Variationen af optiske fænomener i atmosfæren skyldes af forskellige årsager. De mest almindelige fænomener omfatter lyn og de meget maleriske nordlige og sydlige nordlys. Derudover er regnbuen, glorie, parhelium (falsk sol) og buer, corona, glorier og Brocken-spøgelser, luftspejlinger, St. Elmo-ild, lysende skyer, grønne og crepuskulære stråler særligt interessante. Regnbuen er det smukkeste atmosfæriske fænomen. Normalt er dette en enorm bue bestående af flerfarvede striber, observeret når Solen kun oplyser en del af himlen, og luften er mættet med vanddråber, for eksempel under regn. De flerfarvede buer er arrangeret i en spektral sekvens (rød, orange, gul, grøn, blå, indigo, violet), men farverne er næsten aldrig rene, fordi striberne overlapper hinanden. Som regel varierer de fysiske egenskaber af regnbuer betydeligt, og derfor udseende de er meget forskellige. Deres fællestræk er, at centrum af buen altid er placeret på en lige linje trukket fra Solen til iagttageren. en lava-regnbue er en bue, der består af de fleste lyse farver- rød på ydersiden og lilla på indersiden. Nogle gange er kun én bue synlig, men ofte med uden for Hovedregnbuen fremstår som en sekundær. Den har ikke så lyse farver som den første, og de røde og lilla striber i den skifter plads: den røde er placeret med indenfor.
Dannelsen af hovedregnbuen forklares ved dobbelt brydning og enkelt intern refleksion af sollysstråler. En lysstråle, der trænger ind i en dråbe vand (A), brydes og nedbrydes, som om den passerer gennem et prisme. Så når den den modsatte overflade af dråben, reflekteres fra den og efterlader dråben udenfor. I dette tilfælde brydes lysstrålen endnu en gang, før den når observatøren. Den oprindelige hvide stråle nedbrydes til stråler forskellige farver med en divergensvinkel på 2?. Når en sekundær regnbue dannes, opstår der dobbelt brydning og dobbelt refleksion af solens stråler. I dette tilfælde brydes lyset, trænger ind i dråben gennem dens nedre del og reflekteres fra indre overflade falder først ved punkt B, derefter ved punkt C. Ved punkt D brydes lyset, så faldet efterlades mod observatøren. Når regn eller spray danner en regnbue, opnås den fulde optiske effekt ved den kombinerede effekt af alle vanddråberne, der krydser overfladen af regnbuekeglen med observatøren i spidsen. Hver dråbe har en flygtig rolle. Overfladen af regnbuekeglen består af flere lag. Når de hurtigt krydser dem og passerer gennem en række kritiske punkter, nedbryder hver dråbe øjeblikkeligt solens stråle i hele spektret i en strengt defineret rækkefølge - fra rød til lilla . Mange dråber skærer keglens overflade på samme måde, så regnbuen fremstår for iagttageren som kontinuerlig både langs og på tværs af dens bue. Haloer er hvide eller iriserende lysbuer og cirkler omkring Solens eller Månens skive. De opstår på grund af lysets brydning eller refleksion af is- eller snekrystaller i atmosfæren. Krystallerne, der danner haloen, er placeret på overfladen af en imaginær kegle med en akse rettet fra observatøren (fra toppen af keglen) til Solen. Atmosfæren kan under visse forhold være mættet med små krystaller, hvoraf mange af deres ansigter danner en ret vinkel med planet, der passerer gennem Solen, iagttageren og disse krystaller. Sådanne ansigter reflekterer indkommende lysstråler med en afvigelse på 22?, og danner en glorie, der er rødlig på indersiden, men den kan også bestå af alle spektrets farver. Mindre almindelig er en halo med en vinkelradius på 46°, placeret koncentrisk omkring en 22° halo. Dens inderside har også en rødlig farvetone. Årsagen til dette er også lysets brydning, som i dette tilfælde opstår på kanterne af krystallerne, der danner rette vinkler. Bredden af ringen af en sådan halo overstiger 2,5?. Både 46-graders og 22-graders glorier har tendens til at være klarest i toppen og bunden af ringen. Den sjældne 90-graders glorie er en svagt lysende, næsten farveløs ring, der deler et fælles centrum med to andre glorier. Hvis den er farvet, vil den have en rød farve på ydersiden af ringen. Mekanismen, hvorved denne type halo optræder, er ikke fuldt ud forstået. Parhelia og buer. Den parheliske cirkel (eller cirklen af falske sole) er en hvid ring centreret i zenitpunktet, der passerer gennem Solen parallelt med horisonten. Årsagen til dens dannelse er refleksionen af sollys fra kanterne af overfladerne af iskrystaller. Hvis krystallerne er tilstrækkeligt jævnt fordelt i luften, bliver en hel cirkel synlig. Parhelia, eller falske sole, er stærkt lysende pletter, der minder om Solen, som er dannet ved skæringspunkterne mellem parhelcirklen med en glorie med vinkelradier på 22?, 46? og 90?. Det hyppigst forekommende og lyseste parhelium dannes i skæringspunktet med 22-graders haloen, normalt farvet i næsten alle regnbuens farver. Falske sole i krydsninger med 46- og 90-graders glorier observeres meget sjældnere. Parhelier, der opstår i kryds med 90-graders glorier, kaldes paranthelia eller falske modsoler. Nogle gange er der også et antelium (anti-sol) synligt - en lys plet placeret på parhelium-ringen lige overfor Solen. Det antages, at årsagen til dette fænomen er den dobbelte indre refleksion af sollys. Den reflekterede stråle følger samme vej som den indfaldende stråle, men i den modsatte retning. Nær-zenit-buen, nogle gange forkert kaldet den øvre tangentbue af 46-graders haloen, er en bue på 90? eller mindre, centreret i zenitpunktet, placeret cirka 46° over Solen. Det er sjældent synligt og kun i et par minutter, har lyse farver, med den røde farve begrænset til den ydre side af buen. Nær-zenit-buen er bemærkelsesværdig for sin farve, lysstyrke og klare konturer. En anden interessant og meget sjælden optisk effekt af halo-typen er Lowitz-buen. De opstår som en fortsættelse af parhelien i skæringspunktet med 22-graders glorien, strækker sig fra den ydre side af glorien og er let konkave mod Solen. Søjler af hvidligt lys, ligesom forskellige kors, er nogle gange synlige ved daggry eller skumring, især i polarområderne, og kan ledsage både Solen og Månen. Til tider observeres måneglorier og andre effekter, der ligner dem, der er beskrevet ovenfor, hvor den mest almindelige månehalo (en ring omkring Månen) har en vinkelradius på 22?. Ligesom falske sole kan falske måner opstå. Koronaer, eller kroner, er små koncentriske ringe af farver omkring Solen, Månen eller andre lyse genstande, der observeres fra tid til anden, når lyskilden er bag gennemskinnelige skyer. Koronaens radius er mindre end haloens radius og er ca. 1-5?, er den blå eller violette ring nærmest Solen. En korona opstår, når lyset spredes af små vanddråber og danner en sky. Nogle gange vises koronaen som en lysende plet (eller glorie), der omgiver Solen (eller Månen), som ender i en rødlig ring. I andre tilfælde er mindst to koncentriske ringe med større diameter, meget svagt farvede, synlige uden for glorien. Dette fænomen er ledsaget af regnbueskyer. Nogle gange har kanterne af meget høje skyer lyse farver. Gloria (glorier). Under særlige forhold, usædvanligt atmosfæriske fænomener. Hvis Solen er bag observatøren, og dens skygge projiceres på nærliggende skyer eller et tågeforhæng, under en bestemt tilstand af atmosfæren omkring skyggen af en persons hoved, kan du se en farvet lysende cirkel - en glorie. Typisk dannes en sådan halo på grund af lysreflektionen fra dugdråber på en græsplæne. Gloriaer findes også ret ofte omkring skyggen, som flyet kaster på de underliggende skyer. Spøgelser fra Brocken. I nogle områder af kloden, når skyggen af en observatør placeret på en bakke ved solopgang eller solnedgang falder bag ham på skyer placeret i kort afstand, opdages en slående effekt: skyggen antager kolossale dimensioner. Dette sker på grund af lysets refleksion og brydning af små vanddråber i tågen. Det beskrevne fænomen kaldes "Ghost of Brocken" efter toppen i Harzen i Tyskland. Mirages er en optisk effekt forårsaget af lysets brydning, når den passerer gennem luftlag med forskellig tæthed og udtrykt i udseendet af et virtuelt billede. I dette tilfælde kan fjerne genstande synes at være hævet eller sænket i forhold til deres faktiske position, og de kan også være forvrænget og antage uregelmæssige, fantastiske former. Mirage observeres ofte i varmt klima, såsom over sandede sletter. Mindre luftspejlinger er almindelige, når de er fjerne, næsten flad overfladeØrkenen ser ud som åbent vand, især hvis den ses fra en lille højde eller blot er placeret over et lag af opvarmet luft. Denne illusion opstår normalt på en opvarmet asfaltvej, der ligner en vandoverflade langt fremme. I virkeligheden er denne overflade en afspejling af himlen. Under øjenhøjde kan der forekomme genstande i dette "vand", normalt på hovedet. En "luft" dannes over den opvarmede jordoverflade. lagkage", og laget nærmest jorden er det varmeste og er så sjældent, at lysbølger, der passerer gennem det, forvrænges, da deres udbredelseshastighed ændres afhængigt af mediets tæthed. De øvre luftspejlinger er mindre almindelige og mere maleriske end de nederste. Fjerne objekter (ofte placeret ud over havhorisonten) vises på hovedet på himlen, og nogle gange vises et opretstående billede af det samme objekt ovenover. Dette fænomen er typisk i kolde områder, især når der er en betydelig temperaturinversion, når der er et varmere luftlag over et koldere lag. Denne optiske effekt manifesterer sig som et resultat af komplekse mønstre for udbredelse af fronten af lysbølger i luftlag med inhomogen tæthed. Meget usædvanlige luftspejlinger forekommer fra tid til anden, især i polarområderne. Når luftspejlinger forekommer på land, står træer og andre landskabskomponenter på hovedet. I alle tilfælde er genstande tydeligere synlige i de øvre luftspejlinger end i de nederste. Når grænsen for to luftmasser er et lodret plan, observeres laterale luftspejlinger nogle gange. St. Elmo's Brand. Nogle optiske fænomener i atmosfæren (for eksempel glød og det mest almindelige meteorologiske fænomen - lyn) er af elektrisk natur. Meget mindre almindelige er St. Elmo's lys - lysende lyseblå eller lilla børster fra 30 cm til 1 m eller mere i længden, normalt på toppen af master eller enderne af værfter af skibe til søs. Nogle gange ser det ud til, at hele skibets rigning er dækket af fosfor og gløder. St. Elmo's Fire dukker nogle gange op på bjergtoppe, såvel som på spir og skarpe hjørner af høje bygninger. Dette fænomen repræsenterer elektriske børsteudladninger i enderne af elektriske ledere, når spændingen i atmosfæren omkring dem stiger kraftigt elektrisk felt. Will-o'-the-wisps er en svag blålig eller grønlig glød, der nogle gange observeres i sumpe, kirkegårde og krypter. De ligner ofte en stearinlysflamme, der er hævet omkring 30 cm over jorden, stille og roligt brændende, uden varme og svævende et øjeblik over genstanden. Lyset virker fuldstændig uhåndgribeligt, og når iagttageren nærmer sig, ser det ud til, at det flytter til et andet sted. Årsagen til dette fænomen er nedbrydning af organiske rester og spontan forbrænding af sumpgas metan (CH 4) eller phosphin (PH 3). Will-o'-the-wisps har forskellige former, nogle gange endda sfæriske. Grøn stråle - et glimt af smaragdgrønt sollys i det øjeblik, hvor den sidste solstråle forsvinder bag horisonten. Den røde komponent af sollys forsvinder først, alle de andre følger i rækkefølge, og den sidste tilbage er smaragdgrøn. Dette fænomen opstår kun, når kun selve kanten af solskiven forbliver over horisonten, ellers opstår der en blanding af farver. Crepuskulære stråler er divergerende stråler af sollys, der bliver synlige på grund af deres belysning af støv i de høje lag af atmosfæren. Skyernes skygger danner mørke striber, og stråler breder sig mellem dem. Denne effekt opstår, når solen står lavt i horisonten før daggry eller efter solnedgang.
I oldtiden skræmte luftspejlinger, nordlys, mystiske glødende lys og kuglelyn overtroiske mennesker. I dag har videnskabsmænd formået at afsløre hemmelighederne bag disse mystiske fænomener, forstå arten af deres forekomst.
Fænomener forbundet med refleksion af sollys
Alle har mange gange set, hvordan der efter regn eller i nærheden af en stormfuld vandstrøm dukker en farvet bro op på himlen - en regnbue. Regnbuen skylder sine farver til solens stråler og dråber af fugt suspenderet i luften. Når lys rammer en dråbe vand, ser det ud til, at det deler sig i forskellige farver. I de fleste tilfælde reflekterer dråben kun lys én gang, men nogle gange reflekterer lys fra dråben to gange. Så blinker to regnbuer på himlen.
Mange ørkenrejsende har været vidne til et andet atmosfærisk fænomen, fatamorgana. Midt i ørkenen dukkede en oase med palmer op, en karavane eller et skib bevægede sig hen over himlen. Dette sker, når varm luft over overfladen stiger. Dens tæthed begynder at stige med højden. Så kan billedet af et fjernt objekt ses over dets faktiske position.
I frostvejr opstår der udtalte halo-ringe omkring Solen og Lupus. De dannes, når lys reflekteres af iskrystaller, der er ret højt oppe i atmosfæren, såsom cirrusskyer. På indersiden kan haloen have en lys farve og en rødlig nuance. Iskrystaller reflekterer nogle gange så bizart sollys at andre illusioner dukker op på himlen: to sole, lodrette lyssøjler eller solbuer. Omkring Solen og Månen dannes der nogle gange glorier - kroner. Kronerne ligner flere ringe indlejret inde i hinanden. De forekommer i altocumulus og altostratus skyer. En farvekrone kan dukke op omkring et skyggekast, for eksempel af et fly på de underliggende skyer.
Fænomener relateret til elektricitet
Små partikler fra rummet falder ofte ned i de øverste lag. På grund af deres kollision med partikler af gasser og støv, dukker nordlys op - et skær fra himlen med blink på de polære breddegrader på den nordlige og sydlige halvkugle. Auroraens former og farver er varierede. Dens varighed kan variere fra snesevis af minutter til flere dage.
Dråber og iskrystaller, der bevæger sig i cumulonimbusskyer, akkumulerer elektriske ladninger. Det får en kæmpe gnist til at opstå mellem skyerne eller mellem skyen og jorden – lyn, som er ledsaget af torden. Ophobningen af elektricitet i atmosfæren danner nogle gange en lysende kugle med en diameter på ti centimeter - dette er kuglelyn. Det bevæger sig med luftens bevægelse og kan eksplodere ved kontakt med individuelle genstande, især metal. Efter at være trængt ind i huset, bevæger boldlyn sig hurtigt gennem rummet og efterlader brændte områder. Kuglelyn kan forårsage alvorlige forbrændinger og død. En nøjagtig forklaring på arten af dette fænomen findes endnu ikke.
Et andet fænomen forbundet med atmosfærens elektriske glød er St. Elmo's brand. Denne glød kan observeres i tordenvejr på høje tårnspir, samt omkring skibsmaster. Det skræmte overtroiske søfolk, som betragtede det som et dårligt tegn.
Udarbejdet af en elev i klasse 11 "B"
Lukyanenko Anastasia
Optiske fænomener i atmosfæren
Mirages
Der er tre klasser af luftspejlinger. Den første klasse er de lavere luftspejlinger. Med denne type fatamorgana, nederste delørkener, dvs. en lille strimmel sand bliver optisk til en slags dam. Dette kan ses, hvis det er et niveau over dette bånd. Sådanne luftspejlinger er de mest almindelige. Den anden type luftspejlinger er overlegne luftspejlinger. Dette er et sjældnere fænomen og også mindre malerisk. Overlegne luftspejlinger vises på store afstande og i store højder over horisonten. Den tredje klasse af luftspejlinger trodser enhver forklaring, og i mange år har videnskabsmænd undret sig over løsningen på dette mysterium.
Hvad er årsagen til udseendet af sådanne fantastiske fænomener? Dette sker takket være de fantastiske spil af lys og luft. Sådan forstår du det. Når lufttemperaturen er ret høj, og den er højere ved jordens overflade end i højere lag, gunstige forhold for forekomsten af luftspejlinger. Luftens massefylde falder, når dens temperatur stiger, og omvendt. Og som du ved, jo tættere luften er, jo bedre bryder den lyset. De stråler, der falder fra himlen, har et blåt spektrum, og nogle af dem brydes, mens andre når menneskesyn og danner det samlede billede af den synlige himmel. Den del af strålerne, der brydes, når jorden foran personen, og når den brydes på overfladen, falder den også ind i personens synsfelt. Vi ser disse stråler i det blå spektrum, hvorfor det ser ud til, at der er en blå vandmasse foran os. Dette indtryk forstærkes af den opvarmede luft, der oscillerer foran os.
Hvis et fatamorgana dukker op over havets overflade, så sker alt præcis det modsatte. Nedenfor, over vandoverfladen, er lufttemperaturen lavere, og med højden er den højere. Med denne kombination af omstændigheder opstår der øvre luftspejlinger, hvor vi observerer billedet af et eller andet objekt på himlen.
Regnbue.
Regnbuen er et smukt himmelfænomen, der altid har tiltrukket sig menneskelig opmærksomhed. I tidligere tider, hvor folk stadig vidste meget lidt om verden omkring dem, blev regnbuen betragtet som et "himmelsk tegn". Så de gamle grækere troede, at hundrede regnbuer var gudinden Iris' smil. En regnbue observeres i den modsatte retning af Solen, på baggrund af regnskyer eller regn. En flerfarvet bue er normalt placeret i en afstand af 1-2 km fra observatøren, nogle gange kan den observeres i en afstand på 2-3 m på baggrund af vanddråber dannet af springvand eller vandspray. Regnbuen har syv primærfarver, der skifter jævnt fra den ene til den anden.
Parhelia.
"Parhelium" oversat fra græsk betyder "falsk sol." Dette er en form for glorie på himlen, hvor der observeres et eller flere ekstra billeder af Solen, placeret i samme højde over horisonten som den rigtige Sol. Millioner af iskrystaller med lodret overflade, der reflekterer Solen, og danner dette smukke fænomen.
Parhelia kan observeres i roligt vejr med en lav position af Solen, når et betydeligt antal prismer er placeret i luften, så deres hovedakser er lodrette, og prismerne langsomt falder ned som små faldskærme. I dette tilfælde kommer det skarpeste brudte lys ind i øjet i en vinkel på 220 fra ansigterne placeret lodret og skaber lodrette søjler på begge sider af Solen langs horisonten. Disse søjler kan være særligt lyse nogle steder, hvilket giver indtryk af en falsk sol.
Auroras
Et af naturens smukkeste optiske fænomener er nordlys. Det er umuligt at formidle med ord skønheden i nordlyset, iriserende, flimrende, flammende mod baggrunden af den mørke nattehimmel på de polare breddegrader.
I de fleste tilfælde har nordlys en grøn eller blågrøn nuance med lejlighedsvise pletter eller en kant af pink eller rød.
Auroraen er synlig fra rummet. Og det er ikke kun synligt, men synligt meget bedre end fra Jordens overflade, da hverken solen eller skyerne eller den forvrængende indflydelse fra de lavere tætte lag af atmosfæren forstyrrer observationen af nordlyset i rummet. Ifølge astronauten, fra ISS-kredsløbet, ligner nordlyset enorme grønne, konstant bevægende amøber.
Aurora kan holde i dagevis. Eller måske bare et par ti minutter.
Aurora kan observeres ikke kun på Jorden. Det menes, at atmosfæren på andre planeter (for eksempel Venus) også har evnen til at generere nordlys. Naturen af nordlys på Jupiter og Saturn, ifølge de seneste videnskabelige data, ligner arten af deres terrestriske modstykker.
En person støder konstant på lysfænomener. Alt, hvad der er forbundet med lysets fremkomst, dets udbredelse og interaktion med stof kaldes lysfænomener. Levende eksempler optiske fænomener kan være: en regnbue efter regn, lyn under et tordenvejr, glimt af stjerner på nattehimlen, lysets spil i en vandstrøm, havets og himlens variation og mange andre.
Skolebørn får en videnskabelig forklaring på fysiske fænomener og optiske eksempler i 7. klasse, når de begynder at læse fysik. For mange vil optik blive det mest fascinerende og mystiske afsnit i skolens fysikpensum.
Hvad ser en person?
Menneskelige øjne er designet på en sådan måde, at han kun kan opfatte regnbuens farver. I dag er det allerede kendt, at regnbuens spektrum ikke er begrænset til rød på den ene side og violet på den anden. Efter rød kommer infrarød, efter viol kommer ultraviolet. Mange dyr og insekter er i stand til at se disse farver, men mennesker kan desværre ikke. Men en person kan skabe enheder, der modtager og udsender lysbølger af passende længde.
Brydning af stråler
Synligt lys er en regnbue af farver og lys hvid, for eksempel, solrig, er en simpel kombination af disse farver. Hvis du placerer et prisme i en stråle af skarpt hvidt lys, vil det bryde ned i de farver eller bølgelængder, som det er sammensat af. Rød med længere bølgelængde vil først fremstå, derefter orange, gul, grøn, blå og til sidst violet, som har den korteste bølgelængde i synligt lys.
Hvis du tager endnu et prisme for at fange regnbuens lys og vender det på hovedet, vil det smelte alle farverne sammen til hvidt. Der er mange eksempler på optiske fænomener i fysik, lad os overveje nogle af dem.
Hvorfor er himlen blå?
Unge forældre er ofte forvirrede over de enkleste, ved første øjekast, spørgsmål om deres små hvorfor. Nogle gange er de sværest at svare på. Næsten alle eksempler på optiske fænomener i naturen kan forklares af moderne videnskab.
Sollyset, der oplyser himlen om dagen, er hvidt, hvilket i teorien betyder, at himlen også skal være lysende hvid. For at det skal se blåt ud, er nogle processer nødvendige med lyset, når det passerer gennem jordens atmosfære. Her er, hvad der sker: Noget af lyset passerer gennem det frie rum mellem gasmolekyler i atmosfæren, når jordens overflade og forbliver den samme hvide farve, som da det startede. Men sollys møder gasmolekyler, der ligesom ilt absorberes og derefter spredes i alle retninger.
Atomerne i gasmolekylerne aktiveres af det lys, de absorberer og udsender igen fotoner af lys i bølgelængder fra rød til violet. Således rettes noget af lyset mod jorden, resten sendes tilbage til Solen. Lysstyrken af det udsendte lys afhænger af farven. Otte fotoner af blåt lys frigives for hver foton af rødt lys. Derfor er blåt lys otte gange stærkere end rødt. Intens blåt lys udsendes fra alle retninger fra milliarder af gasmolekyler og når vores øjne.
Flerfarvet bue
Engang troede folk, at regnbuer var tegn sendt til dem af guderne. Smukke flerfarvede bånd dukker nemlig altid op på himlen ud af ingenting, og forsvinder derefter på lige så mystisk vis. I dag ved vi, at en regnbue er et af eksemplerne på optiske fænomener i fysikken, men vi holder aldrig op med at beundre den, hver gang vi ser den på himlen. Det interessante er, at hver observatør ser en anden regnbue, skabt af lysstrålerne, der kommer bagfra og fra regndråberne foran ham.
Hvad er regnbuer lavet af?
Opskriften på disse optiske fænomener i naturen er enkel: vanddråber i luften, lys og en iagttager. Men det er ikke nok, at solen kommer frem, når det regner. Det skal være lavt, og iagttageren skal stå, så solen er bag sig, og se på det sted, hvor det regner eller lige har regnet.
En solstråle, der kommer fra det fjerne rum, fanger en regndråbe. En regndråbe, der fungerer som et prisme, bryder hver farve skjult i det hvide lys. Når en hvid stråle passerer gennem en regndråbe, splittes den således pludselig i smukke flerfarvede stråler. Inde i dråben møder de dens indervæg, der fungerer som et spejl, og strålerne reflekteres i samme retning, hvorfra de kom ind i dråben.
Slutresultatet er, at øjnene ser en regnbue af farver, der buer sig hen over himlen - lys bøjet og reflekteret af millioner af små regndråber. De kan fungere som små prismer, der deler hvidt lys i et spektrum af farver. Men regn er ikke altid nødvendigt for at se en regnbue. Lys kan også brydes af tåge eller havdampe.
Hvilken farve har vandet?
Svaret er indlysende - vandet er blåt. Hvis du hælder rent vand i et glas, vil alle se dets gennemsigtighed. Det skyldes, at der er for lidt vand i glasset, og farven er for bleg til at se.
Når du fylder en stor glasbeholder, kan du se vandets naturlige blå nuance. Dens farve afhænger af, hvordan vandmolekylerne absorberer eller reflekterer lys. Hvidt lys består af en regnbue af farver, og vandmolekyler absorberer de fleste af farverne i det røde til grønne spektrum, der passerer gennem dem. Og den blå del reflekteres tilbage. Så vi ser blå.
Solopgange og solnedgange
Dette er også eksempler på optiske fænomener, som mennesker observerer hver dag. Når solen står op og går ned, retter den sine stråler i en vinkel til det sted, hvor observatøren befinder sig. De har en længere vej, end når solen er i zenit.
Luftlag over jordens overflade indeholder ofte en masse støv eller mikroskopiske fugtpartikler. Solens stråler passerer i en vinkel til overfladen og filtreres. Røde stråler har den længste bølgelængde af stråling og trænger derfor lettere ned til jorden end blå stråler, som har korte bølger, der reflekteres af støv- og vandpartikler. Derfor observerer en person i løbet af morgen- og aftengryet kun en del af solens stråler, der når jorden, nemlig røde.
Planet lysshow
Et typisk nordlys er en farverig lysvisning på nattehimlen, der kan ses hver nat på Nordpolen. Skiftende i bizarre former når enorme bånd af blågrønt lys med orange og røde pletter nogle gange mere end 160 km i bredden og kan strække sig 1.600 km i længden.
Hvordan forklarer man dette optiske fænomen, som er sådan et betagende skue? Auroras vises på Jorden, men de er forårsaget af processer, der finder sted på den fjerne Sol.
Hvordan går alting?
Solen er en enorm kugle af gas, der hovedsageligt består af brint- og heliumatomer. De har alle protoner med en positiv ladning og elektroner med en negativ ladning, der kredser omkring dem. En glorie af varm gas spreder sig konstant ud i rummet i form solvind. Dette utallige antal protoner og elektroner skynder sig med en hastighed på 1000 km i sekundet.
Når solvindpartikler når Jorden, tiltrækkes de af en stærk magnetisk felt planeter. Jorden er en gigantisk magnet med magnetiske linjer, der konvergerer på Nord- og Sydpolen. De tiltrukne partikler strømmer langs disse usynlige linjer nær polerne og kolliderer med de nitrogen- og oxygenatomer, der udgør Jordens atmosfære.
Nogle af jordens atomer mister deres elektroner, andre lades med ny energi. Efter at have kollideret med protoner og elektroner fra Solen, frigiver de fotoner af lys. For eksempel tiltrækker nitrogen, der har mistet elektroner, violet og blåt lys, mens ladet nitrogen lyser mørkerødt. Opladet ilt afgiver grønt og rødt lys. Ladede partikler får således luften til at flimre i mange farver. Dette er nordlys.
Mirages
Det bør straks fastslås, at luftspejlinger ikke er et opdigtet menneskelig fantasi, de kan endda fotograferes, de er næsten mystiske eksempler på optiske fysiske fænomener.
Der er mange beviser for observation af luftspejlinger, men videnskaben kan give en videnskabelig forklaring på dette mirakel. De kan være så enkle som en plet vand blandt det varme sand, eller de kan være forbløffende komplekse og konstruere visioner af søjlehængende slotte eller fregatter. Alle disse eksempler på optiske fænomener er skabt af lys og lufts spil.
Lysbølger bøjer sig, når de passerer gennem først varm og derefter kold luft. Varm luft mere sjældent end koldt, så dets molekyler er mere aktive og spredes over længere afstande. Når temperaturen falder, falder molekylernes bevægelse også.
Syner set gennem linserne af jordens atmosfære kan være meget ændret, komprimeret, udvidet eller omvendt. Dette skyldes, at lysstråler bøjes, når de passerer gennem varm og derefter kold luft, og omvendt. Og de billeder, som lysstrømmen fører med sig, for eksempel himlen, kan reflekteres på det varme sand og virke som et stykke vand, der altid bevæger sig væk, når man nærmer sig.
Oftest kan luftspejlinger observeres på lange afstande: i ørkener, have og oceaner, hvor varme og kolde luftlag med forskellige tætheder. Det er passagen gennem forskellige temperaturlag, der kan vride lysbølgen og i sidste ende resultere i et syn, der er en afspejling af noget og præsenteres af fantasien som et virkeligt fænomen.
Halo
For de fleste optiske illusioner, der kan observeres med det blotte øje, er forklaringen sollysets brydning i atmosfæren. Et af de mest usædvanlige eksempler på optiske fænomener er solhaloen. Grundlæggende er en glorie en regnbue omkring solen. Den adskiller sig dog fra en almindelig regnbue både i udseende og i dens egenskaber.
Dette fænomen har mange varianter, som hver især er smukke på sin egen måde. Men for at enhver form for optisk illusion skal opstå, er visse betingelser nødvendige.
En glorie dukker op på himlen, når flere faktorer er sammenfaldende. Oftest kan det ses i frostvejr hvornår høj luftfugtighed. Der er et stort antal iskrystaller i luften. På vej gennem dem brydes sollys på en sådan måde, at det danner en bue omkring Solen.
Og selvom de sidste 3 eksempler på optiske fænomener let kan forklares moderne videnskab, for den almindelige iagttager forbliver de ofte mystiske og gådefulde.
Efter at have undersøgt de vigtigste eksempler på optiske fænomener, kan vi trygt tro, at mange af dem kan forklares af moderne videnskab på trods af deres mystik og mystik. Men videnskabsmænd har stadig en masse opdagelser forude, spor til de mystiske fænomener, der opstår på planeten Jorden og videre.
Atmosfæren på vores planet er et ret interessant optisk system, hvis brydningsindeks falder med højden på grund af et fald i lufttætheden. Således, jordens atmosfære kan betragtes som en "linse" af gigantisk størrelse, der gentager Jordens form og har et monotont skiftende brydningsindeks.
Denne omstændighed fører til fremkomsten af en helhed en række optiske fænomener i atmosfæren, forårsaget af brydning (refraktion) og refleksion (refleksion) af stråler i den.
Lad os overveje nogle af de mest betydningsfulde optiske fænomener i atmosfæren.
Atmosfærisk brydning
Atmosfærisk brydning- fænomen krumning lysstråler, når lys passerer gennem atmosfæren.
Med højden falder luftens densitet (og derfor brydningsindekset). Lad os forestille os, at atmosfæren består af optisk homogene vandrette lag, hvis brydningsindeks varierer fra lag til lag (fig. 299).
Ris. 299. Ændring i brydningsindekset i Jordens atmosfære
Når en lysstråle udbreder sig i et sådant system, vil den i overensstemmelse med brydningsloven blive "trykket" vinkelret på laggrænsen. Men atmosfærens tæthed falder ikke brat, men kontinuerligt, hvilket fører til en jævn krumning og rotation af strålen med en vinkel α, når den passerer gennem atmosfæren.
Som et resultat af atmosfærisk brydning ser vi Månen, Solen og andre stjerner lidt højere, end hvor de faktisk er.
Af samme grund øges dagens længde (på vores breddegrader med 10-12 minutter), og Månens og Solens skiver i horisonten skrumper. Interessant nok er den maksimale brydningsvinkel 35" (for genstande nær horisonten), hvilket overstiger det synlige vinkelstørrelse Sol (32").
Af denne kendsgerning følger: i det øjeblik, hvor vi ser, at stjernens nederste kant har rørt horisontlinjen, er solskiven faktisk allerede under horisonten (fig. 300).
Ris. 300. Atmosfærisk brydning af stråler ved solnedgang
Blinkende stjerner
Blinkende stjerner også relateret til astronomisk brydning af lys. Det har længe været bemærket, at flimren er mest mærkbar i stjerner placeret nær horisonten. Luftstrømme i atmosfæren ændrer luftens tæthed over tid, hvilket fører til den tilsyneladende flimren af himmellegemet. Astronauter i kredsløb observerer ingen flimren.
Mirages
I varme ørken- eller steppeområder og i polære områder fører stærk opvarmning eller afkøling af luft nær jordens overflade til udseendet luftspejlinger: Takket være strålernes krumning bliver genstande, der faktisk er placeret langt ud over horisonten, synlige og fremstår tæt på.
Undertiden lignende fænomen ringede terrestrisk brydning. Forekomsten af luftspejlinger forklares ved afhængigheden af luftens brydningsindeks af temperaturen. Der er ringere og overlegne luftspejlinger.
Inferiør Mirages kan ses på en varm sommerdag på en godt opvarmet asfaltvej: Det ser ud til, at der er vandpytter forude, som faktisk ikke er der. I dette tilfælde tager vi for "pytter" den spejlende refleksion af stråler fra ikke-ensartet opvarmede luftlag, der er placeret tæt på den "varme" asfalt.
Øvre luftspejlinger De er kendetegnet ved betydelig mangfoldighed: i nogle tilfælde giver de et direkte billede (fig. 301, a), i andre - et omvendt billede (fig. 301, b), de kan være dobbelte og endda tredobbelte. Disse funktioner er forbundet med forskellige afhængigheder af lufttemperatur og brydningsindeks på højden.
Ris. 301. Dannelse af luftspejlinger: a - direkte fatamorgana; b - omvendt fatamorgana
Regnbue
Atmosfærisk nedbør fører til fremkomsten af spektakulære optiske fænomener i atmosfæren. Under regnen er formationen således et fantastisk og uforglemmeligt syn regnbuer, hvilket forklares ved fænomenet forskellig brydning (spredning) og refleksion af solstråler på de mindste dråber i atmosfæren (fig. 302).
Ris. 302. Dannelse af en Regnbue
I særligt vellykkede tilfælde kan vi se flere regnbuer på én gang, hvor rækkefølgen af farverne er omvendt.
Lysstrålen involveret i dannelsen af en regnbue gennemgår to brydninger og flere refleksioner i hver regndråbe. I dette tilfælde, lidt forenkling af mekanismen for regnbuedannelse, kan vi sige, at sfæriske regndråber spiller rollen som et prisme i Newtons eksperiment om nedbrydning af lys til et spektrum.
På grund af rumlig symmetri er regnbuen synlig i form af en halvcirkel med en åbningsvinkel på omkring 42°, mens observatøren (Fig. 303) skal være mellem Solen og regndråber, med ryggen mod Solen.
Variationen af farver i atmosfæren forklares af mønstre lysspredning på partikler af forskellig størrelse. På grund af det faktum, at blå farve er spredt kraftigere end rød, ser vi i løbet af dagen, når solen står højt over horisonten, himlen blå. Af samme grund bliver Solen i nærheden af horisonten (ved solnedgang eller solopgang) rød og ikke så lys som ved zenit. Fremkomsten af farvede skyer er også forbundet med spredning af lys af partikler af forskellige størrelser i skyen.
Litteratur
Zhilko, V.V. Fysik: lærebog. tillæg til 11. klasse. almen uddannelse institutioner med russisk sprog uddannelse med en 12-årig studieperiode (basis og videregående) / V.V. Zhilko, L.G. Markovich. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - s. 334-337.
