wycinki będą miały około 51 stopni, ale sześć jest łatwiejsze i działa równie dobrze.

Krok 3: Pokoloruj wycinki kolejno: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, fioletowy. Zamaluj każdy wycinek równomiernie, bez przerw i smug, bo nierówny kolor zepsuje efekt. Pamiętaj, żeby nie zostawić białych szczelin między polami.

Krok 4: Zrób w środku krążka mały otwór, na przykład szpilką lub czubkiem ołówka, i nasuń go na zaostrzony ołówek. Wsuń krążek tak, żeby tkwił mocno na ołówku, a w razie potrzeby przyklej go odrobiną plasteliny. Krążek powinien siedzieć prosto, bez kołysania na boki.

Krok 5: Złap ołówek między dłonie, jak przy rozpalaniu ogniska, i zakręć krążkiem jak bączkiem na stole. Możesz też użyć starej płyty CD: przyklej krążek do płyty, a w otworze płyty umieść guzik z kawałkiem patyczka. Obserwuj krążek z góry, w dobrym świetle. Po chwili wirowania kolory zlewają się w jedną barwę — jasną szarość lub kremową biel.

Krok 6: Powtórz próbę, zmieniając prędkość. Przy powolnym obrocie zobaczysz mieniące się kolorowe pasy, a przy szybkim — jednolitą barwę. Jeśli efekt jest ciemnoszary, a nie jasny, nie martw się: to normalne, bo kredki nie odbijają tyle światła co prawdziwe światło kolorowe.

Wyjaśnienie naukowe

Kiedy krążek wiruje, każdy punkt na jego powierzchni przebiega w ułamku sekundy przez wszystkie kolory po kolei. Siatkówka oka nie jest jednak w stanie śledzić tak szybkich zmian. Receptory światła — czopki i pręciki — reagują z opóźnieniem rzędu dziesiątych części sekundy, dlatego obrazy migające szybciej niż kilkanaście razy na sekundę zlewają się w jeden. To zjawisko nazywamy bezwładnością wzroku i wykorzystuje je także film oraz ekran telewizora, które składają się z szybko zmieniających się obrazów.

W oku człowieka działają trzy rodzaje czopków, wrażliwe głównie na światło czerwone, zielone i niebieskie. Mózg odtwarza barwę, porównując, jak mocno pobudzony jest każdy z nich. Gdy na to samo miejsce siatkówki w krótkim czasie padają kolejno wszystkie barwy tęczy, pobudzenie czopków sumuje się mniej więcej po równo, a mózg interpretuje to jako biel lub szarość. Mówimy o addytywnym, czyli sumującym się mieszaniu barw światła. Nie jest to to samo co mieszanie farb: farby pochłaniają światło, więc ich mieszanina robi się ciemniejsza, a w krążku mieszają się wrażenia wzrokowe w oku.

Isaac Newton wykazał w latach 1666–1672, że białe światło słoneczne składa się z barw, które można rozdzielić pryzmatem. Podobny rozkład światła opisaliśmy w doświadczeniu tęcza z lusterka w wodzie oraz spektroskop z płyty CD . Newton zrozumiał, że można też zrobić odwrotnie, czyli złożyć barwy z powrotem w biel. Jego własne krążki z siedmioma barwami służyły do pokazania tej idei. W praktyce krążek z kredek nie daje idealnej bieli, tylko szarość, ponieważ pigmenty odbijają jedynie część padającego światła, a ich barwy nie są czyste. Mimo to efekt jest wyraźny i dobrze pokazuje, że kolor to nie właściwość przedmiotu, lecz wrażenie powstające w oku i mózgu.

Warianty

Krążek z dwóch barw. Pokoloruj krążek tylko na czerwono i zielono w naprzemiennych wycinkach, a następnie zakręć nim. Zobaczysz brudnożółtą lub brunatną barwę. Spróbuj też niebieski z żółtym — otrzymasz szarawy odcień. Porównaj wyniki z tym, co dostajesz, mieszając farby tych samych barw.

Krążek Benhama. Narysuj na połowie białego krążka czarne półkole, a na drugiej połowie kilka czarnych łuków w różnych odległościach od środka. Przy wolnym obrocie w świetle dziennym pojawią się blade kolory, choć na krążku nie ma ani jednej kolorowej kreski. To złudzenie wynika z tego, że czopki oka różnie szybko reagują na zmiany światła.

Wiatraczek zamiast krążka. Przymocuj krążek do osi prostego silniczka ze starej zabawki. Dzięki równemu i szybkiemu obrotowi uzyskasz bielszą barwę niż ręcznie. Rób to pod opieką dorosłego.

Często zadawane pytania

Dlaczego mój krążek wychodzi szary, a nie biały? Kredki i flamastry odbijają tylko część światła, które na nie pada, a ich barwy nie są idealnie czyste. Z tego powodu krążek wydaje się ciemniejszy niż biały papier. Im jaśniejsze i bardziej nasycone kolory wybierzesz, tym jaśniejsza będzie szarość.

Czy liczba kolorów ma znaczenie? Tak, ale nie tak bardzo, jak się wydaje. Najważniejsze, żeby w krążku były barwy z całego zakresu tęczy, a wycinki miały podobną wielkość. Newton używał siedmiu barw, ale dobry efekt można uzyskać nawet z trzech: czerwonej, zielonej i niebieskiej, bo to właśnie na nie reagują czopki w oku. Dodatkowe barwy poprawiają jedynie gładkość mieszania.

Jak szybko trzeba kręcić krążkiem? Oko zaczyna zlewać obrazy, gdy zmieniają się częściej niż około 15–20 razy na sekundę. Krążek powinien więc wykonywać co najmniej kilkanaście obrotów na sekundę, żeby każdy wycinek mijał dany punkt wystarczająco szybko. Dłonią łatwo to osiągnąć, a ołówek lub bączek z odrobiną wprawy kręci się nawet szybciej. Im dłużej krążek się kręci, tym stabilniejsza jest uzyskana barwa.