torsdag 6 maj 2010

Sammanfattande fakta om regnbågen

Historiskt perspektiv
Redan för 2300 år sedan beskrevs regnbågen av Aristoteles. Han var en filosof som levde i Grekland. Aristoteles trodde att regnbågen berodde på en ovanlig reflektion från molnen. Denna förklaring levde kvar ända in på 1600-talet i Europa. Då lade den franske filosofen Descartes fram sin teori om hur regnbågen blir till. Det är den teori som gäller än idag, men redan på 1200-talet hade samma teori lagts fram i Persien utan att bli känd i Europa. Descartes hade ingen förklaring till vad regnbågens färger kom ifrån. Det var Newton (1642 – 1727) som sedan lade fram teorin att vitt ljus är en blandning av flera färger (Nyberg 1985).

Regnbågen
Regnbågar visar sig i samband med eller efter en kallfront, då skurar bildas i den kalla luften. Även vid starka regnskurar, när luften är varm och känns tryckande, kan regnbågen bildas. Om solen skiner mellan skurarna skapas förutsättningar för att regnbågen ska uppträda (Nyberg 1985). För att kunna se regnbågen måste betraktaren stå med solen i ryggen (Elfström et al. 2008).

Regnbågen uppstår när solens strålar bryts i regndroppar. Fenomenet uppstår även när ljus bryts i en prisma eller vattendroppar av olika slag, exempelvis från en vattenspridare eller en sprayflaska. Solen strålar ut ett vitt ljus som består av sju olika färger. Dessa färger är rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett. Alla färger har olika våglängder och bryts därför olika. Eftersom dessa färger bryts olika mycket delar det vita ljuset upp vid brytningen och vi kan se ljusets alla färger. Vattendropparna i luften fungerar som prismor och spektrat syns som en regnbåge på himlen. Rött har starkast energi och lyser därför starkast, rött är ytterst på regnbågen sen orange, gult, grönt, blått, indigo och violett innerst (Elfström et al. 2008).

Regnbågen som uppstår kallas en primär regnbåge. Ibland kan strålen brytas flera gånger i samma regndroppe och då bildas även en sekundär regnbåge. Den sekundära regnbågen är svagare och färgerna i den uppträder spegelvänt (Grimwall 1993). Ljus som kommer in i en vattendroppe nära dess övre sida bildar en primär regnbåge. Den sekundära bildas när ljuset går in i vattendroppen nära undersidan (Burnie 1993).



Bild 1

Bild 2

Regnbågen är egentligen cirkelformad. Centrum på regnbågen befinner sig rakt framför betraktarens ögon och därför kan vi bara se en båge eftersom resterande hamnar under horisonten. Om man befinner sig högt upp, till exempel på ett högt berg eller i ett flygplan, är det teoretiskt möjligt att se den cirkelformade regnbågen (Grimwall 1993).
I Sverige har vi möjlighet att se regnbågen året runt med undantag för midsommaraftons lunch. Då står nämligen solen för högt vilket innebär att regnbågen hamnar under horisonten (Grimwall 1993) .
Energi
Energi kan uppträda i flera olika former, till exempel som rörelseenergi, kemisk energi (fotosyntes) och strålningsenergi (solenergi) (Andersson 2008). Inom fysikundervisningen förekommer energi som ett begrepp (muntlig kommunikation 2010-01-21). I vårt valda ämne regnbågen syns energi genom fotosyntes och solenergi.

Materia
Vetenskapligt sett kan materia förklaras med att det består av atomer. Ett annat sätt att förklara materia är att översätta ordet materia till material (Andersson 2008). I skolans undervisning förekommer materia inom ämnet kemi (muntlig kommunikation 2010-01-21). Inom fenomenet regnbågen ser vi vatten som materia, eftersom vatten (H2O) är uppbyggt av ämnena väte och syre. Vi anser också att kopplingen till materia kan göras genom att våra kroppar och organ (öga) är uppbyggda av materia.

Liv
I skolans värld kan begreppet liv bland annat behandlas inom ämnet biologi (muntlig kommunikation 2010-01-21). Liv kan kopplas till regnbågen genom vattnets kretslopp, eftersom vattnet är nödvändigt för allt levande. Även solljuset är något som vi inte kan leva utan och detta tar växterna tillvara genom fotosyntes. På samma sätt som solljusets strålar bryts i regndropparna, bryts ljuset i vätskan som finns i våra ögon.

Vattnets kretslopp
Det är solenergi som driver vattnets kretslopp, genom att värma upp vattnet i hav och sjöar. Avdunstning sker även på land från fuktig jord samt genom att växterna "andas ut" det mesta av det vatten som tagits upp via rötterna. Avdunstning bildar vattenånga och med hjälp av stigande luftströmmar tas ångan med uppåt i atmosfären där temperaturen är svalare. Den låga temperaturen får ångan att kondensera och bildar små vattendroppar som i sin tur blir till moln. Luftströmmar för molnen in över kontinenterna där vattnet sedan, beroende på temperaturen, kan falla ned antingen som snö eller som regn. Nederbörd i form av regn är vanligast och detta sker genom att små vattendroppar sammanbinds tills de blir så pass tunga att de faller ned till marken (Hadden & Bennett (red.) 1994). Vi tänker oss oftast vattendroppen som lökformad men egentligen är den bullformad med den platta sidan vänd nedåt (Grimwall 1993). Regnet faller ned till jordytan och ger mark och växter närning samt rinner ner till vattendrag och även bildar grundvatten. Grundvattnet är en viktig del i vattnets kretslopp. Här finns vår sötvattentillgång, som kan störas beroende på vad som sker i och omkring ovanliggande jordlager. Det vatten som runnit ner till olika vattendrag rinner samman och blir till älvar och floder som rinner ut i haven. Kretsloppet är nu slutet (Hadden & Bennett (red.) 1994).


Bild 3

Fotosyntes
Alla organismer är uppbyggda av celler och här sker de processer som gör att livet fortgår. I gröna växter sker något som kallas för fotosyntes. Då omvandlas koldioxid och vatten till socker och syre med hjälp av solljusets energi. Solenergin omvandlas till kemisk energi i sockret (Elfström 2008). Det gäller både växter som lever på land och i vattnet. De vattenlevande växterna tar tillvara på koldioxiden som finns löst i vattnet (Andersson 2008).
Bild 4

Alla organismer, både djur och växter, använder sig av cellandning. Det innebär att syret som vi andas in reagerar med socker och bildar då koldioxid, vatten och frigör energi. Denna energi används sedan för att bygga upp nya ämnen i cellen, för att växa och som rörelseenergi. Utan fotosyntes och cellandning skulle vi inte kunna leva (Elfström 2008).

Bioluminiscens
Även djupt nere i havet lever det organismer, men hit kan inte solljuset nå. Djuren som lever här nere har utvecklat sina egna förmågor för att kunna överleva. Till exempel kan vissa av organismerna själva producera ljus och sända ut det. Detta fenomen kallas bioluminiscens. Antingen alstras ljuset av bakterier som lever tillsammans med värddjuret, eller så kommer det av enzymer som djuret själv producerar. Ljuset används bland annat till kommunikation, för att navigera eller som lockbete. Hos insekterna lysmask och eldfluga används bioluminiscens som en signal mellan könen. (Upptäckarbyrån)

Solen
Historiskt sett har solen på flera håll dyrkats som en gud. Vid tanke på att solen är källan till allt liv och utveckling på jorden är detta lätt att förstå. Solen är vår största naturliga ljuskälla. Många tror att även månen avger ett sken, men det ljus vi ser från månen är faktiskt en reflektion från solen. Solen går att jämföras med ett kärnkraftverk. I dess inre alstras värme och från ytan stålar ljus och värme mot oss. Energistrålningen från solen är enorm och bara en mycket liten del av den träffar jorden (Nyberg 1985).

Ljus
Historiskt sett har det funnits många olika förklaringar hur ljuset fungerar. Isaac Newton hävdade att ljuset var en ström av partiklar medan Christian Huygen ansåg att ljuset rullade fram, alltså som vågrörelser. Idag ses ljusvågorna som en kombination av elektriska och magnetiska svängningar, vilket kallas för elektromagnetisk strålning (Gotborn et al. 1994). Det synliga ljuset är en elektromagnetisk strålning med en våglängd mellan ca 390 och 770 nm (nanometer). Ljus med längre våglängd än 770 nm kallas för infrarött ljus och ljus med en våglängd kortare än 390 nm benämns ultraviolett strålning eller UV-ljus.

Ljusets brytning
Ljuset går rakt fram men dess riktning kan ändras på fyra olika sätt; genom reflexion, brytning, böjning och spridning (Gotborn et al. 1994). Ljus kan färdas genom många material som till exempel luft, vatten och glas. De här materialen skiljer sig åt när det gäller hur optiskt täta de är. Glas är optiskt tätare än vatten och vatten är optiskt tätare än luft. Eftersom materialens optiska täthet skiljer såg åt är också ljusets hastighet genom materialen olika. Till exempel är ljushastigheten högre i luft än i vatten. När ljusstrålar ska gå från ett material till ett annat ändrar de riktning, det vill säga de bryts. Ljuset bryts i riktning mot normalen när der går från ett optiskt tunnare till ett optiskt tätare material. Infallsvinkeln (i) blir då större än brytningsvinkeln (b). Om infallsvinkeln är större än 42° reflekteras allt ljus tillbaka. Detta kallas totalreflektion. I en prisma reflekteras allt infallande ljus på grund av totalreflektion (Henriksson 2000). Ett prisma är ett optiskt element med plana ytor som bryter ljuset. Den har oftast tre sidor och används för att dela upp det vita ljuset i dess olika färger (Wikipedia 2). Som mått på brytningen används något som kallas brytningsindex. Ju större brytningsindex desto kraftigare bryts ljuset (Elfström et al. 2008).


Bild 5


Bild 6

Ögats funktion
För att vi skall kunna se måste vi ha ljus. Ögat är det organ som gör det möjligt för oss att uppfatta ljus. Det vi ser är egentligen ljus som reflekteras i vår omgivning, vilket gör att vi kan uppfatta färger och former. Då ljus från en ljuskälla reflekteras i vår omgivning återges en del våglängder, vilket gör att våra ögon uppfattar färger och former (Wikipedia 3).

När ljusstrålar kommer in i ögat bryts de först i hornhinnan, för att sedan träffa främre ögonkammaren som innehåller kammarvätska. Trycket från kammarvätskan bidrar till att hornhinnan blir konvex, vilket är nödvändigt för att ljuset skall träffa ögats lins. I ögat finns pupillen som fungerar som en bländare. Vid mörker öppnar pupillen sig för att släppa in mer ljus och drar ihop sig då det är för starkt ljus. Pupillen kan även kallas för regnbågshinna (Wikipedia 3).



Bild 7

I ögat finns den bakre ögonkammaren som för ljuset mot näthinnan. När ljuset når näthinnan registreras ljuset som en bild i hjärnan. I näthinnan finns två sorters ljuskänsliga celler som kallas tappar och stavar. De är uppbyggda på samma sätt men har olika funktion. Det är stavarna som gör att vi kan se i mörkret. När det är ljust är det tapparna som gör att vi kan se. Tapparna finns i flera olika sorter som är olika känsliga för färg, vilket gör det möjligt för oss att se alla olika färger (Wikipedia 3).

Teknik
Kunskaperna om hur ljus bryts i olika material har man tagit tillvara på till exempel vid utformning av glasögon. Om man ser dåligt beror det på att linsen i ögat inte fungerar som den ska, eller att ögats glaskropp inte har en korrekt form. Det innebär att ljusets brytningspunkt, där bilden som hjärnan registrerar bildas, antingen hamnar framför eller bakom näthinnan. Bilden som hjärnan registrerar blir då oskarp. I de fall brytningspunkten hamnar framför näthinnan, behövs en konkav lins i glasögonen för att bilden skall få skärpa (se bild 8). Även speglar kan vara konvexa eller konkava. En sminkspegel som ger en förstorad bild är konkav, medan en backspegel som ger en förminskad bild är konvex (Elfström et al. 2009).


Bild 8


Teleskop och kikare
Två stora tekniska hjälpmedel som vi kan koppla till ljus är teleskop och kikare. I ett teleskop används två stycken linser. Den stora linsen (objektiv) fokuserar ljusstrålar från ett avlägset föremål medan den mindre linsen (okular) gör bilden större igen. En kikare fungerar på liknande sätt med då behövs två linser till vardera öga (Wilkins 1991). Det första enkla teleskopet tillverkades av holländaren Hans Lippershey år 1608. Men det var Galileo Galilei som året efter byggde ett teleskop som var så starkt att han kunde studera stjärnor och planeter (Wikipedia 4).
Röntgen
Precis som ljuset kan passera genom glas fungerar röntgen, då mycket starka osynliga energivågor passerar kroppen. Röntgenstrålar kan skapas genom maskiner men de produceras även genom vår sol. Tekniken används bland annat av läkare för att fotografera kroppens inre. Röntgenstrålarna kan inte färdas genom skelettet vilket istället lämnar en skugga av benens former som vi sedan kan se på röntgenfoto. Upptäckten av tekniken gjordes år 1895 av den tyske vetenskapsmannen Wilhelm Röntgen (Wilkins 1991).

Laser
Laser är ljusstrålar som är enfärgade och har en riktning med stark intensitet. Den första användbara lasern skapades av Theodore Maiman 1960. Idag används vi det i cd- och dvd-läsare, laserpekare och laserskrivare (Wikipedia 6).

Myter
Fenomenet regnbågen förknippas i många kulturer med lycka och rikedom. I den irländska folktron trodde man att det fanns en nergrävd skatt vid regnbågens slut. Detta är omöjligt eftersom regnbågen förändrar läge med betraktaren. Regnbågen symboliserar även vägen mellan liv och dödsriket eller himmelriket (Wikipedia 5).

Befolkningen i Burma tror att regnbågen är en stor orm som kan äta människor hela. Efter att ormen tagit en människa sägs det att den återvänder till jorden, därför skall man vara försiktig när regnbågen visar sig. I Sydafrika tror man däremot att en orm finns vid regnbågens slut för att släcka sin törst. Den västra delen av Afrika tror man istället att ormen för lycka med sig för den som ser ormen (Nationalencyklopedin 2000). I den kinesiska mytologin anser regnbågen vara en reva på himlen som gudinnan Nûwa förseglade med hjälp av stenar i regnbågens sju färger (Parker 1962).

I vår nordiska mytologi är regnbågen en bro mellan jorden och Valhall. Denna bro kallas också Bifrost. Bron byggdes av gudarna och förenar alltså Midgård (jorden) med Asgård (Gudarnas boning) och den vaktas av Heimdall (Wikipedia 5). Fenomenet går även att läsa om i bibeln, första Moseboken, där den är ett tecken från gud till människorna. Gud sände en regnbåge till Noa och hans ark som ett tecken på att ingen mer syndaflod skulle komma och fördärva jorden. Regnbågen skulle alltid vara som en påminnelse om guds löfte (Parker 1962).

Ämnesdidaktik
Ämnesdidaktik kan ses som ämnenas didaktik och handlar om de val i undervisningen som läraren ställs inför (Sjøberg 2010). Både i förskolan och i skolan inleds aktiviteten med att ta reda på barnens/elevernas förförståelse. I och med att barnens/elevernas förförståelse visades fick vi en utgångspunkt för undervisningen. På förskolan var vår intention att ge barnen en upplevelse av regnbågen och en förförståelse av att den skapas genom att solen strålar på vattendropparna i regnet.

I skolan tog vi först reda på elevernas förförståelse med hjälp av vår Concept cortoon, där flera olika tankar fanns representerade. Wickman & Persson (2008) menar att inom naturvetenskap skall elever få testa sina olika hypoteser för att på så vis utveckla ett lärande. Författarna belyser även vikten i att pedagogen lyssnar på elevernas tankar och funderingar och utgår från dessa tankar för att utveckla intresset för ämnet. De ställda hypoteserna ska alltså utgå från eleverna själva. Denna åsikt delar även Elfström et al. (2008) då de menar att inom naturvetenskap finns det sällan enbart ett rätt svar, vilket ger eleverna möjlighet att tänka på olika sätt utan att något behöver vara fel. Detta är något vi anser våra lektioner innefattade då vi utgick från elevernas förförståelse kring fenomenet regnbågen.

Att använda sig av Concept cartoon i undervisningen anser vi stöds av lärplanen eftersom Lpo 94 lyfter fram att skolan ska sträva efter att eleverna ska lära sig att ”lyssna, diskutera, argumentera och använda sina kunskaper som redskap för att formulera och pröva antaganden” samt att ”reflektera över erfarenheter och kritiskt granska och värdera påståenden”(Lärarförbundet 2006, 15). När vi använde oss av vår Concept cartoon ute på våra VFU platser såg vi att eleverna fick möjlighet att träna på detta.

Enligt Lpo 94 ska läraren ”svara för att eleverna får prova olika arbetssätt och arbetsformer”(Lärarförbundet 2006, 18). Detta tog vi tillvara på genom att genomföra experiment. De syftade till att ge eleverna en uppfattning om hur regnbågen blir till. Vid genomgången förklarades också hur regnbågen och färgerna uppstår, genom modeller på en sol, ljusstrålar, vattendroppe och en person.

Referenser
Andersson, B. (2008). Grundskolans naturvetenskap. Helhetssyn, innehåll och progression. Lund: Studentlitteratur.

Burnie, D. (1993). Ljus. Stockholm: Bonniers.

Elfström, I., Nilsson, B., Sterner, L. och Wehner-Godée, C. (2008). Barn och naturvetenskap – upptäcka, utforska, lära. Stockholm: Liber AB.

Grimwall, G. (1993). Varför är himlen blå?. Västerås: ICA Förlaget AB.

Gotborn L., Ljunggren L., Svensson M., Svanfeldt Söderberg K., Vieweg O. (1994). Naturkunskap. Stockholm: Natur och Kultur.

Hadden, S. & Bennett, P. (red.) (1994). Jordens kretslopp. Malmö: Gleerups Utbildning AB.

Henriksson, A. (2000). Naturkunskap B. Malmö: Gleerups Utbildning AB.

Lärarförbundet. (2006). (Lpo 94, Lpfö 98) Lärarens handbok. Solna: Lärarförbundet.

Nyberg, A. (1985). Himlasken och andra ljusfenomen. Stockholm: Ingengörsförlaget AB.
Parker, B. (1962). Moln, regn och snö. Stockholm: AVCarlsons bokförlag.
Sjøberg, S. (2010). Naturvetenskap som allmänbildning – en kritisk ämnesdidaktik. Lund: Studentlitteratur.
Wickman, P-O. & Persson, H. (2008). Naturvetenskap och naturorienterade ämnen i grundskolan – en ämnesdidaktisk vägledning. Stockholm. Liber AB.
Wilkins, M-J. (1991). Luft, ljus & vatten. Malmö: FaktorsTjänst AB.

Elektroniska källor
Nationalencyklopedin. (2000). Nationalencyklopedin Multimedia Plus DVD för PC.
Upptäckarbyrån. [Elektronisk] Tillgänglig: http://upptackarbyran.se/component/content/article/9-fae/30-lysande-djur.html [2010-04-08].
Wikipedia 1. [Elektronisk] Tillgänglig: http://sv.wikipedia.org/wiki/Ljus [2010-04-06].
Wikipedia 2. [Elektronisk] Tillgänglig: http://sv.wikipedia.org/wiki/#ljusets_brytning_i_ett_prisma [2010-04-08].
Wikipedia 3. [Elektronisk] Tillgänglig: http://sv.wikipedia.org/wiki/%C3%96ga [2010-04-07].
Wikipedia 4. [Elektronisk] Tillgänglig: http://sv.wikipedia.org/wiki/Teleskop [2010-04-10].
Wikipedia 5. [Elektronisk] Tillgänglig: http://sv.wikipedia.org/wiki/Regnb%C3%A5ge [2010-04-10].

Föreläsningar
Dimenäs, J. (2010). Naturvetenskap och teknik. Högskolan i Skövde. [2010-01-21].

Bilder
Bild 1 och 2. Burnie, D. (1993). Ljus. Stockholm: Bonniers. s 29.

Bild 3. Nationalencyklopedin. [Elektronisk] Tillgänglig: http://www.ne.se/vatten [2010-04-26].
Bild 4. Egentillverkad.
Bild 5 och 6. Henriksson, A. (2000). Naturkunskap B. Malmö: Gleerups Utbildning AB. s 125.
Bild 7. Socialstyrelsen. [Elektronisk] Tillgänglig: http://www.socialstyrelsen.se/ovanligadiagnoser/bilder/AxenfeldRiegers.gif [2010-04-07].
Bild 8. Henriksson, A. (2000). Naturkunskap B. Malmö: Gleerups Utbildning AB. s 129.

Inga kommentarer:

Skicka en kommentar