Barvy bez barviv

Pávi vytváří své úžasné, proměnlivé barvy pomocí speciální mikrostruktury (jakéhosi drobounkého rýhování) na jejich peří, nikoli pomocí barviv.

Všimli jste si, že zbarvení některých ptáků, motýlů nebo brouků se proměňuje podle toho, jak jsou nasvícení? Naproti tomu se barvy věcí vyrobených člověkem často zdají nudné a neměnné. Co kdybychom dokázali v tomto ohledu přírodu napodobit a uměli vyrábět věci, které mění své zbarvení tak zajímavým způsobem, jako například hraje barvami špaček vyhřívající se na sluníčku? Líbilo by se vám to? A může to mít i další výhody kromě zajímavého vzhledu?

Pro tuto aktivitu potřebujete paví peří, nebo jiný příklad strukturálních barev.

1. Vezměte si paví peří (nebo nějakou jinou ukázku strukturálního zbarvení z přírody) a požádejte žáky, aby je nasvítili z různých úhlů pomocí baterky.
2. Vysvětlete, že nyní se pokusíme udělat něco podobného tomu, co pávi dokážou. To znamená změnit barvu věcí nejen pomocí barviv, ale i pomocí rozkladu světla.
3. Odřízněte dno PET láhve (stačí půllitrová láhev). Vyrobíme jednu nebo si může každý žák vyrobit vlastní.
4. V kbelíku smíchejte ca 1/4 litru vody se 3 lžičkami prostředku na mytí nádobí, 4 lžičkami (práškového) cukru a 3 lžičkami oleje.
5. Ukažte žákům, jak mají namočit konec naříznuté láhve do připravené směsi a poté pomalu foukněte do hrdla láhve a vytvořte bublinu. (Pozor, bublina se z láhve neoddělí.)
6. Sledujte, jak se na bublině objevují krásné duhové barvy. Nejlépe na slunci, nebo nad bublinou rozsvítíme světlo, duhové barvy pak budou výraznější.
7. Ať si každý zkusí nafouknout svou bublinu. Jako podložku je dobré dát omyvatelný ubrus. (V případě, že každý žák nemá vlastní láhev, připomeňme žákům, že do láhve musí foukat, aniž by se jí dotýkali ústy.)
8. Necháme studenty pohrát si s optickým hranolem a při tom popište, jak se světlo pomocí hranolu rozkládá na jednotlivé barvy (viz obr níže).

Jak to, že se naše bubliny ve světle zbarvují do duhových barev, když jsme do směsi nepřidali nic barevného? A používá páv podobný trik, jaký jsme právě použili my?

Jednoduché vysvětlení 

Bílé světlo může být rozloženo na jednotlivé barvy. Toho lze dosáhnout různými způsoby. V našem případě se světlo při průchodu stěnou bubliny láme do duhových barev. Bublina se skládá z velmi jemné vrstvy vody potažené z obou stran saponátem a olejem. Tloušťka stěny bubliny ovlivňuje barvy, do kterých se světlo láme, a protože se tloušťka stěny neustále mění, mění se i barvy bubliny. Je to vlastně podobný princip, jako když se díváte na duhu na obloze. Duha k vytvoření barvy nepotřebuje barvivo, pouze světlo a něco, co toto světlo rozloží na jednotlivé barvy - jako jsou kapky deště (obdobně funguje optický hranol). Podobně jako kapky deště mohou fungovat i speciálně tvarované povrchy, které mění svou barvu v závislosti na směru dopadajícího světla. Asi to znáte ze spodní části CD, ale stejný princip už dávno používají některá zvířata, například páv, jehož peří je normálně hnědé. Mikrotextura peří páva rozkládá odrážející se sluneční světlo a vytváří duhové modré, tyrkysové a zelené světlo. My lidé bychom se mohli inspirovat těmito zvířaty a používat je ve věcech, které vyrábíme. Napadají vás nějaké nápady, kde by to bylo přínosné?

Podrobnější vysvětlení

Sluneční světlo se skládá z různých vlnových délek (tzv. elektromagnetické spektrum). Každá vlnová délka má svou barvu, a také se odráží v jiném úhlu (viz níže). Změnou úhlu odrazu můžeme změnit výslednou barvu, která převáží. My jsme si to vyzkoušeli pomocí skleněného hranolu. Příroda používá stejný princip, který se nazývá strukturální zbarvení. Některá zvířata a rostliny totiž vytvářejí mikrostrukturované povrchy, které odrážejí světlo stejným způsobem jako hranol. V závislosti na intenzitě a směru světla se pak odrážené barvy liší, a to způsobuje úžasně proměňující se barvy.

Video níže vysvětluje jak hranol funguje

Znalost a používání strukturních barev lidmi může jednak vést k vizuálně zajímavějšímu světu, ale má také potenciálně mnoho dalších výhod. Tak třeba barvení některých věcí pomocí jejich struktury místo použití barviv by mohlo snížit používání škodlivých chemikálií. Strukturální barvy se používají i na bezpečnostním proužku u mnoha bankovek, které mění barvu v závislosti na pozorovaném úhlu. To slouží jako ochrana proti padělání. Díky účinnějšímu odrážení světla může strukturní vzorování také snížit absorpci tepla v budovách a automobilech. To následně zabraňuje jejich přehřívání, takže není potřeba tolik používat energeticky náročné klimatizace.

Další zajímavým využitím principů strukturních barev jsou speciální displeje mobilních telefonů (technologie IMOD, ochr. Známka Mirasol), které jsou dobře čitelné i za jasného okolního světla (na sluníčku).

Napojení na výuku, žák:

• Pozoruje, že světlo se odráží od povrchů a jak různé povrchy ovlivňují, jak se světlo odráží.
• Uvědomí si, že světlo se pohybuje v přímých liniích, a vysvětlí, že předměty vidíme, protože odráží světlo do našeho oka.
• Popíše jak lidské oči reagují na světlo.
• Všimá si, že některé materiály při zahřívání nebo ochlazování mění skupenství.
• Prozkoumá světelné jevy, například jak lze světlo rozdělit do různých barev.

Všimli jste si někdy měnící se barvy u některých druhů živočichů podobně jako u pavího peří? Kde?

Líbí se vám myšlenka, že váš dům může změnit barvu? Díky svému speciálně tvarovanému povrchu inspirovanému přírodou by díky tomu na oknech zabraňoval i narázům ptáků do skleněných ploch a zároveň by speciální povrch toho domu pomohl vyčistit okolní vzduch od škodlivin? (Toho všeho lze dosáhnout chytrou úpravou mikrostruktury povrchů.)

Jakou barvu v přírodě považujete za nejkrásnější?

Uveďte některé důvody, proč je v přírodě docela často využíváno proměnlivé strukturální zbarvení?

Podívejte se jak včely vytváří barvu pomocí mikrostruktury (find out more).

Bezpečnostní štítky s proměnlivou barvou inspirované motýlem (find out more).

Přečtěte si, jak motýli využívají světlo k vytváření úžasných barev (find out more).

Další informace o strukturálním barvení (find out more).