Páv - farby bez farbív

Žiarivé farby páva nevytvárajú pigmenty, ale drobné štruktúry na ich perí.

Všimli ste si, že veľa vtákov, motýľov a chrobákov krášlia živé, dynamické farby? A že sfarbenie sa mení podľa toho, ako sú nasvietené? Takýmto farbám hovoríme "dúhové". Oproti tomu sa farby vecí vyrobených človekom často zdajú nudné a nemenné. Navyše farby vyrábané ľuďmi zvyčajne používajú chemikálie, ktoré môžu byť škodlivé pre životné prostredie.

Čo keby sme mohli urobiť veci farebnými tak, ako sú veci v prírode? Chceli by ste žiť vo svete, kde produkty vyrobené ľuďmi menia farby takým zaujímavým spôsobom?

Na túto aktivitu potrebujete pávie pierko alebo iný príklad štrukturálneho sfarbenia.

1. Vezmite si pávie pierko (alebo nejaký iný príklad) a požiadajte žiakov, aby si naň posvietili z rôznych uhlov. Posuňte pierko, aby ste ho videli z rôznych uhlov. Čo pozorujú?
2. Vysvetlite, že žiaci teraz vytvoria tento farebný efekt sami, aby zmenili farbu pomocou rozkladu svetla namiesto použitia chemických farbív.
3. Požiadajte žiakov, aby odrezali spodok PET fľaše (stačí pollitrová fľaša).
4. Vo vedre zmiešame približne 1/4 litra vody s 3 lyžičkami saponátu, 4 lyžičkami (práškového) cukru a 3 lyžičkami oleja.
5. Predveďte, ako sa koniec rozrezanej fľaše opatrne ponorí do pripravenej zmesi a potom pomaly prefúknite hrdlom fľaše čo najväčšiu bublinu. Dávajte pozor, aby bublina zostala spojená s fľašou.
6. Sledujte, ako sa v bubline objavujú krásne dúhové farby. Najlepšie je to urobiť na slnku, alebo zapnúť svetlo nad bublinou a dúhové farby bubliny budú potom výraznejšie.
7. Vyzvite žiakov, aby nafúkli svoju vlastnú bublinu. Ako podložku je dobré dať umývateľný obrus.
8. Poskytnite žiakom hranol na skúmanie a popíšte, ako hranol rozdeľuje svetlo na jednotlivé farby (pozri popis nižšie).

Ako to, že bubliny vo svetle zobrazujú dúhové farby, keď nebolo pridané žiadne farbivo? A používa podobný trik aj páv?

Biele svetlo môže byť rozložené do rôznych farieb. Dá sa to dosiahnuť rôznymi spôsobmi. V našom prípade sa svetlo pri prechode cez stenu bubliny láme do dúhových farieb. Bublinová stena pozostáva z veľmi jemnej vrstvy vody potiahnutej z oboch strán saponátom a olejom. Hrúbka steny bubliny ovplyvňuje farby, do ktorých sa svetlo láme, táto hrúbka sa neustále mení, a preto sa menia aj farby bubliny.

Je to vlastne podobný princíp, ako keď sa pozeráte na dúhu na oblohe. Dúha na vytvorenie farby nepotrebuje farbivo, iba svetlo a niečo, čo toto svetlo rozbije na jednotlivé farby, ako sú kvapky dažďa alebo vodná para.

Podobne ako kvapky dažďa môžu fungovať aj špeciálne tvarované plochy, ktoré menia svoju farbu v závislosti od smeru dopadajúceho svetla. Pravdepodobne to poznáte zo spodnej časti CD, ale rovnaký princíp už dávno používajú niektoré zvieratá, napríklad páv, ktorého perie je normálne hnedé. Mikro textúra peria rozdeľuje slnečné svetlo a vytvára dúhové modré, tyrkysové a zelené svetlo.

My ľudia by sme sa mohli inšpirovať týmito zvieratami a použiť ich vo veciach, ktoré vyrábame. Viete si predstaviť nejaké nápady, kde by to bolo prospešné?

Podrobnejšie vysvetlenie

Slnečné svetlo je tvorené svetlom s rôznymi vlnovými dĺžkami (nazývané elektromagnetické spektrum). Každý z nich sa odráža v inom uhle. Zmenou uhla odrazu môžeme zmeniť farby, ktoré sú dominantné. Môžete to vyskúšať pomocou skleneného hranolu.

Príroda používa rovnaký princíp nazývaný štrukturálne sfarbenie. Niektoré živočíchy a rastliny vytvárajú mikroštruktúrované povrchy, ktoré odrážajú svetlo rovnakým spôsobom, ako funguje hranol. V závislosti od intenzity a smeru svetla sa produkované farby líšia. To spôsobuje úžasne variabilné farby.

Video nižšie vysvetľuje, ako hranol funguje.

Znalosť a používanie štruktúrnych farieb ľuďmi môže viesť k vizuálne zaujímavejšiemu svetu, ale potenciálne má aj mnoho ďalších výhod. Napríklad vytváranie farieb pomocou štruktúry namiesto pigmentov a farbív by mohlo obmedziť používanie škodlivých chemikálií.

Napríklad na bankovkách sa ako ochranné prvky používajú nanoštruktúry, ktoré menia farbu v závislosti od uhla pohľadu. Pomáha to predchádzať falšovaniu. Efektívnejším odrazom svetla môže štruktúrne vzorovanie tiež znížiť absorpciu tepla v budovách a autách. To následne zabraňuje ich prehrievaniu, takže nie je potrebné toľko využívať energeticky náročné klimatizácie.

Niektoré spoločnosti použili štrukturálnu farbu na výrobu rôznych farebných náterov. Tieto farby obsahujú drobné kryštály, ktoré vytvárajú nanoštruktúru odrážajúcu svetlo a vytvárajú farbu. Výrobcovia odevov používajú podobné nápady na vytváranie farebných odevov, ktoré časom nevyblednú.

• Výtvarné umenie: inšpirácia k vytváraniu umeleckých diel (príp. nových výtvarných techník) s využitím štruktúrnych farieb.
• Dizajn: využitie princípov štrukturálneho sfarbenia na vytváranie farebných vzorov a efektov na rôznych produktoch (odevy, módne doplnky, autá, ...).
• Vzdelávanie v oblasti prírodných vied: optika (elektromagnetické spektrum, vlnová dĺžka, skúmanie svetelných javov, ako rôzne povrchy ovplyvňujú odraz svetla), v biológii spôsoby, akými príroda využíva svetlo a štruktúry na vytváranie farebných efektov, aký význam to má.
• Udržateľnosť, ekológia: pri výrobe materiálov sa otvárajú možnosti pre energeticky efektívnejšie a ekologicky šetrné riešenia v oblasti stavebníctva, textilu a iných odvetví.
• Pozorovanie, pokusy: zmena stavu/štruktúry/farby na základe zmeny prostredia, vonkajších podmienok (teplota, vlhkosť, sveteľné žiarenie...).

• Všimli ste si niekedy meniace sa farby u niektorých druhov živočíchov podobne ako u pávieho peria? U ktorých? Aké účely môže štrukturálne, meniace sa sfarbenie mať? "Vedia" to aj rastliny?
• Ako ľudské oči pohlcujú svetlo? Vidia iní živočíchovia inak?
• Vedeli by ste uviesť niektoré dôvody, prečo je v prírode celkom často využívané premenlivé štrukturálne sfarbenie?
• Páči sa vám myšlienka, že strecha vášho domu alebo auto môžu meniť farbu? Akú to môže mať výhodu? (menej chémie, svetlejšie farby pri silnom slnečnom žiarení, tmavšie farby, keď je treba zadržiavať slnečné žiarenie...)

• Pozrite sa, ako mikroštruktúra včiel vytvára farbu Microstructure Creates Color.
• Bezpečnostné štítky s meniacimi sa farbami inšpirované morfo motýľom Color-changing Security Labels.
• Zistite, ako motýle využívajú svetlo na vytváranie úžasných farieb Butterflies Hack Light Waves to Produce Brilliant Color.
• Zistite viac o štruktúrnom sfarbení Structural Coloration.
• Výroba dúhovej čokolády Using Quantum Mechanics to Produce Holographic Rainbows on Chocolate.