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除尘时孩子对「房内阳光照射的地方能看到灰尘,别的地方却不能」现象产生疑惑,我该怎么和他讨论这问题?

本帖由 漂亮的石头2022-05-23 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    [​IMG] Jennie真真,科研派俩娃妈|北体->港大->芝加哥,愿温暖有力量 阅读原文

    这个提问太有意思了,我专门去请教了一下我家队友→伪(划掉)物理学家。物理学家微微一笑,给了我一个关键词:Tyndall effect 丁达尔效应

    哈,有了关键词就好办了,我来现学现卖啦。(业余物理科普选手,说得不对的地方麻烦大家指正,我会查证后立刻修改,笔芯!)

    什么是 Tyndall effect 丁达尔效应?

    丁达尔效应是一种物理现象,其原理就是光被悬浮的胶体粒子(比如乳剂、混悬剂)散射。典型现象就是当一束光透过胶体,从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的「通路」 。

    1869 年,爱尔兰物理学家约翰·丁达尔(John Tyndall 1820~1893 年)第一个对这种现象展开研究。

    Tyndall effect 中文除了被译为丁达尔效应外,也有译为廷德尔效应、丁达尔现象、丁达尔效应、丁泽尔现象、丁泽尔效应、廷得耳效应等。

    为什么会产生丁达尔效应?

    咱们日常的可见光波长是 400nm~700nm,

    当微粒直径 > 可见光波长时,主要发生光的反射和折射

    当微粒直径< 可见光波长时,主要发生光的散射

    当微粒正好是 1-100nm 之间的时候,光就有了形状。

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    德国宫廷主教座堂内被散射而显现的光路,是丁达尔效应的典型例子。图片来源:维基百科

    要注意,这里我们看到的「光的形状」并不是灰尘的哦是在丁达尔效应下的光的形状里,我们更容易看到灰尘。那具体为什么呢?我们接着说。

    在这样的强光的形状里,这个形状跟周围亮度的对比就会非常强烈。

    此时,若是人在暗处的话,灰尘反射的光就很容易被我们用肉眼看到!

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    那为什么别的地方看不到灰尘呢?

    1. 因为没有明显丁达尔现象,光路让人注意不到

    光有形状(丁达尔效应)的一个要求是:光必须从一个地方出发,有明确的路径。

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    在阳光直接照射的地方,光本身的来路是唯一的:比如「从太阳射到屋里」。

    2. 人不在暗处,比如人本身就在光路中,那人的视觉细胞也捕捉不到灰尘反射的光

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    比如,我们跟灰尘在同一亮度里,那灰尘反射的光相比之下就太弱了。

    比如室内光源,强度跟自然光根本不在一个量级,那灰尘的反射光室内光下一般看不到。

    再者因为我们屋里的灯是朝着四面八方发射着光线,我们周围的墙壁、物体也在向四面八方反射或折射的光线。跟周围亮度对比不明显了,灰尘实在是太小太暗了,所以我们就看不到尘埃了。

    总之,要想看到灰尘的反射光,最好就是人在暗中,然后去观察在丁达尔效应形成的光路中的灰尘。事半功倍。

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    最后,小朋友可以在家里试试看怎么才能看到光的形状哦~~

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    图片来源大猫影界
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    好啦,我们最后要总结一下,比较容易看到灰尘的两个条件是:

    1. 出现了明显的光的形状 光线的来路明确且唯一; 微粒直径不大也不小,比如恰好在 1~100nm 之间,出现明显的丁达尔现象

    2. 人在暗处,灰尘在明处。并且,灰尘在强光(如太阳光)中。

    比如在窗边,窗口光线很亮,角落很暗,咱们在暗处瞳孔会放大,这时候灰尘就会显得更亮也更容易被看到。

    同时满足这两个条件,我们就更容易看到空中扬起的那些微小尘埃啦~

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