Rakenne ratkaisee heijastimessa

Pimeällä tiellä välähtelee. Auton edessä on siis joku – joku, jonka hihassa, laukussa tai talutushihnassa heiluu muovinen heijastin. Näkyviin voi myös tulla loistavat viivat. Siellä on joku, jonka vaatteisiin tai kenkiin on kiinnitetty heijastinnauhat.

Vaikka auton valoissa näkyy pelkkää pimeyttä, tiellä voi silti olla joku – joku, jolla ei ole heijastinta. Tai joku, jonka heijastin on huono kopio tai pelkkä kiiltävä lelu. Kaikki heijastimilta näyttävät esineet eivät toimi. Millaiset toimivat?

Valo voi mennä metsään

Kun valo osuu johonkin, osa siitä heijastuu takaisin, osa läpäisee materiaalin ja osa imeytyy siihen. Heijastin on tehtävä materiaalista, joka heijastaa mahdollisimman suuren osan valosta takaisin.

Kahden aineen rajapinnasta, vaikkapa ilman ja heijastimen rajalta, heijastuu valoa sitä enemmän, mitä suurempi on aineiden taitekerrointen ero. Taitekerroin kertoo, kuinka nopeasti valo aineessa kulkee.

Tyhjiön taitekerroin on yksi, siinä valo kulkee valonnopeudella. Ilman taitekerroin on hitusen yli yhden.

Metalleilla taitekerroin on tyypillisesti suuri, joten ne heijastavat paljon valoa. Silti niistä ei ole hengenpelastajaksi pimeässä. Erittäin tehokkaasti heijastavalta, sileältä ja kiiltävältä pinnalta valo nimittäin taittuu vain yhteen suuntaan.

Peili heijastaa lähes kaiken siihen tulevan valon, mutta heijastuksen suunta riippuu siitä, missä kulmassa peili sattuu olemaan. Heijastuva valo saattaa mennä kokonaan metsään eikä suinkaan kohti auton valoja ja kuljettajan silmiä.

Epätasaiset pinnat taas hajottavat valon joka suuntaan, ja liian pieni määrä palaa takaisin kohti valon lähdettä. Silloin autonkuljettaja ei havaitse kulkijaa.

Jotta tarpeeksi valoa palaisi oikeaan osoitteeseen, heijastimen pitää heijastaa kohtalaisen paljon valikoituihin suuntiin, mieluiten keilassa kohti valon lähdettä, niin että keila yltää autoilijan silmiin.

Prismoja ja lasihelmiä

Tämän vuoksi koviin muoviheijastimiin valetaan paljon pieniä prismoja, jotka pompottelevat valoa keskenään. Valo käy prismassa kolmella pinnalla ja palaa sitten takaisin. Prismat voi suunnitella niin, että heijastukset keskittyvät juuri sinne minne halutaan.

Liikennemerkeissä, heijastinnauhoissa ja -liiveissä sekä pehmoheijastimissa käytetään mikroprisma- tai lasihelmikalvoja. Mikroprismakalvo sisältää mikroskooppisia prismoja. Lasihelmikalvossa on miljoonia mikroskooppisia lasipalloja, jotka taittavat valon niiden takana olevaan heijastavaan pintaan ja siitä takaisin tulosuuntaan.

Huonot heijastimet on usein kopioitu hyvistä, mutta kopiointi ei ole ollut tarkkaa. Helmien koko on väärä tai prismat kuperia tai koveria, niin että valo sirottuu väärään suuntaan.

Myös materiaalin vaihtaminen muuttaa valon heijastumista. Tulos voi olla, ettei ”heijastin” palauta valoa lainkaan.

Hyvää ja huonoa heijastinta ei pysty erottamaan paljain silmin päivänvalossa. Siksi viranomaiset testaavat niiden heijastuskykyä. Suomessa tätä tekee Työterveyslaitos.

Tyyppitarkastuksen jäljiltä kunnollisen heijastimen pakkauksessa on merkinnät CE (tuote on hyväksytty Euroopassa) ja EN 13356 (tuote on hyväksytty heijastimena, ei esimerkiksi leluna). Mainittuna täytyy olla myös tarkastuksen tehnyt laitos.

Asiantuntijat: tuotepäällikkö Matti Hasu, 3M; laatupäällikkö Heikki Rytilahti, Herrmans; dosentti Juha Toivonen, Tampereen teknillisen yliopiston fysiikan laitos.

Julkaistu Tiede -lehdessä 9/2010