Variasjonen av optiske fenomener i atmosfæren skyldes av ulike grunner. De vanligste fenomenene inkluderer lyn og de svært pittoreske nordlige og sørlige nordlysene. I tillegg er regnbuen, glorie, parhelium (falsk sol) og buer, korona, glorier og Brocken-spøkelser, mirages, St. Elmo-ild, lysende skyer, grønne og crepuskulære stråler spesielt interessante. Regnbuen er det vakreste atmosfæriske fenomenet. Vanligvis er dette en enorm bue som består av flerfargede striper, observert når solen bare lyser opp en del av himmelen og luften er mettet med vanndråper, for eksempel under regn. De flerfargede buene er ordnet i en spektralsekvens (rød, oransje, gul, grønn, blå, indigo, fiolett), men fargene er nesten aldri rene fordi stripene overlapper hverandre. Som regel varierer de fysiske egenskapene til regnbuer betydelig, og derfor utseende de er veldig forskjellige. Deres fellestrekk er at sentrum av buen alltid er plassert på en rett linje trukket fra solen til observatøren. en lava regnbue er en bue som består av de fleste sterke farger- rød på utsiden og lilla på innsiden. Noen ganger er bare én bue synlig, men ofte med utenfor Hovedregnbuen fremstår som en sekundær. Den har ikke så lyse farger som den første, og de røde og lilla stripene i den bytter plass: den røde er plassert med innsiden.

Dannelsen av hovedregnbuen forklares av dobbel brytning og enkel intern refleksjon av sollysstråler. Når den trenger inn i en vanndråpe (A), brytes en lysstråle og brytes ned, som om den passerer gjennom et prisme. Deretter når den den motsatte overflaten av dråpen, reflekteres fra den og lar dråpen stå utenfor. I dette tilfellet brytes lysstrålen en gang til før den når observatøren. Den originale hvite strålen dekomponeres til stråler forskjellige farger med en divergensvinkel på 2?. Når en sekundær regnbue dannes, oppstår dobbel brytning og dobbel refleksjon av solstrålene. I dette tilfellet brytes lyset, trenger inn i dråpen gjennom dens nedre del og reflekteres fra indre overflate faller først ved punkt B, deretter ved punkt C. Ved punkt D brytes lyset, slik at dråpen går mot observatøren. Når regn eller spray danner en regnbue, oppnås den fulle optiske effekten ved den kombinerte effekten av alle vanndråpene som krysser overflaten av regnbuekjeglen med observatøren på toppen. Rollen til hver dråpe er flyktig. Overflaten på regnbuekjeglen består av flere lag. Når du raskt krysser dem og passerer gjennom en rekke kritiske punkter, bryter hver dråpe øyeblikkelig ned solstrålen i hele spekteret i en strengt definert sekvens - fra rød til lilla . Mange dråper skjærer overflaten av kjeglen på samme måte, slik at regnbuen fremstår for observatøren som kontinuerlig både langs og på tvers av buen. Haloer er hvite eller iriserende lysbuer og sirkler rundt skiven til solen eller månen. De oppstår på grunn av brytning eller refleksjon av lys av is- eller snøkrystaller i atmosfæren. Krystallene som danner glorie er plassert på overflaten av en tenkt kjegle med en akse rettet fra observatøren (fra toppen av kjeglen) til solen. Atmosfæren kan under visse forhold være mettet med små krystaller, hvor mange av ansiktene danner en rett vinkel med planet som går gjennom solen, observatøren og disse krystallene. Slike ansikter reflekterer innkommende lysstråler med et avvik på 22?, og danner en glorie som er rødlig på innsiden, men den kan også bestå av alle farger i spekteret. Mindre vanlig er en halo med en vinkelradius på 46°, plassert konsentrisk rundt en 22° halo. Dens indre side har også en rødlig fargetone. Årsaken til dette er også lysbrytningen, som i dette tilfellet skjer på kantene av krystallene som danner rette vinkler. Bredden på ringen til en slik halo overstiger 2,5?. Både 46-graders og 22-graders glorier har en tendens til å være lysest på toppen og bunnen av ringen. Den sjeldne 90-graders haloen er en svakt lysende, nesten fargeløs ring som deler et felles senter med to andre glorier. Hvis den er farget, vil den ha en rød farge på utsiden av ringen. Mekanismen som denne typen halo vises med er ikke fullt ut forstått. Parhelia og buer. Den parheliske sirkelen (eller sirkelen av falske soler) er en hvit ring sentrert ved senitpunktet, som passerer gjennom solen parallelt med horisonten. Årsaken til dannelsen er refleksjon av sollys fra kantene på overflatene til iskrystaller. Hvis krystallene er tilstrekkelig jevnt fordelt i luften, blir en hel sirkel synlig. Parhelia, eller falske soler, er sterkt lysende flekker som minner om solen, som er dannet ved skjæringspunktene til parhelisk sirkel med en glorie med vinkelradier på 22?, 46? og 90?. Det hyppigst forekommende og lyseste parheliet dannes i skjæringspunktet med 22-graders haloen, vanligvis farget i nesten alle regnbuens farger. Falske soler i kryss med 46- og 90-graders glorier observeres mye sjeldnere. Parhelia som oppstår i kryss med 90-graders glorier kalles paranthelia, eller falske motsoler. Noen ganger er også et antelium (anti-sol) synlig - et lyspunkt som ligger på parhelringen nøyaktig motsatt Solen. Det antas at årsaken til dette fenomenet er den doble indre refleksjonen av sollys. Den reflekterte strålen følger samme vei som den innfallende strålen, men i motsatt retning. Nær-zenitbuen, noen ganger feilaktig kalt den øvre tangentbuen til 46-graders haloen, er en bue på 90? eller mindre, sentrert ved senitpunktet, som ligger omtrent 46° over solen. Den er sjelden synlig og bare i noen få minutter, har lyse farger, med den røde fargen begrenset til yttersiden av buen. Nær-zenit-buen er bemerkelsesverdig for sin farge, lysstyrke og klare konturer. En annen interessant og svært sjelden optisk effekt av halotypen er Lowitz-buen. De oppstår som en fortsettelse av parhelia i skjæringspunktet med 22-graders glorie, strekker seg fra yttersiden av glorien og er lett konkave mot solen. Søyler med hvitaktig lys, som forskjellige kors, er noen ganger synlige ved daggry eller skumring, spesielt i polarområdene, og kan følge både solen og månen. Noen ganger observeres måneglorier og andre effekter som ligner på de som er beskrevet ovenfor, med den vanligste måneglorien (en ring rundt månen) som har en vinkelradius på 22?. Akkurat som falske soler, kan falske måner oppstå. Koronaer, eller kroner, er små konsentriske ringer av farger rundt solen, månen eller andre lyse gjenstander som observeres fra tid til annen når lyskilden er bak gjennomskinnelige skyer. Koronaens radius er mindre enn radiusen til haloen og er ca. 1-5?, er den blå eller fiolette ringen nærmest Solen. En korona oppstår når lys spres av små vanndråper og danner en sky. Noen ganger vises koronaen som en lysende flekk (eller halo) som omgir solen (eller månen), som ender i en rødlig ring. I andre tilfeller er minst to konsentriske ringer med større diameter, svært svakt farget, synlige utenfor glorien. Dette fenomenet er ledsaget av regnbueskyer. Noen ganger har kantene på veldig høye skyer lyse farger. Gloria (glorier). Under spesielle forhold, uvanlig atmosfæriske fenomener. Hvis solen er bak observatøren, og dens skygge projiseres på nærliggende skyer eller en tåkegardin, under en viss tilstand av atmosfæren rundt skyggen av en persons hode, kan du se en farget lysende sirkel - en glorie. Vanligvis dannes en slik halo på grunn av refleksjon av lys fra duggdråper på en gresskledd plen. Gloriaer finnes også ganske ofte rundt skyggen som kastes av flyet på de underliggende skyene. Ghosts of Brocken. I noen områder av kloden, når skyggen til en observatør som befinner seg på en høyde ved soloppgang eller solnedgang faller bak ham på skyer som befinner seg i kort avstand, avsløres en slående effekt: skyggen får kolossale dimensjoner. Dette oppstår på grunn av refleksjon og brytning av lys av små vanndråper i tåken. Det beskrevne fenomenet kalles «Ghost of Brocken» etter toppen i Harz-fjellene i Tyskland. Mirages er en optisk effekt forårsaket av lysbrytning når den passerer gjennom luftlag med forskjellige tettheter og uttrykt i utseendet til et virtuelt bilde. I dette tilfellet kan fjerne objekter se ut til å være hevet eller senket i forhold til deres faktiske posisjon, og kan også være forvrengt og anta uregelmessige, fantastiske former. Mirages er ofte observert i varmt klima, for eksempel over sandsletter. Mindre luftspeilinger er vanlige, når de er fjerne, nesten Glatt overflateØrkenen ser ut som åpent vann, spesielt hvis den ses fra en liten høyde eller bare ligger over et lag med oppvarmet luft. Denne illusjonen oppstår vanligvis på en oppvarmet asfaltvei, som ser ut som en vannflate langt fremme. I virkeligheten er denne overflaten en refleksjon av himmelen. Under øyehøyde kan det dukke opp gjenstander i dette "vannet", vanligvis opp ned. En "luft" dannes over den oppvarmede landoverflaten. lagdelt kake", og laget nærmest bakken er det oppvarmede og er så sjeldne at lysbølger som passerer gjennom det blir forvrengt, siden forplantningshastigheten endres avhengig av mediets tetthet. De øvre luftspeilingene er mindre vanlige og mer pittoreske enn de nedre. Fjerne objekter (ofte plassert utenfor havhorisonten) vises opp ned på himmelen, og noen ganger vises også et oppreist bilde av samme objekt ovenfor. Dette fenomenet er typisk i kalde områder, spesielt når det er en betydelig temperaturinversjon, når det er et varmere luftlag over et kaldere lag. Denne optiske effekten manifesterer seg som et resultat av komplekse mønstre for forplantning av fronten av lysbølger i luftlag med inhomogen tetthet. Svært uvanlige luftspeilinger forekommer fra tid til annen, spesielt i polarområdene. Når luftspeilinger oppstår på land, er trær og andre landskapskomponenter opp ned. I alle tilfeller er gjenstander tydeligere synlige i de øvre mirage enn i de nedre. Når grensen for to luftmasser er et vertikalt plan, observeres noen ganger sidespeilinger. St. Elmo's Fire. Noen optiske fenomener i atmosfæren (for eksempel glød og det vanligste meteorologiske fenomenet - lyn) er av elektrisk natur. Mye mindre vanlige er St. Elmo's lys - lysende blekblå eller lilla børster fra 30 cm til 1 m eller mer i lengde, vanligvis på toppen av master eller endene av verft av skip til sjøs. Noen ganger ser det ut til at hele riggen på skipet er dekket med fosfor og gløder. St. Elmo's Fire dukker noen ganger opp på fjelltopper, så vel som på spirene og skarpe hjørner av høye bygninger. Dette fenomenet representerer elektriske børsteutladninger i endene av elektriske ledere når spenningen i atmosfæren rundt dem øker kraftig. elektrisk felt. Will-o'-the-wisps er en svak blåaktig eller grønnaktig glød som noen ganger observeres i sumper, kirkegårder og krypter. De ser ofte ut som en stearinlysflamme hevet omtrent 30 cm over bakken, som brenner stille, gir ingen varme, og svever et øyeblikk over gjenstanden. Lyset virker fullstendig unnvikende, og når observatøren nærmer seg, ser det ut til at det beveger seg til et annet sted. Årsaken til dette fenomenet er nedbryting av organiske rester og spontan forbrenning av sumpgass metan (CH 4) eller fosfin (PH 3). Will-o'-the-wisps har forskjellige former, noen ganger til og med sfæriske. Grønn stråle - et glimt av smaragdgrønt sollys i øyeblikket når den siste solstrålen forsvinner bak horisonten. Den røde komponenten av sollys forsvinner først, alle de andre følger i rekkefølge, og den siste som er igjen er smaragdgrønn. Dette fenomenet oppstår bare når bare kanten av solskiven forblir over horisonten, ellers oppstår en blanding av farger. Crepuskulære stråler er divergerende stråler av sollys som blir synlige på grunn av deres belysning av støv i de høye lagene av atmosfæren. Skyggenes skygger danner mørke striper, og stråler sprer seg mellom dem. Denne effekten oppstår når solen står lavt i horisonten før daggry eller etter solnedgang.

I gamle tider skremte luftspeilinger, nordlys, mystiske glødende lys og balllyn overtroiske mennesker. I dag har forskere klart å avdekke hemmelighetene til disse mystiske fenomener, forstå arten av deres forekomst.

Fenomener knyttet til refleksjon av sollys

Alle har sett mange ganger hvordan, etter regn eller nær en stormfull vannbekk, dukker det opp en farget bro på himmelen - en regnbue. Regnbuen skylder fargene sine til solens stråler og dråper av fuktighet suspendert i luften. Når lys treffer en vanndråpe, ser det ut til at den deler seg i ulike farger. I de fleste tilfeller reflekterer dråpen lyset bare én gang, men noen ganger reflekterer lyset fra dråpen to ganger. Så blinker to regnbuer på himmelen.

Mange ørkenreisende har vært vitne til et annet atmosfærisk fenomen, luftspeilingen. Midt i ørkenen dukket det opp en oase med palmer, en campingvogn eller et skip beveget seg over himmelen. Dette skjer når varm luft over overflaten stiger. Dens tetthet begynner å øke med høyden. Da kan bildet av et fjerntliggende objekt sees over dets faktiske posisjon.

I frostvær vises uttalte halo-ringer rundt solen og lupus. De dannes når lys reflekteres av iskrystaller som er ganske høye i atmosfæren, for eksempel cirrusskyer. På innsiden kan haloen ha en lys farge og en rødlig fargetone. Iskrystaller reflekterer noen ganger så bisarrt sollys at andre illusjoner dukker opp på himmelen: to soler, vertikale søyler av lys eller solbuer. Rundt solen og månen dannes det noen ganger glorier - kroner. Kronene ser ut som flere ringer nestet inni hverandre. De forekommer i altocumulus og altostratus skyer. En fargekrone kan vises rundt et skyggekast, for eksempel av et fly på de underliggende skyene.

Fenomener knyttet til elektrisitet

Små partikler fra verdensrommet faller ofte ned i de øvre lagene. På grunn av deres kollisjon med partikler av gasser og støv, dukker nordlyset opp - en glød fra himmelen med blink på de polare breddegrader på den nordlige og sørlige halvkule. Formene og fargene til nordlyset er varierte. Dens varighet kan variere fra titalls minutter til flere dager.

Dråper og iskrystaller som beveger seg i cumulonimbusskyer akkumulerer elektriske ladninger. Dette fører til at en gigantisk gnist dukker opp mellom skyene eller mellom skyen og bakken - lyn, som er ledsaget av torden. Akkumuleringen av elektrisitet i atmosfæren danner noen ganger en lysende ball med en diameter på titalls centimeter - dette er balllyn. Den beveger seg med luftens bevegelse og kan eksplodere ved kontakt med individuelle gjenstander, spesielt metallgjenstander. Etter å ha penetrert huset, beveger balllyn seg raskt gjennom rommet, og etterlater seg svidde områder. Kulelyn kan forårsake alvorlige brannskader og død. En eksakt forklaring på arten av dette fenomenet finnes ennå ikke.

Et annet fenomen knyttet til atmosfærens elektriske glød er St. Elmos brann. Denne gløden kan observeres i tordenvær på høye tårnspir, samt rundt skipsmaster. Det skremte overtroiske sjømenn, som anså det som et dårlig tegn.

Utarbeidet av en elev i klasse 11 "B"

Lukyanenko Anastasia

Optiske fenomener i atmosfæren

Mirages

Det er tre klasser av luftspeilinger. Den første klassen er de lavere luftspeilinger. Med denne typen luftspeiling, Nedre delørkener, dvs. en liten stripe sand blir optisk til en slags dam. Dette kan sees om det er et nivå over dette bandet. Slike luftspeilinger er de vanligste. Den andre typen luftspeilinger er overlegne luftspeilinger. Dette er et sjeldnere fenomen, og også mindre pittoresk. Overlegne luftspeilinger vises på store avstander og i store høyder over horisonten. Den tredje klassen av luftspeilinger trosser enhver forklaring, og i mange år har forskere lurt på løsningen på dette mysteriet.

Hva er årsaken til utseendet til slike fantastiske fenomener? Dette skjer takket være de fantastiske lekene av lys og luft. Slik forstår du det. Når lufttemperaturen er ganske høy, og den er høyere ved jordoverflaten enn i høyere lag, gunstige forhold for forekomsten av luftspeilinger. Luftens tetthet avtar når temperaturen øker, og omvendt. Og som du vet, jo tettere luften er, jo bedre bryter den lyset. Strålene som faller fra himmelen har et blått spektrum, og noen av dem brytes, mens andre når menneskesyn og danner helhetsbildet av den synlige himmelen. Den delen av strålene som brytes når bakken foran personen, og som brytes på overflaten faller også inn i personens synsfelt. Vi ser disse strålene i det blå spekteret, og det er derfor det ser ut til at det er en blå vannmasse foran oss. Dette inntrykket forsterkes av den oppvarmede luften som oscillerer foran oss.

Hvis en luftspeiling dukker opp over havoverflaten, skjer alt akkurat det motsatte. Under, over vannoverflaten, er lufttemperaturen lavere, og med høyden er den høyere. Med denne kombinasjonen av omstendigheter oppstår øvre luftspeilinger, der vi observerer bildet av et eller annet objekt på himmelen.

Regnbue.

Regnbuen er et vakkert himmelfenomen som alltid har tiltrukket seg menneskelig oppmerksomhet. I tidligere tider, da folk fremdeles visste veldig lite om verden rundt dem, ble regnbuen ansett som et «himmelsk tegn». Så de gamle grekerne trodde at hundre regnbuer var smilet til gudinnen Iris. En regnbue observeres i motsatt retning av solen, mot bakgrunn av regnskyer eller regn. En flerfarget bue er vanligvis plassert i en avstand på 1-2 km fra observatøren, noen ganger kan den observeres i en avstand på 2-3 m mot bakgrunnen av vanndråper dannet av fontener eller vannspray. Regnbuen har syv primærfarger, som går jevnt over fra den ene til den andre.

Parhelia.

"Parhelium" oversatt fra gresk betyr "falsk sol." Dette er en form for halo på himmelen der ett eller flere ekstra bilder av solen er observert, plassert i samme høyde over horisonten som den virkelige solen. Millioner av iskrystaller med vertikal overflate, som reflekterer solen, og danner dette vakre fenomenet.

Parhelia kan observeres i rolig vær med lav posisjon av solen, når et betydelig antall prismer er plassert i luften slik at hovedaksene deres er vertikale, og prismene sakte faller ned som små fallskjermer. I dette tilfellet kommer det sterkeste brytningslyset inn i øyet i en vinkel på 220 fra ansiktene som er plassert vertikalt, og skaper vertikale søyler på begge sider av solen langs horisonten. Disse søylene kan være spesielt lyse noen steder, og gi inntrykk av en falsk sol.

Auroras

Et av de vakreste optiske fenomenene i naturen er nordlys. Det er umulig å formidle med ord skjønnheten til nordlyset, iriserende, flimrende, flammende mot bakgrunnen av den mørke nattehimmelen på polare breddegrader.

I de fleste tilfeller har nordlys en grønn eller blågrønn nyanse med sporadiske flekker eller en kant av rosa eller rød.

Nordlys er synlig fra verdensrommet. Og det er ikke bare synlig, men synlig mye bedre enn fra jordoverflaten, siden i verdensrommet forstyrrer verken solen eller skyene eller den forvrengende påvirkningen fra de nedre tette lagene i atmosfæren å observere nordlyset. Ifølge astronauten, fra ISS-bane, ser nordlyset ut som store grønne amøber i konstant bevegelse.

Nordlys kan vare i flere dager. Eller kanskje bare noen få titalls minutter.

Aurora kan observeres ikke bare på jorden. Det antas at atmosfæren til andre planeter (for eksempel Venus) også har evnen til å generere nordlys. Naturen til nordlyset på Jupiter og Saturn, ifølge de siste vitenskapelige dataene, ligner på naturen til deres jordiske kolleger.

En person møter konstant lysfenomener. Alt som er forbundet med fremveksten av lys, dets forplantning og interaksjon med materie kalles lysfenomener. Levende eksempler optiske fenomener kan være: en regnbue etter regn, lyn under et tordenvær, glimt av stjerner på nattehimmelen, lysspillet i en vannstrøm, variasjonen til havet og himmelen, og mange andre.

Skoleelever får en vitenskapelig forklaring på fysiske fenomener og optiske eksempler i 7. klasse, når de begynner å studere fysikk. For mange vil optikk bli den mest fascinerende og mystiske delen i skolens fysikkpensum.

Hva ser en person?

Menneskelige øyne er utformet på en slik måte at han bare kan oppfatte regnbuens farger. I dag er det allerede kjent at spekteret av regnbuen ikke er begrenset til rødt på den ene siden og fiolett på den andre. Etter rød kommer infrarød, etter fiolett kommer ultrafiolett. Mange dyr og insekter er i stand til å se disse fargene, men mennesker kan dessverre ikke det. Men en person kan lage enheter som mottar og sender ut lysbølger av passende lengde.

Refraksjon av stråler

Synlig lys er en regnbue av farger, og lys hvit, for eksempel, solrik, er en enkel kombinasjon av disse fargene. Hvis du plasserer et prisme i en stråle med sterkt hvitt lys, vil det brytes ned i fargene eller bølgelengdene det er sammensatt av. Først vil rødt med lengre bølgelengde vises, deretter oransje, gult, grønt, blått og til slutt fiolett, som har kortest bølgelengde i synlig lys.

Hvis du tar et nytt prisme for å fange lyset fra regnbuen og snur det opp ned, vil det slå sammen alle fargene til hvitt. Det er mange eksempler på optiske fenomener i fysikk; la oss vurdere noen av dem.

Hvorfor er himmelen blå?

Unge foreldre blir ofte forvirret over de enkleste spørsmålene ved første øyekast om deres små hvorfor. Noen ganger er de vanskeligst å svare på. Nesten alle eksempler på optiske fenomener i naturen kan forklares av moderne vitenskap.

Sollyset som lyser opp himmelen om dagen er hvitt, noe som betyr at himmelen i teorien også skal være lysende hvit. For at det skal se blått ut, er det nødvendig med noen prosesser med lyset når det passerer gjennom jordens atmosfære. Her er hva som skjer: Noe av lyset passerer gjennom det ledige rommet mellom gassmolekyler i atmosfæren, når jordoverflaten og forblir den samme hvite fargen som da det startet. Men sollys møter gassmolekyler, som i likhet med oksygen blir absorbert og deretter spredt i alle retninger.

Atomene i gassmolekylene aktiveres av lyset de absorberer og sender igjen ut fotoner av lys i bølgelengder fra rødt til fiolett. Dermed blir noe av lyset rettet mot jorden, resten sendes tilbake til solen. Lysstyrken til det utsendte lyset avhenger av fargen. Åtte fotoner med blått lys frigjøres for hvert foton av rødt lys. Derfor er blått lys åtte ganger sterkere enn rødt. Intens blått lys sendes ut fra alle retninger fra milliarder av gassmolekyler og når øynene våre.

Flerfarget bue

En gang i tiden trodde folk at regnbuer var tegn sendt til dem av gudene. Faktisk dukker det alltid opp vakre flerfargede bånd på himmelen fra ingensteds, og forsvinner deretter på like mystisk vis. I dag vet vi at en regnbue er et av eksemplene på optiske fenomener i fysikk, men vi slutter aldri å beundre den hver gang vi ser den på himmelen. Det interessante er at hver observatør ser en annen regnbue, skapt av lysstrålene som kommer fra bak ham og fra regndråpene foran ham.

Hva er regnbuer laget av?

Oppskriften på disse optiske fenomenene i naturen er enkel: vanndråper i luften, lys og en observatør. Men det er ikke nok at solen kommer frem når det regner. Den skal være lav, og observatøren skal stå slik at solen er bak seg, og se på stedet der det regner eller nettopp har regnet.

En solstråle som kommer fra fjerntliggende rom fanger en regndråpe. En regndråpe fungerer som et prisme og bryter hver farge som er skjult i det hvite lyset. Således, når en hvit stråle passerer gjennom en regndråpe, splittes den plutselig i vakre flerfargede stråler. Inne i dråpen møter de dens indre vegg, som fungerer som et speil, og strålene reflekteres i samme retning som de kom inn i dråpen.

Sluttresultatet er at øynene ser en regnbue av farger som buer seg over himmelen - lys bøyd og reflektert av millioner av bittesmå regndråper. De kan fungere som små prismer, og dele hvitt lys i et spekter av farger. Men regn er ikke alltid nødvendig for å se en regnbue. Lys kan også brytes av tåke eller sjødamp.

Hvilken farge har vannet?

Svaret er åpenbart - vannet er blått. Hvis du heller rent vann i et glass, vil alle se gjennomsiktigheten. Dette er fordi det er for lite vann i glasset og fargen er for blek til å se.

Når du fyller en stor glassbeholder, kan du se den naturlige blå fargen av vannet. Fargen avhenger av hvordan vannmolekylene absorberer eller reflekterer lys. Hvitt lys består av en regnbue av farger, og vannmolekyler absorberer de fleste fargene i det røde til grønne spekteret som passerer gjennom dem. Og den blå delen reflekteres tilbake. Så vi ser Blå farge.

Soloppganger og solnedganger

Dette er også eksempler på optiske fenomener som mennesker observerer hver dag. Når solen står opp og går ned, retter den strålene sine i en vinkel mot stedet der observatøren befinner seg. De har en lengre vei enn når solen er på sitt senit.

Luftlag over jordoverflaten inneholder ofte mye støv eller mikroskopiske fuktighetspartikler. Solens stråler passerer i vinkel mot overflaten og filtreres. Røde stråler har den lengste bølgelengden av stråling og trenger derfor lettere ned til bakken enn blå stråler, som har korte bølger som reflekteres av støv- og vannpartikler. Derfor, om morgenen og kvelden, observerer en person bare en del av solens stråler som når jorden, nemlig røde.

Planet lysshow

Et typisk nordlys er en fargerik visning av lys på nattehimmelen som kan sees hver natt på Nordpolen. Endre seg i bisarre former, store bånd av blågrønt lys med oransje og røde flekker når noen ganger mer enn 160 km i bredden og kan strekke seg 1600 km i lengde.

Hvordan forklare dette optiske fenomenet, som er et så fantastisk skue? Auroras vises på jorden, men de er forårsaket av prosesser som skjer på den fjerne solen.

Hvordan går det?

Solen er en enorm ball av gass som hovedsakelig består av hydrogen- og heliumatomer. De har alle protoner med positiv ladning og elektroner med negativ ladning som kretser rundt dem. En glorie av varm gass sprer seg stadig ut i rommet i form sol-vind. Dette utallige antallet protoner og elektroner suser med en hastighet på 1000 km per sekund.

Når solvindpartikler når jorden, tiltrekkes de av en sterk magnetfelt planeter. Jorden er en gigantisk magnet med magnetiske linjer som konvergerer på nord- og sørpolen. De tiltrukket partiklene strømmer langs disse usynlige linjene nær polene og kolliderer med nitrogen- og oksygenatomene som utgjør jordens atmosfære.

Noen av jordens atomer mister elektronene sine, andre lades med ny energi. Etter å ha kollidert med protoner og elektroner fra solen, frigjør de fotoner av lys. For eksempel tiltrekker nitrogen som har mistet elektroner fiolett og blått lys, mens ladet nitrogen lyser mørkerødt. Ladet oksygen gir grønt og rødt lys. Dermed får ladede partikler luften til å skimre i mange farger. Dette er nordlys.

Mirages

Det bør umiddelbart fastslås at luftspeilinger ikke er et bilde av menneskelig fantasi, de kan til og med fotograferes, de er nesten mystiske eksempler på optiske fysiske fenomener.

Det er mye bevis på observasjon av luftspeilinger, men vitenskapen kan gi en vitenskapelig forklaring på dette miraklet. De kan være så enkle som en flekk med vann blant den varme sanden, eller de kan være forbløffende komplekse, og konstruere visjoner av hengende slott eller fregatter. Alle disse eksemplene på optiske fenomener er skapt av leken mellom lys og luft.

Lysbølger bøyer seg når de passerer gjennom først varm og deretter kald luft. Varm luft mer sjeldne enn kalde, så molekylene er mer aktive og sprer seg over lengre avstander. Når temperaturen synker, avtar også bevegelsen av molekyler.

Visjoner sett gjennom linsene til jordens atmosfære kan være sterkt endret, komprimert, utvidet eller invertert. Dette er fordi lysstrålene bøyer seg når de passerer gjennom varm og deretter kald luft, og omvendt. Og de bildene som lysstrømmen bærer med seg, for eksempel himmelen, kan reflekteres på den varme sanden og virke som et stykke vann, som alltid beveger seg bort når man nærmer seg.

Oftest kan luftspeilinger observeres på lange avstander: i ørkener, hav og hav, hvor varme og kalde luftlag med forskjellige tettheter. Det er passasjen gjennom ulike temperaturlag som kan vri lysbølgen og til slutt resultere i en visjon som er en refleksjon av noe og presenteres av fantasien som et reelt fenomen.

Halo

For de fleste optiske illusjoner som kan observeres med det blotte øye, er forklaringen brytningen av sollys i atmosfæren. Et av de mest uvanlige eksemplene på optiske fenomener er solhaloen. I hovedsak er en halo en regnbue rundt solen. Imidlertid skiller den seg fra en vanlig regnbue både i utseende og i egenskapene.

Dette fenomenet har mange varianter, som hver er vakker på sin egen måte. Men for at enhver type optisk illusjon skal oppstå, er visse forhold nødvendige.

En glorie dukker opp på himmelen når flere faktorer sammenfaller. Oftest kan det sees i frostvær når høy luftfuktighet. Det er et stort antall iskrystaller i luften. På vei gjennom dem brytes sollys på en slik måte at det danner en bue rundt solen.

Og selv om de siste 3 eksemplene på optiske fenomener lett kan forklares moderne vitenskap, for den vanlige observatør forblir de ofte mystiske og gåtefulle.

Etter å ha undersøkt hovedeksemplene på optiske fenomener, kan vi trygt tro at mange av dem kan forklares av moderne vitenskap, til tross for deres mystikk og mystikk. Men forskerne har fortsatt mange oppdagelser foran seg, ledetråder til de mystiske fenomenene som oppstår på planeten Jorden og utover.

Atmosfæren på planeten vår er et ganske interessant optisk system, hvis brytningsindeks avtar med høyden på grunn av en reduksjon i lufttetthet. Dermed, jordens atmosfære kan betraktes som en "linse" av gigantisk størrelse, som gjentar jordens form og har en monotont skiftende brytningsindeks.

Denne omstendigheten fører til fremveksten av en helhet en rekke optiske fenomener i atmosfæren, forårsaket av refraksjon (refraksjon) og refleksjon (refleksjon) av stråler i den.

La oss vurdere noen av de mest betydningsfulle optiske fenomenene i atmosfæren.

Atmosfærisk brytning

Atmosfærisk brytning- fenomen krumning lysstråler når lys passerer gjennom atmosfæren.

Med høyden avtar luftens tetthet (og dermed brytningsindeksen). La oss tenke oss at atmosfæren består av optisk homogene horisontale lag, hvis brytningsindeks varierer fra lag til lag (fig. 299).

Ris. 299. Endring i brytningsindeksen i jordens atmosfære

Når en lysstråle forplanter seg i et slikt system, i samsvar med brytningsloven, vil den "presses" vinkelrett på laggrensen. Men atmosfærens tetthet avtar ikke brått, men kontinuerlig, noe som fører til en jevn krumning og rotasjon av strålen med en vinkel α når den passerer gjennom atmosfæren.

Som et resultat av atmosfærisk brytning ser vi Månen, Solen og andre stjerner litt høyere enn der de faktisk er.

Av samme grunn øker lengden på dagen (på våre breddegrader med 10-12 minutter), og skivene til Månen og Solen i horisonten krymper. Interessant nok er den maksimale brytningsvinkelen 35" (for objekter nær horisonten), som overstiger det synlige vinkelstørrelse Sol (32").

Av dette faktum følger det: i det øyeblikket vi ser at den nedre kanten av stjernen har rørt horisontlinjen, er faktisk solskiven allerede under horisonten (fig. 300).

Ris. 300. Atmosfærisk brytning av stråler ved solnedgang

Blinkende stjerner

Blinkende stjerner også relatert til astronomisk brytning av lys. Det har lenge vært bemerket at flimring er mest merkbar i stjerner som ligger nær horisonten. Luftstrømmer i atmosfæren endrer luftens tetthet over tid, noe som fører til tilsynelatende flimring av himmellegemet. Astronauter i bane observerer ingen flimring.

Mirages

I varme ørken- eller steppeområder og i polare områder fører sterk oppvarming eller avkjøling av luft nær jordoverflaten til utseendet luftspeilinger: Takket være krumningen til strålene blir objekter som faktisk befinner seg langt utenfor horisonten synlige og vises nærme.

Noen ganger lignende fenomen kalt terrestrisk brytning. Forekomsten av luftspeilinger forklares av avhengigheten av luftbrytningsindeksen av temperaturen. Det er mindreverdige og overlegne luftspeilinger.

Inferior Mirages kan sees en varm sommerdag på en godt oppvarmet asfaltvei: det ser ut til at det er vannpytter foran, som faktisk ikke er der. I dette tilfellet tar vi for "pytter" den speilende refleksjonen av stråler fra ikke-jevnt oppvarmede luftlag som ligger i nærheten av den "varme" asfalten.

Øvre luftspeilinger De er preget av betydelig mangfold: i noen tilfeller gir de et direkte bilde (fig. 301, a), i andre - et omvendt bilde (fig. 301, b), de kan være doble og til og med trippel. Disse funksjonene er assosiert med ulike avhengigheter av lufttemperatur og brytningsindeks på høyde.

Ris. 301. Dannelse av luftspeilinger: a - direkte luftspeiling; b - omvendt luftspeiling

Regnbue

Atmosfærisk nedbør fører til utseendet til spektakulære optiske fenomener i atmosfæren. Derfor, under regnet, er formasjonen et fantastisk og uforglemmelig syn regnbuer, som forklares av fenomenet forskjellig brytning (spredning) og refleksjon av solstråler på de minste dråpene i atmosfæren (fig. 302).

Ris. 302. Dannelse av en regnbue

I spesielt vellykkede tilfeller kan vi se flere regnbuer samtidig, rekkefølgen på fargene er omvendt.

Lysstrålen som er involvert i dannelsen av en regnbue, gjennomgår to brytninger og flere refleksjoner i hver regndråpe. I dette tilfellet, noe som forenkler mekanismen for regnbuedannelse, kan vi si at sfæriske regndråper spiller rollen som et prisme i Newtons eksperiment på dekomponering av lys til et spektrum.

På grunn av romsymmetri er regnbuen synlig i form av en halvsirkel med en åpningsvinkel på omtrent 42°, mens observatøren (Fig. 303) skal være mellom Solen og regndråpene, med ryggen mot Solen.

Variasjonen av farger i atmosfæren forklares av mønstre lysspredning på partikler av forskjellige størrelser. På grunn av det faktum at blå farge sprer seg mer enn rød, i løpet av dagen, når solen står høyt over horisonten, ser vi himmelen blå. Av samme grunn, nær horisonten (ved solnedgang eller soloppgang), blir solen rød og ikke så lys som ved senit. Utseendet til fargede skyer er også assosiert med spredning av lys av partikler av forskjellige størrelser i skyen.

Litteratur

Zhilko, V.V. Fysikk: lærebok. godtgjørelse for 11. klasse. allmennutdanning institusjoner med russisk Språk opplæring med 12 års studietid (grunnleggende og videregående) / V.V. Zhilko, L.G. Markovich. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - s. 334-337.