Je leest:

Kleur bekennen

Kleur bekennen

Auteur: | 1 maart 2003

Kolibries vormen de allermooiste juweeltjes in de natuur. Ze houden ervan te pronken met hun verenpak. Bij een andere lichtinval wisselen de kleuren van hun verenpak om volledig te verdwijnen op plaatsen met schaduw.

Ook bij een pauwenveer veranderen de kleuren met veranderlijke lichtinval of gezichtshoek. Dat is vreemd. Een gele bloem blijft geel, onder welke hoek je ze ook bekijkt en zo behoudt een groen blad of een blauwgeverfde deur zijn kleur onder elke lichtinval. Een gele bloem is geel, omdat ze een stof bevat, die alle kleuren absorbeert behalve geel. De kleuren van een kolibrie of pauw (zie figuur 1) ontstaan op een heel andere manier. Ze zijn niet te danken aan een bepaald pigment, een bepaalde kleurstof, maar aan de eigenaardige structuur van het veeroppervlak.

Figuur 1. De iriserende/interfererende kleuren van een pauwenveer worden veroorzaakt door de kleine’zijtakjes’ van de veren. Bron:www.webexhibits.org

Zeepbellen

Dezelfde mooie tinten merken we op bij zeepbellen. Zo komen we op het idee dat die kleuren ontstaan door interferentie. Interferentiekleuren zie je bij voorkeur waar zich een dun laagje vormt, bijvoorbeeld aan een olielaagje dat op het water drijft. In al deze gevallen zijn de kleuren het gevolg van constructieve interferentie tussen de lichtgolven die door boven- en ondervlak van het dunne laagje weerkaatst worden.

In figuur 2. is de reflectie aan het bovenoppervlak en aan het ondervlak getekend. De stralen 1 en 2 zullen elkaar door interferentie versterken als het wegverschil een geheel aantal golflengten (L) is. Uit de figuur kunnen we aflezen dat dit wegverschil is:

AB + BC = 2dcosa

Versterking treedt dus op als 2dcosa = kL, waarin k een geheel getal is. Bij loodrecht invallend licht en k = 1 gaat de formule over in 2d = L ofwel L = 0,5d. De laagjes liggen dus op een halve golflengte van de kleur dat ze versterken. De golflengte van geel licht is ongeveer 6.10-7 m, zodat de laagjes op de plaatsen waar het pauwenoog geel is slechts drie tienduizendste millimeter dik zijn!

Figuur 2. Hier is schematisch weergegeven wat er gebeurt met een lichtstraal die wordt weerkaatst door een dunne laag van een transparant materiaal. Bron:http://home.wanadoo.nl/paulschils

Geel wordt groen

Wanneer dus op zo’n dun laagje wit licht valt is, bij een bepaalde gezichthoek, het traject ABC slechts voor één golflengte van het spectrum gelijk aan L of een geheel veelvoud ervan. Enkel de kleur die met die golflengte overeenstemt wordt helder waargenomen. Kijken we onder een iets andere hoek dan is het wegverschil ABC groter of kleiner en merken we een andere kleur op, met een iets grotere of kleinere golflengte, bijvoorbeeld: geel wordt groen, groen wordt blauw, blauw wordt violet. In dit voorbeeld zijn de kleuren een plaats naar rechts geschoven, dat betekent dat de golflengte van het teruggekaatste licht dan kleiner geworden is, want in de kleuren van het spectrum heeft rood de grootste golflengte en violet de kleinste. Als de lichtbron wit licht uitzendt zien we dus een reeks heldere kleuren mooi naast elkaar.

Behalve de kijkrichting bepaalt ook de dikte van het laagje de kleur die wordt versterkt. Zo bepaalde Dr. M. Minnaert in zijn werk ‘De natuurkunde van ’t vrije veld’ de dikte van een oliedruppel op nat asfalt met behulp van de interferentiekleuren. De olielaag is het dunst aan de buitenzijde en wordt naar het centrum toe steeds dikker.

Een uitzondering op de regel

Een veer heeft een fijne en ingewikkelde structuur. De veer wordt opgebouwd als een boom met een centrale spil waaraan takken en vertakkingen ontspruiten. De fijne takken worden baarden genoemd en die zijn weer vertakt in baardjes. De met haakjes voorziene baarden grijpen in elkaar en sluiten zo een hoeveelheid lucht af.

De iriserende kleuren ontstaan door de insluiting van lucht. Aan de grenslagen tussen lucht en veer wordt het licht gereflecteerd zoals bij een oliefilm op water. De kleuren ontstaan dus niet in de veren maar in de lagen rondom. Het hart van een pauwenoog is violet tot zwart, dan komt een smalle band groen. De daaropvolgende grote eivorm is goudbruin, met aan de buitenkant een geelgroene rand gevolgd door een paarse. Het is wonderlijk dat bij de pauwenveer de laagjes over een grote oppervlakte constant van dikte zijn en dan ineens op een bepaalde plaats sprongsgewijs van dikte veranderen. Iriserende veren vormen een uitzondering op de regel in de natuur. Bij papegaaien wordt de bonte kleurenpracht wel veroorzaakt door pigment.

De vleugels van vlinders hebben soms ook iriserende kleuren, zoals bij de dagpauwoog, die in ons land voorkomt. Vooral de prachtige mannetjes van de familie van de morpho’s vallen op door hun iriserende kleuren, veroorzaakt door de wisselende lichtinval. Morpho’s leven vooral in hoge toppen van de reusachtige bomen in de regenwouden van Zuid-Amerika. De schubben van deze vlinders zijn niet glad, maar zijn voorzien van uitsteeksels, ribben en groefjes. Hierdoor wordt het opvallende licht telkens anders gebroken. Zo ontstaan de vaak prachtige blauw- en groenglanzende kleuren. Structuurkleuren kunnen nauwelijks verbleken; pigmentkleuren wel.

Dit artikel is eerder verschenen in nummer 2 uit de jaargang 2003 van het blad Archimedes.

Dit artikel is een publicatie van Archimedes.
© Archimedes, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 maart 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.