Kaj so svetlobni pojavi v fiziki. Edinstveni svetlobni pojavi. Fenomen v življenju
Verjetno ste že videli mavrico in morda veste, kaj je fatamorgana na vroči cesti. Nekateri smo imeli več sreče in smo naravne pojave, kot so severni sij, bele ali obrnjene mavrice in zvezdne sledi, videli na lastne oči.
V tej objavi sem izbral nekaj več kot ducat naravnih pojavov, ki nastanejo kot posledica loma ali drugega delovanja svetlobe. Skratka, to so svetlobni pojavi, ki poskrbijo za osupljive fotografije in nepozabna doživetja. 
1. Mavrična stena
Redek atmosferski pojav, znan tudi kot "ognjena mavrica", se pojavi, ko se vodoravni žarki vzhajajočega ali zahajajočega sonca lomijo skozi vodoravne ledene kristale v oblakih. Rezultat je nekakšna stena, pobarvana v različne barve mavrice. Fotografija je bila posneta na nebu Washingtona leta 2006. 
2. Halo
Sončni žarki se odbijajo od ledenih kristalov, ki se nahajajo pod kotom 22° glede na Sonce v višinskih oblakih. Različni položaji ledenih kristalov lahko povzročijo modifikacije halojev. V mrzlih dneh je mogoče opaziti učinek "diamantnega prahu", ko se sončni žarki večkrat odbijajo od ledenih kristalov. 
3. Sledi letala
Letalski izpuhi in vrtinčni tokovi na velikih višinah spremenijo delce ledu v vodo. Dolge bele proge visoko na nebu niso nič drugega kot lebdeče vodne kapljice. 
4. Krepuskularni žarki
Zahajajoči sončni žarki, ki prehajajo skozi vrzeli v oblakih, tvorijo jasno vidne posamezne žarke sončne svetlobe. Zelo pogosto lahko takšne sončne žarke vidimo v različnih znanstvenofantastičnih filmih. Ta fotografija je bila posneta v enem od nacionalnih parkov v Utahu. 
5. Severni sij
Severni sij ni nič drugega kot trk v zgornjih plasteh atmosfere sončnih žarkov z nabitimi delci plinov iz zemeljskega magnetnega polja. 
6. Zvezdne poti
Vizualna predstavitev rotacije Zemlje. Ta pojav je s prostim očesom neviden. Če želite dobiti takšno fotografijo, morate fotoaparat nastaviti na dolgo hitrost zaklopa. Na sliki je le edina Severnica, ki se nahaja skoraj nad Zemljino osjo, skoraj nepremična. 
7. Bela mavrica
Fotografija posneta na mostu Golden Gate v San Franciscu. Majhnost zračnih vodnih kapljic onemogoča razgradnjo sončnih žarkov na spektre barv, zato je mavrica le bela. 
8. Budova luč
Ta fotografija je bila posneta na Kitajskem. Fenomen je podoben "Ghost of Brocken". Sončni žarki se odbijajo od atmosferskih kapljic vode nad morjem, senca v sredini mavričnega kroga odbitih žarkov je senca letala. 
9. Obrnjena mavrica
Takšna nenavadna mavrica se pojavi tudi kot posledica loma sončne svetlobe skozi ledene kristale, ki se nahajajo le v določenih delih oblakov. 
10. Mirage
Zelo pogost atmosferski pojav. Opaziti ga je mogoče ne samo v puščavi, ampak tudi na cesti v soparni vročini. Ta pojav nastane kot posledica loma sončne svetlobe skozi "lečo", ki jo tvorijo plasti hladnejšega (v bližini površine zemlje) in toplejšega (ki se nahaja nad) zraka. Ta edinstvena leča odseva predmete, ki se nahajajo nad obzorjem, v tem primeru nebo. Fotografija posneta v Turingiji (Nemčija). 
11. Mavrični oblaki
Žarki zahajajočega sonca pod pravim kotom "trčijo" v vodne kapljice oblakov. Zaradi difrakcije (upogibanje vodnih kapljic zaradi sončnih žarkov) in interference sončnih žarkov (razgradnja sončnih žarkov v spektre) se lik oblaka zapolni z gradientnim polnilom, kot v Photoshopu. 
12. Izpušna sled rakete
Sled rakete Minotaur, ki so jo ameriške zračne sile izstrelile v Kaliforniji. Zračni tokovi, ki pihajo na različnih višinah z različnimi hitrostmi, povzročajo popačenje zaradi izpuhov raket. Atmosferske vodne kapljice iz stopljenih ledenih kristalov prav tako povzročijo, da se sončna svetloba razdeli v različne barve mavrice. 
13. Ghost of Brocken, Nemčija
Ta pojav se pojavi v meglenem jutru. Mavrični sončni disk se pojavi nasproti sonca kot posledica odboja sončnih žarkov od kapljic vode v megli. Nenavadna trikotna senca, ki razbija mavrični disk odbite sončne svetlobe, ni nič drugega kot projekcija zgornje površine oblakov. 
14. Zodiakalna svetloba
Zodiakalna svetloba pogosto zakrije mesečino in umetno mestno svetlobo. V mirni noči brez lune v naravi je verjetnost, da boste videli zodiakalno svetlobo, precej velika. Ta pojav opazimo kot posledico odboja sončnih žarkov od kozmičnih prašnih delcev, ki obdajajo Zemljo.
ptičji pojavi v naravi.
Pojavi, povezani z odbojem svetlobe. Predmet in njegov odsev.
To, da se pokrajina, ki se zrcali v vodi, ne razlikuje od prave, ampak je le obrnjena na glavo, še zdaleč ne drži. Če človek pozno zvečer pogleda, kako se v vodi odsevajo svetilke ali kako se odseva obala, ki se spušča k vodi, se mu bo odsev zdel skrajšan in bo popolnoma "izginil", če bo opazovalec visoko nad gladino. voda. Prav tako nikoli ne vidite odseva vrha kamna, katerega del je potopljen v vodo.
Pokrajina se opazovalcu zdi, kot da bi jo gledal s točke, ki se nahaja toliko pod gladino vode, kolikor je opazovalčevo oko nad gladino. Razlika med pokrajino in njeno podobo se manjša, ko se oko približuje vodni gladini in tudi ko se predmet oddaljuje.
Mavrica. 
Mavrica je čudovit nebesni pojav, ki že od nekdaj pritegne človeško pozornost.
Teorijo mavrice je leta 1637 prvi predlagal Rene Descartes. Mavrico je razložil kot pojav, povezan z odbojem in lomom svetlobe v dežnih kapljah.
Mavrico opazimo v smeri, ki je nasprotna Soncu, na ozadju deževnih oblakov ali dežja. Večbarvni lok se običajno nahaja na razdalji 1-2 km od opazovalca, včasih pa ga je mogoče opaziti na razdalji 2-3 m na ozadju vodnih kapljic, ki jih tvorijo fontane ali vodni pršilci.
Mavrica ima sedem osnovnih barv, ki gladko prehajajo iz ene v drugo. Vrsta loka, svetlost barv in širina prog so odvisni od velikosti vodnih kapljic in njihovega števila. Velike kapljice tvorijo ožjo mavrico, z ostro izstopajočimi barvami, majhne kapljice tvorijo zamegljen, zbledel in enakomeren bel lok. Zato je poleti po nevihti vidna svetla ozka mavrica, med katero padajo velike kapljice.
Najpogosteje vidimo eno mavrico. Pogosto so primeri, ko se na nebu istočasno pojavita dve mavrični črti, ki se nahajata ena za drugo; Opazujejo tudi še večje število nebesnih lokov – tri, štiri in celo pet hkrati.
Polarni sij.
Eden najlepših optičnih pojavov narave je polarni sij. V večini primerov ima polarni sij zelen ali modro-zelen odtenek z občasnimi pikami ali rožnato ali rdečo obrobo. Aurore opazimo v dveh glavnih oblikah - v obliki trakov in v obliki peg.
Glede na svetlost aurore jih delimo v štiri razrede, ki se med seboj razlikujejo po velikosti. Razred 1 vključuje aurore, ki so komaj opazne in so po svetlosti približno enake Mlečni cesti, medtem ko aurore razreda 4 osvetljujejo Zemljo tako močno kot polna Luna.
Svetlobni žarek v geometrijski optiki črta, po kateri se prenaša svetlobna energija. Manj jasno, a bolj jasno lahko svetlobni žarek majhne prečne velikosti imenujemo svetlobni žarek.
Koncept svetlobnega žarka je temeljni približek geometrijske optike. Ta definicija pomeni, da smer toka sevalne energije (pot svetlobnega žarka) ni odvisna od prečnih dimenzij svetlobnega žarka. Ker je svetloba valovni pojav, pride do uklona, posledično pa ozek snop svetlobe ne potuje v eno smer, temveč ima končno kotno porazdelitev.
Zakon premočrtnega širjenja svetlobe: V prozornem, homogenem mediju svetloba potuje v ravnih črtah.
V povezavi z zakonom o premočrtnem širjenju svetlobe se je pojavil pojem svetlobni žarek, ki ima geometrijski pomen črto, po kateri se svetloba širi. Svetlobni žarki končne širine imajo pravi fizični pomen. Svetlobni žarek lahko obravnavamo kot os svetlobnega žarka. Ker svetloba kot vsako sevanje prenaša energijo, lahko rečemo, da svetlobni žarek nakazuje smer prenosa energije s svetlobnim žarkom. Prav tako nam zakon o premočrtnem širjenju svetlobe omogoča razlago, kako nastanejo sončni in lunini mrki (Slika prikazuje sončni mrk. Med luninim mrkom Luna in Zemlja »zamenjata« mesti).
Svetlobna disperzija(razpad svetlobe) je pojav odvisnosti absolutnega lomnega količnika snovi od valovne dolžine (ali frekvence) svetlobe (frekvenčna disperzija) ali, kar je isto, odvisnost fazne hitrosti svetlobe v snov na valovno dolžino (ali frekvenco). Eksperimentalno ga je odkril Newton okoli leta 1672, čeprav je bil teoretično precej dobro pojasnjen veliko kasneje.
barva- kvalitativna subjektivna značilnost elektromagnetnega sevanja v optičnem območju, določena na podlagi nastajajočega fiziološkega vidnega občutka in odvisna od številnih fizičnih, fizioloških in psiholoških dejavnikov.
Občutek barve se pojavi v možganih z vzbujanjem in zaviranjem barvno občutljivih celic - receptorjev v mrežnici človeka ali druge živali, stožcev. Menijo (čeprav tega doslej nihče ni dokazal), da pri ljudeh in primatih obstajajo tri vrste stožcev, ki se razlikujejo po spektralni občutljivosti - konvencionalno "rdeče", konvencionalno "zelene" in konvencionalno "modre". Svetlobna občutljivost stožcev je nizka, zato je za dobro zaznavanje barv potrebna zadostna osvetlitev oziroma svetlost. Osrednji deli mrežnice so najbogatejši z barvnimi receptorji.
Vsak barvni občutek pri človeku je mogoče predstaviti kot vsoto občutkov teh treh barv (tako imenovana "trikomponentna teorija barvnega vida"). Ugotovljeno je bilo, da imajo plazilci, ptice in nekatere ribe širši obseg zaznanega optičnega sevanja. Zaznavajo blizu ultravijoličnega (300-380 nm), modrega, zelenega in rdečega dela spektra. Ko je dosežena svetlost, potrebna za zaznavanje barv, se najbolj občutljivi receptorji vida v somraku - palice - samodejno izklopijo.
Odsev- pojav delnega ali popolnega vračanja valov (elektromagnetnih), ki dosežejo mejo med dvema medijema (ovirami) v medij, iz katerega se tej meji približajo.
Zakon odboja svetlobe- ugotavlja spremembo smeri potovanja svetlobnega žarka zaradi srečanja z odbojno (zrcalno) površino: vpadni in odbiti žarek ležita v isti ravnini z normalo na odbojno površino v točki vpada, in ta normala deli kot med žarkoma na dva enaka dela. Široko uporabljena, a manj natančna formulacija »odbojni kot je enak vpadnemu kotu« ne pove točne smeri odboja žarka.
Univerzalni koncept v fiziki je hitrost svetlobe. c. Njegova vrednost v vakuumu ne predstavlja samo največje hitrosti širjenja elektromagnetnih nihanj katere koli frekvence, ampak tudi na splošno največjo hitrost širjenja katerega koli udarca na materialne predmete. Ko se svetloba širi v različnih medijih, je hitrost svetlobe v zmanjša: v=c/n, Kje n je lomni količnik medija, ki označuje njegove optične lastnosti in je odvisen od frekvence svetlobe n = n(v).
Refrakcija- sprememba smeri širjenja valov elektromagnetnega sevanja, ki nastane na meji med dvema medijema, prosojnima za te valove, ali v debelini medija z nenehno spreminjajočimi se lastnostmi.
Lom svetlobe na meji dveh medijev daje paradoksalen vizualni učinek: zdi se, da ravni predmeti, ki prečkajo mejo v gostejšem mediju, tvorijo večji kot z normalo na mejo (to je, lomljeni "navzgor"); medtem ko se žarek, ki vstopi v gostejši medij, širi v njem pod manjšim kotom na normalo (to pomeni, da se lomi "navzdol"). Isti optični učinek vodi do napak pri vizualnem določanju globine rezervoarja, ki se vedno zdi manjši, kot je v resnici.
Lom svetlobe v Zemljini atmosferi vodi do tega, da sončni vzhod opazujemo nekoliko prej, sončni zahod pa nekoliko dlje, kot bi bilo v primeru odsotnosti atmosfere. Iz istega razloga, blizu obzorja, diska Sonca je videti opazno sploščeno vzdolž navpičnice.
Snellov zakon lom svetlobe opisuje lom svetlobe na meji dveh medijev. Uporaben je tudi za opis loma valov drugačne narave, kot je zvok.
Vpadni kot svetlobe na površino je povezan z lomnim kotom z razmerjem
Tukaj:
n 1- lomni količnik medija, iz katerega svetloba pada na mejo;
A 1- vpadni kot svetlobe - kot med žarkom, ki vpada na površino, in normalo na površino;
n 2- lomni količnik medija, v katerega vstopi svetloba po prehodu vmesnika;
A 2- lomni kot svetlobe - kot med žarkom, ki gre skozi površino, in normalo na površino.
Objektiv- del iz optično prozornega homogenega materiala, omejen z dvema poliranima lomnima rotacijskima površinama, na primer sferično ali ravno in sferično. Trenutno se vedno bolj uporabljajo "asferične leče", katerih površinska oblika se razlikuje od krogle. Optični materiali, kot so steklo, optično steklo, optično prozorna plastika in drugi materiali, se običajno uporabljajo kot materiali za leče.
Glede na obliko ločimo konvergentne (pozitivne) in divergentne (negativne) leče. V skupino zbiralnih leč običajno spadajo leče, katerih sredina je debelejša od njihovih robov, v skupino divergentnih leč pa leče, katerih robovi so debelejši od sredine. Upoštevati je treba, da to velja le, če je lomni količnik materiala leče večji od lomnega količnika okoliškega medija. Če je lomni količnik leče nižji, bo situacija obrnjena. Na primer, zračni mehurček v vodi je bikonveksna divergentna leča.
Leče so običajno označene z njihovo optično močjo (merjeno v dioptrijah) ali goriščno razdaljo.
Če svetloba iz zelo oddaljenega vira, katerega žarke si lahko predstavljamo, da prihajajo v vzporednem žarku, pade na lečo, potem se žarki, ko zapustijo lečo, lomijo pod velikim kotom, in točka F, točka presečišča teh žarki, se bodo premikali po optični osi bližje leči. V teh pogojih se točka presečišča žarkov, ki izhajajo iz leče, imenuje žarišče F, razdalja od središča leče do gorišča pa je Goriščna razdalja.
Optična moč- količino, ki označuje lomno moč osnosimetričnih leč in centriranih optičnih sistemov iz takih leč. Optična moč se meri v dioptrije(v sistemu SI) in je obratno sorazmerna z goriščno razdaljo:
Konstrukcija slik, ki jih ustvari tanka leča.
Oglejmo si žarek SA poljubne smeri, ki vpada na lečo v točki A. Konstruirajmo premico njegovega širjenja po lomu v leči. Da bi to naredili, sestavimo žarek OB, ki je vzporeden s SA in poteka skozi optično središče O leče. Po prvi lastnosti leče žarek OB ne bo spremenil svoje smeri in bo sekal goriščno ravnino v točki B. Po drugi lastnosti leče mora vzporedni žarek SA po lomu sekati goriščno ravnino v isti točka. Tako bo žarek SA po prehodu skozi lečo sledil poti AB.
Druge žarke, kot je žarek SPQ, je mogoče konstruirati na podoben način.
Z u označimo razdaljo SO od leče do svetlobnega vira, z v razdaljo OD od leče do točke fokusa žarkov, z f pa goriščno razdaljo OF. Izpeljimo formulo, ki povezuje te količine.
Razmislite o dveh parih podobnih trikotnikov: 1) SOA in OFB; 2) DOA in DFB. Zapišimo razmerja
Če prvi delež delimo z drugim, dobimo
Po delitvi obeh strani izraza z v in prerazporeditvi členov pridemo do končne formule
Fotometrija. Svetlobna jakost in osvetlitev.
Fotometrija je znanstvena disciplina, skupna vsem vejam uporabne optike, na podlagi katere se izvajajo kvantitativne meritve energijskih karakteristik sevalnega polja.
Moč svetlobe je kvantitativna vrednost toka sevanja na enoto prostorskega kota meje njegovega širjenja. Z drugimi besedami, to je količina svetlobe (v lumnih) na 1 steradian.
Prostorski kot mora biti izbran tako, da se z njim omejen tok lahko šteje za najbolj enakomeren. Potem bo enota prostorskega kota v tej smeri od vira vsebovala svetlobno jakost, ki je številčno enaka svetlobnemu toku
Enota SI: kandela (cd) = lumen (lm) / steradian (sr)
Osvetlitev- fizikalna količina, ki je številčno enaka svetlobnemu toku, ki vpada na površino enote:
Enota SI za osvetlitev je luks (1 luks = 1 lumen/kvadratni meter).
Svetlobni tok- fizikalna količina, ki označuje "količino" svetlobne energije v ustreznem sevalnem toku. Z drugimi besedami, to je moč takega sevanja, ki ga zazna normalno človeško oko (F).
Oko- čutni organ ljudi in živali, ki ima sposobnost zaznavanja elektromagnetnega sevanja v območju svetlobnih valovnih dolžin in zagotavlja funkcijo vida. 90 odstotkov informacij iz zunanjega sveta pride skozi oko.
Kratkovidno je oko, pri katerem žarišče, ko je očesna mišica mirna, leži znotraj očesa. Kratkovidnost lahko povzroči večja razdalja med mrežnico in lečo v primerjavi z normalnim očesom. Če se predmet nahaja na razdalji 25 cm od kratkovidnega očesa, potem slika predmeta ne bo na mrežnici, temveč bližje leči, pred mrežnico. Da bi se slika pojavila na mrežnici, morate predmet približati očesu. Zato je pri kratkovidnem očesu razdalja najboljšega vida manjša od 25 cm. Daljnovidno oko je oko, katerega žarišče, ko očesna mišica miruje, leži za mrežnico. Daljnovidnost je lahko tudi posledica dejstva, da se mrežnica v primerjavi z normalnim očesom nahaja bližje leči in sliko predmeta dobimo za mrežnico takega očesa. Če predmet odstranimo iz očesa, bo slika padla na mrežnico, od tod tudi ime te napake - daljnovidnost.
Kratkovidnost in daljnovidnost korigiramo z uporabo leč. Izum očal je bil velika prednost za ljudi z okvarami vida.
Pri kratkovidnem očesu dobimo sliko znotraj očesa pred mrežnico. Da se premakne na mrežnico, se mora zmanjšati optična moč refrakcijskega sistema očesa. V ta namen se uporablja divergentna leča.
Nasprotno, optična moč daljnovidnega očesnega sistema mora biti okrepljena, da bi slika padla na mrežnico. V ta namen se uporablja zbiralna leča.
Optični instrumenti.
Optični instrumenti- naprave, v katerih se sevanje iz katerega koli področja spektra (ultravijolično, vidno, infrardeče) transformira (predaja, odbija, lomi, polarizira). Lahko povečajo, zmanjšajo, izboljšajo (v redkih primerih poslabšajo) kakovost slike in omogočijo posreden ogled želenega predmeta.
Izraz "optične naprave" je poseben primer splošnejšega koncepta optičnih sistemov, ki vključuje tudi biološke organe, ki lahko pretvarjajo svetlobne valove.
Optični daljnogled- optična naprava za opazovanje oddaljenih predmetov, sestavljena iz leče, ki ustvari realno sliko predmetov, in okularja za povečavo te slike.
mikroskop- naprava, namenjena pridobivanju povečanih slik, kot tudi merjenje predmetov ali strukturnih podrobnosti, nevidnih s prostim očesom. Je zbirka leč.
Povečevalno steklo- optični sistem, sestavljen iz leče ali več leč, namenjen povečavi in opazovanju majhnih predmetov na končni razdalji.
Če vam je bila ta stran všeč in želite, da jo vidijo tudi vaši prijatelji, izberite ikono socialnega omrežja spodaj, kjer imate svojo stran in izrazite svoje mnenje o vsebini.
Zahvaljujoč temu bodo vaši prijatelji in naključni obiskovalci dodali ocene tebi in mojemu spletnemu mestu
Narava svetlobe. Interferenca in uklon svetlobe. Difrakcijska rešetka. Rentgenska difrakcijska analiza in njena uporaba. Naravna in polarizirana svetloba. Optično aktivne snovi. Polarimetrija. Študij bioloških sistemov v polarizirani svetlobi. Disperzija svetlobe. Absorpcija in sipanje svetlobe. Sipanje svetlobe v ozračju.
Literatura: ; ;
Optika (iz grške besede optikos - vizualni) je veja fizike, ki proučuje naravo svetlobe, zakonitosti svetlobnih pojavov in procese interakcije svetlobe s snovjo.
V zadnjih treh stoletjih je razumevanje narave svetlobe doživelo zelo pomembno spremembo. Ob koncu 17. stol. Oblikovali sta se dve bistveno različni teoriji o naravi svetlobe: korpuskularna teorija, razvil Newton, in valovna teorija, razvil Huygens. Po korpuskularni teoriji je svetloba tok materialnih delcev (korpuskula), letenje z veliko hitrostjo iz vira svetlobe.
Po teoriji valov je svetloba val, ki izhaja iz svetlobnega vira in se z veliko hitrostjo širi v "svetovnem etru" - mirujočem elastičnem mediju, ki nenehno napolnjuje celotno vesolje. Tako je valovna teorija gledala na svetlobo kot na mehanske valove, ki se širijo v posebnem mediju (kot zvočni valovi v zraku).
Do konca 18. stol. velika večina fizikov je dala prednost Newtonovi korpuskularni teoriji. V začetku 19. st., zahvaljujoč raziskavam kabinski fant in Fresnel Teorija valov se je znatno razvila in izboljšala. Valovna teorija je uspešno razložila skoraj vse takrat znane svetlobne pojave, vključno z interferenco, uklonom in polarizacijo svetlobe, zaradi česar je bila ta teorija vsesplošno sprejeta, Newtonova korpuskularna teorija pa zavrnjena.
Šibka točka valovne teorije je bil hipotetični »svetovni eter«, katerega realnost obstoja je bila zelo dvomljiva (leta 1881 je ameriški fizik Michelson eksperimentalno dokazal, da svetovni eter ne obstaja). V 60. letih 19. stoletja, ko je Maxwell razvil teorijo o enotnem elektromagnetnem polju, je potreba po "svetovnem etru" kot posebnem nosilcu svetlobnih valov izginila: izkazalo se je, da je svetloba elektromagnetno valovanje in s tem njihov nosilec. je elektromagnetno polje.
Vidno Svetloba ustreza elektromagnetnemu valovanju z dolžino od 0,77 do 0,38 mikronov, ki nastane zaradi nihanja nabojev, ki sestavljajo atome in molekule. Tako se je valovna teorija o naravi svetlobe razvila v elektromagnetnova teorija svetlobe.
Zamisel o valovni (elektromagnetni) naravi svetlobe je ostala neomajna do konca 19. stoletja. Vendar se je do takrat nabralo precej obsežno gradivo, ki ni bilo v skladu s to idejo in ji je celo nasprotovalo.
Preučevanje podatkov o spektrih luminiscence kemičnih elementov, o porazdelitvi energije v spektru toplotnega sevanja črnega telesa, o fotoelektričnem učinku in nekaterih drugih pojavih je pripeljalo do potrebe po domnevi, da sta emisija in absorpcija elektromagnetne energije je diskretna(prekinitvene) narave, tj. svetloba se ne oddaja in absorbira neprekinjeno (kot izhaja iz valovne teorije), ampak porcije (kvante).
Na podlagi te predpostavke je nemški fizik Planck leta 1900 je ustvaril kvantno teorijo elektromagnetnih procesov in Einstein razvit leta 1905 kvantna teorija svetlobe, po katerem je svetloba tok lahki delci- fotoni. Vendar se fotoni bistveno (kvalitativno) razlikujejo od navadnih materialnih delcev: vsi fotoni se gibljejo s hitrostjo, ki je enaka svetlobni hitrosti, pri čemer imajo končni masa ("masa mirovanja" fotona je nič).
Pomembno vlogo pri nadaljnjem razvoju kvantne teorije svetlobe so imele teoretične študije, ki jih je izvedel Borom, Schrödinger, Dirac, Feynman, Focom itd. Po sodobnih pogledih, svetloba- kompleksen elektromagnetni proces z valovnimi in korpuskularnimi lastnostmiti.
V nekaterih pojavih (interferenca, uklon, polarizacija svetlobe) se razkrivajo valovne lastnosti svetlobe; te pojave opisuje valovna teorija. V drugih pojavih (fotoelektrični učinek, luminiscenca, atomski in molekularni spektri) se razkrivajo korpuskularne lastnosti svetlobe; takšne pojave opisuje kvantna teorija.
Tako valovna (elektromagnetna) in korpuskularna (kvantna) teorija ne zavračata, temveč se dopolnjujeta in s tem odražata dvojna narava lastnosti svetlobe. Tu naletimo na jasen primer dialektične enotnosti nasprotij: svetloba je hkrati val in delec. Primerno je poudariti, da tak dualizem ni lasten le svetlobi, ampak tudi mikrodelcem snovi.
Sodobna fizika stremi k ustvarjanju samski teorija o naravi svetlobe, ki odraža dvojno korpuskularno-valovno naravo svetlobe; razvoj takšne enotne teorije še ni zaključen.
Svetlobna interferenca je pojav ojačanja ali oslabitve vibracij, ki nastane kot posledica seštevanja dveh ali več valov, ki se zbirajo na določeni točki v prostoru. Nujni pogoj za interferenco valov je njihova koherenca: enakost njihovih frekvenc in stalna fazna razlika v času. Ta pogoj zadovoljiti monokromatsko svetlobni valovi (iz grščine (monos) - ena, (chroma) - barva, tj. monokromatska svetloba ustreza kateri koli valovni dolžini). Če je ta pogoj izpolnjen, lahko opazimo tudi interferenco drugih valov (na primer zvoka).
Za svetlobne valove, kot tudi za vse druge, velja načelo superpozicije. Ker ima svetloba elektromagnetno naravo, uporaba tega principa pomeni, da je nastala električna (magnetna) poljska jakost dveh svetlobnih valov, ki prehajata skozi eno točko, enaka vektorski vsoti električnih (magnetnih) poljskih jakosti vsakega valovanja posebej.
V posebnem primeru, ko sta jakosti komponentnih polj enaki, a nasprotno usmerjeni, bo jakost nastalega polja enaka nič (svetloba ugasne zaradi svetlobe). Če so usmerjeni v eno smer, pride do največjega ojačanja svetlobe.
Rezultat motenj je interferenčni vzorec - časovno stabilna porazdelitev interferenčnih maksimumov in minimumov v prostoru (na primer izmenjujoči se temni in svetli trakovi na zaslonu; v naravi mavrična obarvanost kril žuželk in ptic, milni mehurčki). , oljni film na vodi itd.).
Poseben primer interferenčnega vzorca so tako imenovani Newtonovi obroči (slika 4.1).
Slika 4.1
Opazujemo jih v sistemu, ki ga sestavljata planparalelna plošča in v stiku z njo plankonveksna leča z velikim polmerom ukrivljenosti.
Rezultat interference dveh svetlobnih valov (v istem mediju) je odvisen od razlike poti Δl=l 1 -l 2 (slika 4.2).
Slika 4.2
Če razlika v poti žarkov vsebuje sodo število polvalov, tj. če
(4.1.1)
takrat bo v točki A na zaslonu največ svetlobe (λ je valovna dolžina, S 1 in S 2 sta monokromatska vira svetlobe, n = 0,1,2,3,...). Če razlika poti žarkov vsebuje liho število polvalov, tj. če
(4.1.2)
takrat bo v točki A najmanj svetlobe. Interferenčni vzorec, ki ga ustvarita dva koherentna svetlobna vira na zaslonu, je menjava temnih in svetlih trakov.
Interferenčni vzorec je zelo občutljiv na velikost razlike v poti med motečimi valovi. Na podlagi tega interferometrska naprava naprava za določanje majhnih dolžin, kotov, lomnega količnika medija in valovnih dolžin svetlobe.
Difrakcija je odklon svetlobe od linearnega širjenja v bližini ovire (upogibanje svetlobe okoli ovire). Torej, na primer, če drug zaslon B z luknjo postavite med vir svetlobe S in zaslon A, lahko na zaslonu A opazujete uklonski vzorec, ki je sestavljen iz izmenjujočih se svetlih in temnih obročev in zajame območje geometrijskega senca (še posebej opazna, ko je velikost luknje veliko manjša od razdalje med zasloni).
Slika 4.3
Ko uporabimo belo (ne-monokromatsko svetlobo), uklonski vzorec postane mavričen.
Pojav uklona pojasnjujemo s Huygens–Fresnelovim načelom. Po tem principu postane vsaka točka valovne površine, ki doseže luknjo, sekundarni vir svetlobe. Ti viri so koherentni, zato bodo svetlobni žarki, ki izhajajo iz njih, interferirali drug z drugim. Odvisno od velikosti razlike v poti se bodo na zaslonu A prikazale največje in najmanjše vrednosti osvetlitve. V laboratorijski praksi se uklonski vzorec običajno pridobi iz ozkih svetlečih rež. Niz velikega števila vzporednih ozkih rež, prozornih za svetlobo, ločenih z neprozornimi prostori, se imenuje uklonska rešetka. Uklonske rešetke so narejene tako, da se na površino steklene plošče (prozorna rešetka) ali kovinskega zrcala (odsevna) nanesejo fine črte. Vsota širine reže a in reže b med režami se imenuje perioda ali konstanta mreže: d = a + b. Uklonske rešetke ustvarijo jasen uklonski vzorec in se uporabljajo za določanje valovne dolžine, pa tudi v spektralni analizi za razgradnjo svetlobe v spekter in sklepanje o kemični sestavi snovi. Difrakcijski vzorci se pogosto pojavljajo v naravi. Na primer, barvni obroči, ki obdajajo vir svetlobe, ko je zrak nasičen z vodnimi kapljicami (meglo) ali prahom, so posledica uklona svetlobe na teh delcih. Difrakcija pojasnjuje barvo biserne matere in mavrično barvo oči mnogih žuželk, katerih oči so neke vrste uklonske rešetke.
V kemiji se je široko uporabljala rentgenska difrakcijska analiza, metoda za preučevanje strukture snovi s prostorsko porazdelitvijo in jakostjo rentgenskega sevanja, razpršenega na analiziranem predmetu. Temelji na interakciji rentgenskega sevanja z elektroni snovi, kar ima za posledico rentgensko difrakcijo. Difrakcijski vzorec je odvisen od valovne dolžine uporabljenih rentgenskih žarkov in strukture predmeta. Za preučevanje atomske strukture se uporablja sevanje z valovno dolžino, ki je enaka velikosti atomov. Metode rentgenske difrakcijske analize se uporabljajo za preučevanje kovin, zlitin, mineralov, anorganskih in organskih spojin, polimerov, amorfnih materialov, tekočin in plinov, beljakovinskih molekul, nukleinskih kislin itd. Najuspešneje se uporablja za ugotavljanje atomske zgradbe kristalnih teles. To je posledica dejstva, da imajo kristali strogo periodično strukturo in predstavljajo uklonsko mrežo za rentgenske žarke, ki jih je ustvarila narava sama.
Svetloba predstavlja skupno elektromagnetno sevanje številnih atomov. Kot je znano, lahko elektromagnetno valovanje predstavimo v obliki nihanja dveh medsebojno pravokotnih jakosti električnega E in magnetnega H. Ker je elektromagnetno valovanje prečno, oba vektorja nihata v ravninah, pravokotnih na vektor hitrosti - smer širjenja žarek. Elektromagnetno valovanje, v katerem niha le eden od teh vektorjev, je nemogoče. Električno polje, v katerem se spreminja E, neizogibno ustvarja magnetno polje, v katerem se H spreminja po istem zakonu, in obratno. Pojavi polarizacije se obravnavajo glede na vektor intenzitete E, vendar se je treba spomniti obveznega obstoja vektorja intenzivnosti H, ki je pravokoten nanj. Ravnina, v kateri niha vektor jakosti električnega polja, se imenuje oscilacijska ravnina. Ravnino, v kateri niha vektor jakosti magnetnega polja, imenujemo ravnina polarizacije.
Naravno svetlobo s tega vidika lahko shematično predstavimo na naslednji način (slika 4.4):
Slika 4.4
Enakomerna razporeditev vektorjev E je posledica velikega števila atomskih sevalcev. Ta vrsta svetlobe se imenuje nepolarizirana. V takih svetlobnih valovih imajo vektorji različne orientacije nihanja in vse orientacije so enako verjetne. Če se zaradi vpliva zunanjih vplivov na svetlobo ali notranjih lastnosti svetlobnega vira pojavi prednostna, najverjetnejša smer nihanja, potem takšno svetlobo imenujemo delno polariziran(Slika 4.5) .
Slika 4.5
S pomočjo posebnih naprav je mogoče izbrati žarek iz žarka naravne svetlobe, v katerem se bodo nihanja vektorja E pojavila v eni določeni ravnini (slika 4.6)
Slika 4.6
Takšna svetloba bo popolnoma polarizirana. Za razliko od naravne svetlobe je za polarizirano svetlobo poleg jakosti in valovne dolžine značilna tudi lega polarizacijske ravnine. Človeško oko ne razlikuje med naravno in polarizirano svetlobo. V praksi se polarizirana svetloba običajno proizvaja s prehajanjem naravne svetlobe skozi kristale, za katere je znano, da so anizotropni (fizikalne lastnosti so odvisne od smeri v kristalu). Polarizirana svetloba se pogosto uporablja v kemijskih in bioloških raziskavah. Na primer, nekatere snovi, imenovane optično aktivne, vrtijo ravnino polarizacije polarizirane svetlobe, ki prehaja skozi njih. Poleg tega je kot vrtenja odvisen od debeline plasti snovi. Tako je mogoče določiti koncentracijo snovi v raztopini, ki je osnova metode preučevanja snovi - polarimetrije. Z optičnimi polarimetri se določi količina vrtenja ravnine polarizacije svetlobe, ko ta prehaja skozi optično aktivne medije (trdne snovi ali raztopine). Polarimetrija se pogosto uporablja v analizni kemiji za hitro merjenje koncentracije optično aktivnih snovi za identifikacijo eteričnih olj in v drugih študijah. Skoraj vse biološko funkcionalne molekule so optično aktivne.
Pomembna optična lastnost medija je absolutni lomni količnik n (ali preprosto lomni količnik). Kaže, kolikokrat je hitrost svetlobe v določenem mediju manjša od hitrosti svetlobe v vakuumu
(4.1.3)
Vrednost lomnega količnika medija je v glavnem določena z lastnostmi tega medija. Do neke mere pa je odvisno tudi od valovne dolžine (frekvence) svetlobe. Zato isti medij različno lomi svetlobne žarke različnih valovnih dolžin. Odvisnost lomnega količnika medija od valovne dolžine svetlobe imenujemo disperzija svetlobe (iz latinskega dispersio - sipanje).
Disperzija se imenuje normalna, če se lomni količnik povečuje z zmanjševanjem svetlobnega vala, sicer pa je nepravilna. Zahvaljujoč disperziji se žarek bele svetlobe, ki prehaja skozi lomni medij, razdeli na različne monokromatske žarke (rdeči, oranžni, rumeni, zeleni, cian, indigo, vijolični). Ko ti žarki zadenejo zaslon, tvorijo disperzijski spekter – zbirko večbarvnih trakov. Disperzijski spekter se najbolj jasno pokaže pri lomu svetlobe v prizmi (slika 4.7).
Slika 4.7
Kot D med žarki, ki ustrezajo skrajnim barvam disperzijskega spektra, se imenuje disperzijski kot. Od tega je odvisna širina spektra. Po vrsti spektra lahko ocenimo kemično sestavo lomnega medija. Na tem temelji tako imenovana spektralna analiza.
Ko svetloba prehaja skozi snov, se delno absorbira zaradi pretvorbe elektromagnetne energije svetlobnega valovanja v druge vrste energije (na primer toplotno energijo). Snovi, ki slabo absorbirajo svetlobo, imenujemo prozorne. Močno absorbira svetlobo - neprozorno. Ta delitev je relativna, saj je prosojnost odvisna ne samo od vrste snovi, temveč tudi od debeline njene plasti. Poleg tega je absorpcija svetlobe s snovjo selektivna. Različne snovi različno absorbirajo svetlobo različnih valovnih dolžin. To je tisto, kar določa barvo telesa. Iz toka bele barve posamezno telo absorbira le žarke določene valovne dolžine, ostale pa človeško oko prepusti, odbije ali razprši in zazna. Na primer, listi živih rastlin imajo znatno absorpcijo v celotnem vidnem spektru, razen v zelenem in temno rdečem delu.
Ko se svetloba širi v homogenem mediju, kot kažejo študije Bouguerja in Lamberta, se intenzivnost svetlobe spreminja v skladu z naslednjim zakonom:
(4.1.4)
kjer je I 0 jakost svetlobe na vstopu v plast snovi, I je jakost svetlobe na izstopu iz nje, x je debelina plasti snovi, k je absorpcijski koeficient, odvisen od vrste snovi in valovne dolžine. Absorpcija svetlobe na koncu določa vse vrste učinkov svetlobe na snov. Zaradi delovanja svetlobe pride do fotosinteze (pretvorba anorganskih snovi v organske snovi, ki jo spremlja sproščanje kisika).
Pri prehodu skozi motni medij (medij, v katerem je suspendiranih veliko delcev neke tuje snovi), se svetloba ulomi od svojih naključno nameščenih mikrohomogenosti in se razširi v vse smeri (razprši). V tem primeru okolje pridobi modri odtenek. Ta pojav pojasnjuje Rayleighov zakon:
I~1/λ 4 (4.1.5)
tiste. Intenzivnost razpršene svetlobe je obratno sorazmerna s četrto potenco valovne dolžine. Iz formule (4.1.4) je razvidno, da se žarki s krajšo valovno dolžino močneje sipajo (modra svetloba ima najkrajšo valovno dolžino). Sipanje svetlobe se pojavi tudi v medijih, očiščenih tujih delcev (ti molekularno sipanje). V tem primeru se svetloba ukloni od naključnih zbijanj medija, ki jih povzroči naključno toplotno gibanje molekul. V tem primeru je intenzivnost razpršene svetlobe majhna in postane opazna, ko je medij gost. Molekularno sipanje pojasnjuje modro barvo neba in rumeno barvo sončnega diska. Ker je svetloba, ki prehaja skozi ozračje, sestavljena predvsem iz dolgih valov.
Skoraj vodoravni lok. Znana kot "ognjena mavrica". Barvni pasovi se pojavijo neposredno na nebu kot posledica svetlobe, ki prehaja skozi ledene kristale v cirusih, ki pokrivajo nebo z "mavričnim filmom". Ta naravni pojav je zelo težko videti, saj morajo biti tako ledeni kristali kot sončna svetloba drug proti drugemu pod določenim kotom, da ustvarijo učinek "ognjene mavrice".
"The Ghost of Brocken." Na nekaterih območjih Zemlje lahko opazite neverjeten pojav: oseba, ki stoji na hribu ali gori, za katero sonce vzhaja ali zahaja, odkrije, da njegova senca, ki pada na oblake, postane neverjetno velika. To se zgodi zato, ker drobne kapljice megle na poseben način lomijo in odbijajo sončno svetlobo. Pojav je dobil ime po vrhu Brocken v Nemčiji, kjer je zaradi pogoste megle ta učinek mogoče redno opazovati.
Skoraj zenitni lok. Skoraj zenitni lok je lok s središčem v zenitni točki, ki se nahaja približno 46° nad Soncem. Viden je redko in le nekaj minut, ima svetle barve, jasne obrise in je vedno vzporeden z obzorjem. Za zunanjega opazovalca bo podoben nasmehu Cheshire Cat ali obrnjeni mavrici.
"Meglena" mavrica. Megleni halo je videti kot brezbarvna mavrica. Tako kot običajna mavrica tudi ta halo nastane z lomom svetlobe skozi vodne kristale. Vendar pa je za razliko od oblakov, ki tvorijo navadno mavrico, megla, ki ustvarja ta halo, sestavljena iz manjših delcev vode, svetloba, ki se lomi v drobnih kapljicah, pa je ne obarva.
Gloria. Ko je svetloba podvržena povratnemu sipanju (uklonu svetlobe, ki se je prej odbila v vodnih kristalih oblaka), se vrne iz oblaka v isto smer, v katero je padla, in ustvari učinek, imenovan "Gloria". Ta učinek lahko opazimo samo na oblakih, ki so neposredno pred gledalcem ali pod njim, na točki, ki je na nasprotni strani od vira svetlobe. Tako je Glorio mogoče videti samo z gore ali iz letala, viri svetlobe (Sonce ali Luna) pa morajo biti neposredno za opazovalcem. Glorijine mavrične kroge na Kitajskem imenujejo tudi Budova svetloba. Na tej fotografiji čudovit mavrični halo obdaja senco balona na vroč zrak, ko pade na oblak pod njim.
Halo pri 22?. Beli svetlobni krogi okoli Sonca ali Lune, ki nastanejo zaradi loma ali odboja svetlobe od ledenih ali snežnih kristalov v ozračju, se imenujejo haloji. V atmosferi so majhni vodni kristali in ko njihove ploskve tvorijo pravi kot z ravnino, ki gre skozi Sonce, bo opazovalec učinka in kristalov na nebu videl značilen bel halo, ki obdaja Sonce. Torej obrazi odbijajo svetlobne žarke z odstopanjem 22 ° in tvorijo halo. V hladni sezoni haloji, ki jih tvorijo ledeni in snežni kristali na površini zemlje, odbijajo sončno svetlobo in jo razpršijo v različne smeri, kar ustvarja učinek, imenovan "diamantni prah".
Mavrični oblaki. Ko je Sonce postavljeno pod določenim kotom glede na vodne kapljice, ki sestavljajo oblak, te kapljice lomijo sončno svetlobo in ustvarijo nenavaden učinek "mavričnega oblaka", ki ga obarva v vse barve mavrice. Oblaki, tako kot mavrice, svoje barve dolgujejo različnim valovnih dolžinam svetlobe.
Lunin lok. Temno nočno nebo in močna svetloba Lune pogosto povzročita pojav, imenovan "lunarna mavrica" - mavrica, ki se pojavi v lunini luni. Takšne mavrice se nahajajo na nasprotni strani neba od Lune in so največkrat videti popolnoma bele. Vendar jih je včasih mogoče videti v vsem svojem sijaju.
Parhelion. "Parhelium" v prevodu iz grščine pomeni "lažno sonce". To je ena od oblik haloja (glej točko 6): na nebu opazimo eno ali več dodatnih podob Sonca, ki se nahajajo na isti višini nad obzorjem kot pravo Sonce. Milijoni ledenih kristalov z navpično površino, ki odbijajo Sonce, tvorijo ta čudovit pojav.
Mavrica. Mavrica je najlepši atmosferski pojav. Mavrice so lahko različnih oblik, vsem pa je skupno pravilo razporeditev barv – v zaporedju spektra (rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, indigo, vijolična). Mavrice lahko opazimo, ko sonce osvetli del neba in je zrak nasičen s kapljicami vlage, na primer med dežjem ali takoj po njem. V starih časih so pojavu mavrice na nebu pripisovali mističen pomen. Videti mavrico je veljalo za dobro znamenje; vožnja ali hoja pod njo je obljubljala srečo in uspeh. Dvojna mavrica naj bi prinašala srečo in izpolnjevala želje. Stari Grki so verjeli, da je mavrica most v nebesa, Irci pa, da je na drugem koncu mavrice legendarno zlato škratov.
Severni sij, ki ga opazimo na nebu v polarnih regijah, se imenuje severni sij ali južni sij na južni polobli). Predvideva se, da ta pojav obstaja tudi v atmosferah drugih planetov, kot je Venera. Narava in izvor polarnega sija je predmet intenzivnih raziskav in v zvezi s tem so bile razvite številne teorije." Po mnenju znanstvenikov aurore nastanejo zaradi bombardiranja zgornje atmosfere z nabitimi delci, ki se gibljejo proti Zemlji vzdolž geomagnetnih silnic iz območje blizu Zemlje, imenovano plazemska plast vzdolž geomagnetnih silnic na zemeljsko atmosfero, ima obliko obročev, ki obdajajo severni in južni magnetni pol (avroralni ovali).
Kondenzna sled. Kondenzacijske sledi so bele črte, ki jih na nebu pustijo letala. Po svoji naravi so kondenzirana megla, sestavljena iz vlage v ozračju in izpušnih plinov motorja. Najpogosteje so te sledi kratkotrajne - pod vplivom visokih temperatur preprosto izhlapijo. Nekateri pa se spustijo v nižje plasti ozračja in tvorijo ciruse. Okoljevarstveniki verjamejo, da tako preoblikovane kondenzacijske sledi letal negativno vplivajo na podnebje planeta. Tanki višinski cirusi, ki so pridobljeni iz spremenjenih letalskih sledi, preprečujejo prehod sončne svetlobe in posledično znižujejo temperaturo planeta, za razliko od navadnih cirusov, ki lahko zadržijo toploto zemlje.
Izpušna sled rakete. Zračni tokovi v visokih plasteh atmosfere deformirajo sledi vesoljskih raket, delci izpušnih plinov pa lomijo sončno svetlobo in obarvajo sledi v vse barve mavrice. Ogromni raznobarvni kodri se raztezajo nekaj kilometrov po nebu, preden izhlapijo.
Polarizacija. Polarizacija je usmerjenost elektromagnetnih nihanj svetlobnega valovanja v prostoru. Polarizacija svetlobe se pojavi, ko svetloba zadene površino pod določenim kotom, se odbije in postane polarizirana. Tudi polarizirana svetloba prosto potuje skozi vesolje, tako kot navadna sončna svetloba, vendar človeško oko na splošno ne more zaznati spremembe barvnih odtenkov, ki je posledica povečanega polarizacijskega učinka. Ta slika, posneta s širokokotnim objektivom in polarizacijskim filtrom, prikazuje intenzivno modro barvo, ki jo elektromagnetni naboj daje nebu. Takšno nebo lahko vidimo le skozi filter fotoaparata.
Zvezdna sled. S prostim očesom nevidno »zvezdno sled« je mogoče ujeti na kamero. Ta fotografija je bila posneta ponoči s kamero, nameščeno na stojalu, s široko odprto zaslonko objektiva in hitrostjo zaklopa več kot eno uro. Fotografija prikazuje "gibanje" zvezdnega neba - naravna sprememba položaja Zemlje zaradi vrtenja povzroči, da se zvezde "premikajo". Edina fiksna zvezda je Polaris, ki kaže na astronomski severni tečaj.
Zodiakalna svetloba. Razpršeni sij nočnega neba, ki ga ustvari sončna svetloba, ki se odbija od medplanetarnih prašnih delcev, imenujemo tudi zodiakalna svetloba. Zodiakalno svetlobo lahko opazujemo zvečer na zahodu ali zjutraj na vzhodu.
krona. Korone so majhni barvni obroči okoli Sonca, Lune ali drugih svetlih predmetov, ki jih občasno vidimo, ko je vir svetlobe za prosojnimi oblaki. Korona nastane, ko svetlobo razpršijo majhne vodne kapljice in tvorijo oblak. Včasih je korona videti kot svetleča lisa (ali halo), ki obdaja Sonce (ali Luno), ki se konča z rdečkastim obročem. Med mrki je korona tista, ki obdaja zatemnjeno sonce.
Žarki somraka. Krepuskularni žarki so divergentni žarki sončne svetlobe, ki postanejo vidni zaradi njihove osvetlitve prahu v visokih plasteh ozračja. Sence oblakov tvorijo temne proge, med njimi pa se širijo žarki. Ta učinek se pojavi, ko je Sonce nizko na obzorju pred sončnim zahodom ali po zori.
Mirage. Optični učinek, ki ga povzroča lom svetlobe pri prehodu skozi plasti zraka različnih gostot, se izraža v pojavu varljive slike - fatamorgane. Miraže je mogoče opazovati v vročem podnebju, zlasti v puščavah. Gladka površina peska v daljavi je videti kot odprt izvir vode, še posebej, če jo gledamo od daleč s sipine ali hriba. Podobna iluzija se zgodi v mestu na vroč dan, na asfaltu, ki ga segrejejo sončni žarki. Pravzaprav "vodna površina" ni nič drugega kot odsev neba. Včasih fatamorgane prikazujejo celotne predmete, ki se nahajajo na veliki razdalji od opazovalca.
Ploščati ledeni kristali odbijajo svetlobo v zgornji atmosferi in tvorijo navpične svetlobne stebre, kot da izhajajo iz zemeljske površine. Viri svetlobe so lahko luna, sonce ali umetne luči.
In ta pojav, ki so ga nekoč opazili prebivalci otoka Madeira v Atlantskem oceanu, kljubuje kakršni koli klasifikaciji.
Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec
Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
Povzetek o fiziki
na temo: "Svetlobni pojavi v naravi"
učenci 8. razreda "L 1."
Uvod
Zakaj je nebo modro in sončni zahod rdeč?
Tyndallova izkušnja
Sipanje svetlobe
Nihanje zraka
Zeleni žarek
"Slepi" trak
Refrakcija
Ledeni kristali v oblakih
Halo na Antarktiki
Zgornje fatamorgane
"Duh" pristane
"Leteči Nizozemec"
Inferiorni mirage
Stranske fatamorgane
Fata Morgana
Meglena mavrica
Mesečeva mavrica
Aurore
Vrste aurore
Vpliv aurore
Zaključek
Bibliografija
Uvod
V naravi je toliko neverjetnih stvari! Svetlobni pojavi so videti še posebej nenavadni in fascinantni. Že od pradavnine so ljudje to dojemali kot čudež in nerazložljivo povezovali z mističnimi silami ali z bogovi.
Zanimalo me je: za vse te nenavadne pojave obstaja razlaga. In odločil sem se, da bom s fizičnega vidika pogledal na nekatere svetlobne pojave na novo in našel odgovore na mnoga zanimiva vprašanja.
Sonce je vir energije za življenje rastlin in živali. Ustvarja vetrove, segreva ogromne kopenske mase in zračne mase nad njimi ter služi kot gonilna sila za kroženje vode v naravi, ki dviguje vodno paro v ozračje. Sonce je vitalni sestavni del okolja, brez katerega bi bilo življenje na Zemlji nemogoče.
Sončni žarki osvetljujejo vso zemeljsko oblo. Svet sončne svetlobe je lep. Prinaša veselje vsem, ki živijo na Zemlji. Svet sončne svetlobe je ogromen, raznolik, neizčrpen.
Nebesni svod je neskončno lep, čudoviti in osupljivi pa so videti tudi svetlobni pojavi: sončni zahod, »slepa črta«, zeleni žarek, mavrica, severni sij, halo, fatamorgane. V tem eseju bodo obravnavani pojavi, ki so neločljivo povezani s sončno svetlobo, razložena bodo mnoga čudesa narave.
zakajnebo je modro in sončni zahod je rdeč
Sonce ... Že v pradavnini so ljudje razumeli, da brez sončnih žarkov življenje na Zemlji ne bi bilo mogoče. Sonce so imenovali »začetek življenja«, ga pobožanstvovali in častili. Od nekdaj je sončni zahod v ljudeh vzbujal žalost, strah in tesnobo, pogosteje pa sončni zahod vzbuja rahlo žalost, ki meji na mir. Opazovana slika sončnega zahoda je vsakokrat odvisna od stanja ozračja in je v veliki meri določena z vrsto in obliko oblakov, ki jih osvetljujejo žarki zahajajočega sonca. Zato je en sončni zahod tako drugačen od drugega. In sončni zahodi so vedno nenavadno lepi.
Najprej pade v oči rdečkasta barva zahajajočega sonca in enaka barva neba ob njem. V bližini črte obzorja je bolj rdeča, v zgornjem delu diska pa postane svetlejša.
Tyndallova izkušnja
Nebo je modro in barva zahajajočega sonca postane rdeča. V obeh primerih je razlog enak – sipanje sončne svetlobe v zemeljskem ozračju. To je mogoče razložiti s predpostavko, da se modra svetloba razprši bolj kot rdeča svetloba. To je bilo dokazano leta 1869, ko je J. Tyndall izvedel svoj slavni poskus. Te izkušnje sploh ni težko reproducirati. Vzemimo pravokoten akvarij, ga napolnimo z vodo in na steno akvarija usmerimo šibko razhajajoč ozek svetlobni snop iz grafoskopa. Poskus je treba izvesti v zatemnjenem prostoru. Če želite povečati sipanje svetlobnega žarka, ko gre skozi akvarij, dodajte malo mleka v vodo. Maščobni delci, ki jih vsebuje mleko, se v vodi ne raztopijo; so v suspenziji in prispevajo k sipanju svetlobe. V razpršeni svetlobi lahko opazite modrikast odtenek. Svetloba, ki prehaja skozi akvarij, pridobi rdečkast odtenek. Če torej svetlobni žarek v akvariju pogledate s strani, se zdi modrikast, z izhodne strani pa rdečkast. To je mogoče pojasniti z dejstvom, da ko beli svetlobni žarek prehaja skozi razpršilni medij, se iz njega razprši predvsem "modra komponenta", tako da "rdeča komponenta" začne prevladovati v žarku, ki izhaja iz medija.
Sipanje svetlobe
Leta 1871 je J. Strett razložil rezultate Tyndallovih poskusov natanko tako. Razvil je teorijo sipanja svetlobnih valov na delcih, katerih dimenzije so veliko manjše od valovne dolžine svetlobe. Zakon, ki ga je določil Rayleigh, pravi: Jakost razpršene svetlobe je sorazmerna s četrto potenco frekvenca svetlobe ali, drugače povedano, je obratno sorazmerna s četrto potenco svetlobne valovne dolžine.
Če uporabimo Rayleighov zakon za sipanje sončne svetlobe v zemeljski atmosferi, potem ni težko razložiti modre barve dnevnega neba in rdeče barve sonca ob sončnem vzhodu in zahodu. Ker se svetlobni valovi z višjimi frekvencami sipajo intenzivneje, bo posledično spekter razpršene svetlobe premaknjen proti višjim frekvencam, spekter svetlobe, ki ostane v žarku, potem ko svetloba, ki je doživela sipanje, zapusti žarek premakniti v nasprotno smer – na višje frekvence. V prvem primeru bela barva postane modra, v drugem pa rdečkasta. Ob pogledu na dnevno nebo opazovalec zazna svetlobo, razpršeno v ozračju; Po Rayleighovem zakonu je spekter te svetlobe pomaknjen proti višjim frekvencam, od tod tudi modra barva neba. Ob pogledu na sonce opazovalec zazna svetlobo, ki je prešla skozi ozračje brez razpršitve; spekter te barve bo premaknjen na nižje frekvence. Bližje kot je sonce obzorju, daljša pot svetlobnih žarkov potuje skozi ozračje, preden dosežejo opazovalca, in bolj se njihov spekter premika. Posledično vidimo zahajajoče in vzhajajoče sonce v rdečih tonih. Razumljivo je tudi, zakaj je spodnji del zahajajočega sončnega diska videti bolj rdeč kot njegov zgornji del.
Glavno vlogo igra odvisnost intenzivnosti sipanja svetlobe od njene frekvence. Toda kakšna je narava teh centrov, na katerih se razpršijo svetlobni valovi? Sprva so mislili, da vlogo takšnih središč igrajo drobni prah in kapljice vode, vendar to ne pojasni čudovite modre barve neba v visokogorju, kjer je zrak zelo čist in suh.
Nihanje zraka
Leta 1899 je Rayleigh postavil hipotezo, po kateri so središča, ki sipajo svetlobo, same molekule zraka. V prvi polovici dvajsetega stoletja je bilo po zaslugi dela M. Smoluchowskega, A. Einsteina in L. I. Mandelstama ugotovljeno, da sipanje svetlobe dejansko ne poteka na samih molekulah zraka, temveč na nekoliko nenavadnih predmetih, ki nastanejo kot posledica kaotičnega gibanja toplotnega gibanja molekul, - nihanja gostote zraka, to je naključno pojavljajoče se mikroskopske kondenzacije in redčenja zraka. Vidimo, da se nekatere celice izkažejo za skoraj prazne, nekatere pa so razmeroma gosto poseljene z molekulami. To je posledica kaotičnega toplotnega gibanja molekul zraka. Posledično se bo gostota atmosferskega zraka naključno spreminjala (nihala) od ene celice do druge. Jasno je, da bodo druge celice v drugem trenutku bolj ali manj poseljene, vendar se bo gostota zraka še vedno spreminjala naključno. Koncept nihanja gostote zraka je mogoče razložiti na drug način. Ne osredotočimo se na določen trenutek v času, ampak na neko poljubno izbrano celico prostora. Sčasoma bo število molekul v celici nihalo, pri čemer se upošteva več različnih časov. Preprosto povedano, gostota zraka na dani točki se sčasoma naključno spreminja. Te lokalne nehomogenosti v gostoti zraka so sipalna središča, ki določajo modro barvo dnevnega neba in rdečo barvo zahajajočega sonca. Prisotnost drobnega prahu in vodnih kapljic v zraku povzroča dodatno sipanje in do neke mere vpliva na barvo neba in sončnega zahoda. Vendar je temeljni vzrok sipanje svetlobe zaradi nihanja gostote zraka. Narava teh nihanj je v veliki meri odvisna od stanja ozračja: temperature različnih plasti zraka, narave in moči vetra. Zato je v mirnem, jasnem vremenu sončni zahod zlat, v vetrovnem vremenu pa vijoličen.
Zeleni žarek
Čudovit pogled - zeleni žarek. Svetlo zelena svetloba utripa nekaj sekund, ko je skoraj celoten sončni disk izginil za obzorjem. To se vidi v takih večerih, ko Sonce močno sije do sončnega zahoda in skoraj ne spremeni svoje barve. Pomembno je, da ima obzorje jasno črto brez kakršnih koli neravnin: gozdov, zgradb itd. Te pogoje je najlažje doseči na morju.
Pojav zelenega žarka lahko pojasnimo z upoštevanjem spremembe lomnega količnika s frekvenco svetlobe. Običajno se lomni količnik povečuje z naraščajočo frekvenco. Višje frekvenčni žarki se močneje lomijo. To pomeni, da se modrozeleni žarki močneje lomijo kot rdeči
Predpostavimo, da v ozračju obstaja lom svetlobe, ni pa sipanja svetlobe. V tem primeru bi morali biti zgornji in spodnji rob sončnega diska blizu črte obzorja obarvani v barvah mavrice. Zaradi poenostavitve naj bosta v spektru sončne svetlobe samo dve barvi - zelena in rdeča; "Beli" sončni disk je v tem primeru mogoče obravnavati v obliki zelenega in rdečega diska, ki sta nameščena drug na drugega. Lom svetlobe v ozračju dvigne zeleni disk nad obzorjem v večji meri kot rdeči. Zgornji rob sončnega diska bi bil zelen, spodnji pa rdeč; v osrednjem delu diska bi opazili mešanico barv, to je belo barvo.
V resnici ne moremo prezreti sipanja svetlobe v ozračju. Kot že vemo, vodi do tega, da se žarki z višjo frekvenco učinkoviteje izločijo iz svetlobnega žarka, ki prihaja od sonca. Tako ne bomo videli zelene obrobe na vrhu diska in celoten disk bo videti rdečkast in ne bel. Če pa je skoraj celoten sončni disk zašel za obzorje, ostane samo njegov zgornji rob in je vreme jasno in mirno, zrak čist (zato je sipanje svetlobe minimalno), potem lahko v tem primeru vidimo svetlo zelen rob sonca skupaj s sipom svetlih, zelenih žarkov. Pa vendar bomo videli zeleno, ker se je modra razpršila v ozračju.
"Slepi» bend
Še en neverjeten pojav: včasih se zdi, da Sonce ne zaide za jasno vidno črto obzorja, ampak za neko nevidno črto, ki se nahaja nad obzorjem. Zanimivo je, da se ta pojav opazi v odsotnosti kakršne koli oblačnosti. Če se hitro povzpnete na vrh hriba, lahko opazite še bolj čudno sliko: zdaj sonce zaide za obzorje, hkrati pa se zdi, da je sončni disk odrezan z vodoravnim slepim trakom. Sonce postopoma tone vse nižje, položaj slepega traku glede na obzorje pa ostaja nespremenjen.
Vzorec sončnega zahoda opazimo, če je zrak blizu zemeljske površine precej hladen, nad njim pa je plast razmeroma toplega zraka. V tem primeru se lomni količnik zraka spreminja z nadmorsko višino a) Prehod iz spodnje hladne plasti zraka v toplo plast nad njo lahko privede do precej močnega zmanjšanja lomnega količnika. Zaradi poenostavitve predpostavimo, da se ta padec pojavi nenadoma, zato je med hladnimi in toplimi plastmi jasno definiran vmesnik, ki se nahaja na določeni višini h0 nad zemeljsko površino. Omenjeni skok b) kjer nx označuje lomni količnik zraka v hladni plasti, nt pa v topli plasti blizu meje s hladno.
Refrakcija
Čas sončnega vzhoda in zahoda kjerkoli na zemeljski obli na kateri koli dan v letu se precej natančno izračuna z uporabo astronomskih formul. Toda v resnici izračunani čas sončnega vzhoda in zahoda ter dejanski čas ne sovpadata vedno. Dejstvo je, da atmosfera, ki obkroža Zemljo, naredi svoje "prilagoditve".
Z višino se gostota zraka hitro zmanjšuje. Skupaj z gostoto se spreminjata lomni količnik in hitrost širjenja elektromagnetnega valovanja v ozračju.
Refrakcija imenujemo lom elektromagnetnega valovanja v atmosferi zaradi nehomogenosti gostote zraka, tako v vodoravni kot še posebej močno v navpični smeri. Poti elektromagnetnih valov v ozračju so kompleksne krivulje.
Neposredna posledica loma sončne svetlobe je daljšanje dneva. Ko Sonce zaide, ko se njegov disk že potopi pod obzorje, ga lom dvigne in dan še vedno traja. Podobno je ob sončnem vzhodu: Sonce je še vedno pod obzorjem, vendar ga zaradi refrakcije že vidimo, torej se dan začne pred dejanskim sončnim vzhodom.
Podaljšanje dneva je odvisno od zemljepisne širine kraja in deklinacije Sonca na določen dan. V srednjih zemljepisnih širinah se zaradi refrakcije dan običajno poveča za največ 8 - 12 minut. Če se po zemeljskem površju premikamo proti poloma, postaja daljšanje dneva vse izrazitejše. Na polih zemeljske oble, kjer naj bi polarni dan in polarna noč trajala točno šest mesecev, se izkaže, da je polarni dan 14 dni daljši od polarne noči.
Halo
Ko Sonce ali Luna sijeta skozi tanke cirostratusne oblake iz ledenih kristalov, se na nebu pogosto pojavijo svetlobni pojavi, imenovani haloji. Halo pojavi so zelo raznoliki.
V trenutkih blizu sončnega zahoda ali vzhoda se nad Soncem, včasih pa tudi pod njim, pojavijo svetlobni stebri.
Pogostost haloja je določena s pogostostjo pojavljanja cirostratusnih oblakov. Pogosto na nebu opazimo več halo oblik hkrati. V Sankt Peterburgu so 18. julija 1794 opazili zapleten kompleks različnih halojev. Na nebu je bilo hkrati opazovanih 12 različnih krogov in lokov, od tega 9 barvnih. Opisani so bili tudi drugi kompleksni haloji, ki so jih opazili na različnih mestih po svetu.
Istočasno pojavljanje na nebu več sonc, svetlobnih križev, poševnih lokov, ki so se, zlasti ob zori, zdeli kot »krvavi meči«, je v preteklosti vzbujalo strah pri ljudeh, vzbujalo vraževerje in je bilo dojeto kot znanilec velikih težav - vojna, lakota.
Ledeni kristali v oblakih
Kako nastanejo haloji? Vse oblike halojev so posledica loma sončnih ali luninih žarkov v ledenih kristalih oblaka ali njihovega odboja od stranskih ploskev ali podstavkov kristalov v obliki šesterokotnih stebrov ali plošč. Strogo gledano se na kristalih pojavi uklon sončnih ali luninih žarkov.
Halo na Antarktiki
Najpogosteje se različni haloji pojavljajo na celinskih postajah, ki se nahajajo na ledeni kupoli Antarktike in na njenem pobočju na nadmorski višini 2700 - 3500 m.
Če ni gostih snežnih oblakov, ko sije Sonce, se pojavijo nenavadno svetli in beli haloji. Pogosto so vidne samo spodnje polovice avreolskih krogov.
Haloje na Antarktiki pogosto opazimo ves dan; spreminjajo se le njihova oblika in svetlost barv.
Drug zanimiv svetlobni pojav, ki je bil opažen samo v globinah Antarktike, je mavrični ali obarvani padajoči sneg. Opazujemo ga le, ko je Sonce nizko, in da bi ga bolje videli, se morate uleči na sneg in pogledati proti Soncu. Snežni nanosi, ki jih hitro premika veter in na poti naletijo na snežne sastruge, letijo navzgor in tvorijo majhne in velike večbarvne fontane, ki utripajo v vseh barvah mavrice.
Barvni padajoči sneg nastane kot posledica loma sončne svetlobe v votlih ledenih kristalih, ki sestavljajo padajoči sneg, in v kristalih, ki se usedajo iz oblakov. Izvor barvnega nanosa snega je podoben »igri« svetlobe v kristalnih lestencih, obeskih in diamantnem nakitu.
Mirage
Beseda fatamorgana je francoskega izvora in ima dva pomena: »odsev« in »varljivo videnje«. Oba pomena te besede dobro odražata bistvo pojava. Fatamorgana je slika predmeta, ki dejansko obstaja na Zemlji, pogosto povečana in močno popačena. Fatamorgano je mogoče skicirati, fotografirati, posneti, kar se je že večkrat zgodilo. Obstaja več vrst fatamorgane, odvisno od tega, kje se slika nahaja glede na predmet. Miraže so: zgornje, spodnje, stranske in kompleksne. lom sončno nihanje nanos snega
Najpogosteje opazovane zgornje in spodnje fatamorgane se pojavljajo z nenavadno porazdelitvijo gostote po višini, ko je na določeni višini ali blizu same površine Zemlje razmeroma tanka plast zelo toplega zraka, v kateri žarki, ki prihajajo iz zemeljskih objektov, doživljajo popolno notranji odsev.
Zgornje fatamorgane
Pri vrhunskih fatamorganah se slika nahaja nad objektom. Takšne fatamorgane se pojavijo, ko se gostota zraka in lomni količnik hitro zmanjšujeta z nadmorsko višino.
Nad mrzlimi morji ali nad ohlajenimi kopnimi površinami je pogosto opaziti razširitev obzorja. Zdi se, da se zemlja nekoliko poravna in zelo oddaljeni predmeti se dvignejo iz obzorja in postanejo vidni.
"Duhovno"hjesti
Očitno bi moralo število zgornjih prividov vključevati vsaj del tako imenovanih dežel duhov, ki so jih desetletja iskali na Arktiki in jih nikoli niso našli. To so dežele Andreev, Gilles, Oscar, Sannikov in drugi. Posebno dolgo so iskali Sannikovo deželo.
Leta 1811 se je Sannikov s psi odpravil po ledu do skupine Novosibirskih otokov in s severne konice otoka Kotelny zagledal neznani otok v oceanu. Ni ga mogel doseči - na poti so bile ogromne ledene luknje. Sannikov je o odkritju novega otoka poročal carski vladi. Avgusta 1886 E.V. Tol je med svojo ekspedicijo na novosibirske otoke videl tudi otok Sannikov.
Tol je dal 16 let svojega življenja iskanju Sannikove dežele. Organiziral in vodil je tri odprave na območje Novosibirskih otokov. Med zadnjo odpravo na škuni "Zarya" je Tolyina odprava umrla, ne da bi našla Sannikovo deželo. Nihče več ni videl Sannikove dežele. Morda je šlo za fatamorgano, ki se pojavi na istem mestu ob določenih obdobjih leta. Tako Sannikov kot Tol sta videla privid istega otoka, ki se nahaja v tej smeri, le veliko dlje v oceanu.
Angleški polarni raziskovalec Robert Scott je leta 1902 predlagal, da obstaja gorovje dlje za obzorjem. Gorovje je kasneje odkril norveški polarni raziskovalec Roald Amundsen in točno tam, kjer je Scott pričakoval, da bo.
"Leteči Nizozemec"
Leteči Holandec je srhljiva jadrnica nenavadno velike velikosti brez vidne posadke na krovu. Nenadoma se je pojavilo, hodilo tiho, se ni odzivalo na signale, in prav tako nenadoma izginilo. Srečanje z Letečim Nizozemcem je veljalo za usodno; čakati je bilo treba na nevihto ali drugo katastrofo.
Brez dvoma je šlo za vrhunsko fatamorgano, torej za podobo neke navadne jadrnice, ki je mirno plula nekje daleč za obzorjem, njena povečana in popačena podoba pa se je v obliki vrhunske fatamorgane dvigala v zrak. , in so ga zamenjali za "Letečega Nizozemca". Mirage se seveda ni odzval na signale drugih ladij. Zdaj je "Leteči Nizozemec" v obliki jadrnice izginil iz morij in oceanov, saj so jadrnice postale redke. Pogosto lahko vidite fatamorgane ladij, ki plujejo izza vidnega obzorja.
Inferiorni mirage
Spodnje fatamorgane se pojavijo, ko temperatura z višino zelo hitro pada. Fatamorgana se imenuje spodnja fatamorgana, ker je pod objektom postavljena slika predmeta. Pri spodnjih fatamorganah se zdi, kot da je pod predmetom vodna gladina in v njej se zrcalijo vsi predmeti.
Odboj v tanki plasti zraka, segretega od zemeljske površine, je popolnoma podoben odboju v vodi. Le zrak sam igra vlogo ogledala. Stanje zraka, v katerem se pojavljajo manjvredne fatamorgane, je izjemno nestabilno. Navsezadnje leži spodaj, pri tleh, močno segret in zato lažji zrak, nad njim pa hladnejši in težji zrak. Curki vročega zraka, ki se dvigajo od tal, predrejo plasti hladnega zraka. Zaradi tega se privid spreminja pred našimi očmi, zdi se, da je površina "vode" vznemirjena. Dovolj je že majhen sunek vetra ali sunek in nastane kolaps, torej prevrnejo se zračne plasti. Težak zrak bo hitel navzdol, uničil zračno ogledalo in fatamorgana bo izginila.
Ugodni pogoji za pojav spodnjih fatamorgane so homogena, ravna podzemna površina Zemlje, ki se pojavlja v stepah in puščavah, ter sončno vreme brez vetra.
Navidezna površina vode ali jezera, ki jo vidimo v fatamorgani, je pravzaprav odsev neba. Delčki neba se odsevajo v zračnem ogledalu in ustvarjajo popolno iluzijo sijoče vodne površine. Takšne fatamorgane so vidne poleti, ob sončnih dneh nad asfaltnimi cestami ali ravno peščeno plažo.
Stranske fatamorgane
Stranske fatamorgane se lahko pojavijo, ko so plasti zraka enake gostote v atmosferi poševne ali celo navpične. Takšne razmere nastanejo poleti, zjutraj kmalu po sončnem vzhodu, na skalnatih obalah morja ali jezera, ko je obala že obsijana s Soncem, gladina vode in zrak nad njo pa sta še hladna. Stranska fatamorgana se lahko pojavi ob kamniti steni hiše, ki jo ogreva sonce, in celo ob strani ogrevane peči.
Fata Morgana
Zapletene vrste fatamorgane ali Fata Morgana se pojavijo, ko hkrati obstajajo pogoji za pojav zgornje in spodnje fatamorgane. Gostota zraka z višino najprej narašča, nato pa tudi hitro upada. Pri takšni porazdelitvi gostote zraka je stanje ozračja zelo nestabilno in podvrženo nenadnim spremembam. Zato se videz fatamorgane spreminja pred našimi očmi. Najbolj navadne skale in hiše se zaradi večkratnih popačenj in povečav pred našimi očmi spremenijo v čudovite gradove vile Morgane.
Mavrica
Običajno opažena mavrica je barvni lok, viden na zavesi dežja ali prog padajočega dežja, ki pogosto ne doseže površine zemlje. Mavrica je vidna v smeri neba nasproti Sonca in vedno, ko Sonce ni prekrito z oblaki. Takšni pogoji se najpogosteje ustvarijo med poletnimi padavinami.
Večina ljudi, ki je večkrat opazovala mavrico, ne vidi ali bolje rečeno ne opazi dodatnih lokov v obliki najnežnejših barvnih lokov znotraj prve in zunaj druge mavrice. Ti barvni loki se nepravilno imenujejo dodatni - v resnici so tako osnovni kot prva in druga mavrica. Ti loki ne tvorijo celega polkroga ali velikega loka in so vidni le v samih zgornjih delih mavrice. Prav v teh lokih, in ne v glavnih, je skoncentrirano največje bogastvo čistih barvnih tonov.
Vse mavrice so sončna svetloba, ki je razdeljena na svoje komponente in se premika po nebu tako, da se zdi, da prihaja iz dela neba, ki je nasproti tistemu, kjer se nahaja Sonce.
Celoten videz mavrice - širina lokov, prisotnost, lega in svetlost posameznih barvnih tonov, položaj dodatnih lokov je zelo odvisen od velikosti dežnih kapljic.
Po videzu mavrice lahko približno ocenite velikost dežnih kapljic, ki so to mavrico oblikovale. Na splošno velja, da večje kot so dežne kapljice, ožja in svetlejša je mavrica; za velike kapljice je značilna predvsem prisotnost bogate rdeče barve v glavni mavrici. Številni dodatni loki imajo tudi svetle barve in neposredno mejijo na glavne mavrice, brez vrzeli. Manjše kot so kapljice, širša in šibkejša postane mavrica z oranžnim ali rumenim robom. S površja Zemlje lahko opazujemo mavrico v najboljšem primeru v obliki polkroga, ko je Sonce na obzorju. Iz letala lahko vidite mavrico v obliki celega kroga.
Meglena mavrica
Bele mavrice se pojavljajo v naravi. Pojavijo se, ko sonce osvetli šibko meglo, sestavljeno iz kapljic s polmerom 0,025 mm ali manj. Imenujejo se meglene mavrice. Poleg glavne mavrice v obliki briljantno belega loka s komaj opaznim rumenkastim robom so včasih opazni obarvani dodatni loki: zelo šibek modri ali zeleni lok, nato pa belkasto rdeč. Podobno vrsto bele mavrice lahko vidite, ko reflektor za vami osvetli močno meglico ali rahlo meglo pred vami. Tudi ulična svetilka lahko ustvari, čeprav zelo šibko, belo mavrico, vidno na temnem ozadju nočnega neba.
Mesečeva mavrica
Podobno kot sončne se lahko pojavijo tudi lunine mavrice. So šibkejši in se pojavijo ob polni luni. Lunine mavrice so redkejši pojav kot sončne mavrice. Za njihov pojav je potrebna kombinacija dveh pogojev: polna luna, ki ni prekrita z oblaki, in močan dež. Mesečeve loke je mogoče opazovati kjerkoli na zemeljski obli, kjer sta izpolnjena zgornja dva pogoja.
Dnevne sončne mavrice, tudi tiste, ki jih tvorijo najmanjše kapljice dežja ali megle, so precej belkaste in svetle, vendar je njihov zunanji rob vsaj rahlo obarvan oranžno ali rumeno. Mavrice, ki jih tvorijo lunini žarki, nikakor ne upravičijo svojega imena, saj niso mavrične in izgledajo kot svetli, popolnoma beli loki.
Odsotnost rdeče barve v luninih lokih, tudi pri velikih kapljicah močnega dežja, je razloženo z nizko stopnjo osvetlitve ponoči, pri kateri se občutljivost očesa na rdeče žarke popolnoma izgubi. Preostali barvni žarki mavrice prav tako izgubijo velik del barvnega tona zaradi pomanjkanja barve v človeškem nočnem vidu.
Aurore
Aurora borealis so bliski svetlobe v obliki svetlih barvnih trakov. Aurore se pojavijo, ko elektroni in protoni, ki letijo iz vesolja, trčijo z atomi in molekulami v zgornji atmosferi. Posledica trka je emisija svetlobe – včasih bele, pogosteje zelene in rdeče. Po sončnem izbruhu je polarni sij vedno svetlejši in ga je mogoče opazovati na zemljepisnih širinah bližje ekvatorju.
Stari Rimljani so boginjo zore imenovali Aurora. Z njenim imenom so povezali tudi aurore, ki so jih občasno opazili na srednjih zemljepisnih širinah. Konec koncev, kot jutranja zarja, so bile te luči obarvane rožnato in rdeče. Z lahkimi rokami Rimljanov se je izraz "aurora" pozneje začel uporabljati za aurore. Trenutno se je ta izraz uveljavil v znanstveni literaturi; vsi pojavi, povezani z aurorami, se zdaj običajno imenujejo avroralni pojavi.
Vrste aurore
Polarni sij je vedno nenavadno veličasten spektakel. Polarni siji so zelo raznoliki. Toda kljub vsej raznolikosti je mogoče razlikovati več specifičnih oblik. Običajno obstajajo štiri glavne oblike.
Najenostavnejša oblika je homogena lok (enotni trak). Ima dokaj enakomeren sijaj, svetlejši na dnu loka in postopoma izginja na vrhu. Lok se običajno razteza čez celotno nebo v smeri vzhod-zahod; njegova dolžina doseže več tisoč kilometrov, debelina pa le nekaj kilometrov. Dolžina svetlečega traku v navpični smeri se meri v stotinah kilometrov; spodnji rob pasu je praviloma na nadmorski višini 100-150 km. Enakomerni loki (proge) so belkasto zelene, pa tudi rdečkaste ali vijolične.
Naslednja oblika aurore -- žarki . Na nebu so vidne ozke navpične svetleče črte, tesno postavljene ena za drugo, kot da veliko močnih reflektorjev, postavljenih v vrsto, sveti navzgor. Za opazovalca, ki ne gleda na auroro od strani, ampak neposredno od spodaj, se zdi, da se žarki zbirajo v višinah (učinek perspektive). Začenši z višine približno 100 km, se žarki raztezajo navzgor na stotine in celo tisoče kilometrov. Skupaj tvorita sijoč trak. Običajno je zelenkaste barve; pod črto ima pogosto rožnato-oranžno obrobo.
Še posebej impresivni so žarki, ki imajo obliko trakovi , ki lahko tvorijo gube ali se zvijajo v svojevrstne spirale. Velikanske zavese visijo visoko v nebo, se zibljejo, valovijo, spreminjajo obliko in svetlost. Debelina teh zaves je približno kilometer; v višino segajo od približno 100 do 400 km. Barva trakov je pretežno zelenkasto modra, s prehodom v rožnate in rdeče tone v spodnjem delu.
Na koncu je treba opozoriti na aurore, ki imajo zamegljeno obliko pike , podobno velikanskim žarečim oblakom; imenujemo jih difuzne lise. Posamezno mesto te vrste ima površino približno 100 km². Praviloma so lise belkaste ali rdečkaste barve. Nastanejo na nadmorski višini okoli 100 km, pa tudi na nadmorski višini 400...500 km. Različne oblike aurore se lahko pojavijo hkrati in se prekrivajo.
Žarki, trakovi, lise sploh ne mirujejo: premikajo se, hkrati pa se s časom spreminja intenzivnost njihovega sijaja. Hitrost gibanja žarkov in trakov lahko doseže več deset kilometrov na sekundo. Ponoči lahko opazujemo postopno preobrazbo ene oblike aurore v druge. Na primer, enakomeren lok se lahko nenadoma zlomi v žarke ali se spremeni v gube traku, slednji pa se lahko nato razkroji v oblaku podobne lise.
Vplivpolarnisijaj
Včasih so pojav aurore povezovali s tragičnimi pojavi v naravi in družbi. Je v osnovi teh vraževerij le strah pred nerazumljivimi, impresivnimi naravnimi pojavi? Zdaj je dobro znano, da sončni ritmi z različnimi obdobji (27 dni, 11 let itd.) vplivajo na različne vidike življenja na Zemlji. Sončne in magnetne nevihte (ter s tem povezane aurore) lahko povzročijo porast različnih bolezni, vključno z boleznimi srčno-žilnega sistema. Sončevi cikli so povezani s podnebnimi spremembami na Zemlji, pojavom suš in poplav, potresi itd. Vse to nas znova prisili, da resno razmišljamo o povezavi aurore z zemeljskimi kataklizmami in nesrečami. Mogoče stare ideje o taki povezavi le niso tako neumne?
Aurore signalizirajo kraj in čas vpliva kozmosa na zemeljske procese. Vdor nabitih delcev, ki jih povzroča, vpliva na številne vidike našega življenja. Vsebnost ozona in električni potencial ionosfere se spremenita, segrevanje ionosferske plazme pa vzbudi valove v ozračju. Vse to vpliva na vreme. Zaradi dodatne ionizacije začnejo v ionosferi teči znatni električni tokovi, katerih magnetna polja popačijo zemeljsko magnetno polje, kar neposredno vpliva na zdravje mnogih ljudi. Kozmos tako preko polarnega sija in z njim povezanih procesov vpliva na naravo okoli nas in njene prebivalce.
Zaključek
Pisanje eseja je bilo zabavno in zanimivo: nisem le podajal informacij, ampak sem z zanimanjem izvedel zanimive stvari.
Po pisanju eseja sem izvedel nekaj pojavov, ki jih še nisem videl. Zdaj bom pogosteje opazoval nebo: zelo si želim videti nekaj pojavov, za katere že poznam razlago. Še posebej so me zanimale stvari, kot so zeleni žarek, "slepi" trak in fatamorgane. In nekateri pojavi mi niso več nerazumljivi: navsezadnje ima vse razlago s fizikalnega vidika, le vse še ni raziskano.
Izvedel sem, zakaj je nebo modro, kako in kje se svetloba razprši v atmosferi, kaj je nihanje, kako nastane mavrica in še marsikaj. Toda v naravi je še veliko skrivnosti, nič manj zanimivih.
Bibliografija
1. Tarasov "Fizika v naravi"
2. Ian Nicholson prevedel V. N. Mikhailov Enciklopedija "Vesolje"
Objavljeno na Allbest.ru
Podobni dokumenti
Interakcija elektromagnetnega valovanja s snovjo. Odboj in lom svetlobe z dielektriki. Huygens-Fresnelov princip. Lom svetlobe. Grafični dodatek sekundarnih amplitud valov. Uklon ravnega svetlobnega vala in sferičnega svetlobnega vala.
povzetek, dodan 25.11.2008
Opredelitev optike. Kvantne lastnosti svetlobe in z njimi povezani uklonski pojavi. Zakoni širjenja svetlobne energije. Klasični zakoni sevanja, širjenja in interakcije svetlobnih valov s snovjo. Pojavi refrakcije in absorpcije.
predstavitev, dodana 10.2.2014
Preučevanje procesov širjenja elektromagnetnih valov radijskega območja v ozračju, vesolju in debelini Zemlje. Refrakcija radijskih valov, vesoljske, podzemne in podvodne radijske komunikacije. Značilnosti širjenja hektometrskih (povprečnih) valov.
predstavitev, dodana 15.12.2011
Elektrodinamični pojavi v klimatskih modelih: električni naboji in elektrostatično polje, mehanizmi njihovega nastajanja in prerazporeditve v konvektivnem oblaku. Pojav strele kot vir dušikovih oksidov v ozračju in nevarnost požara.
tečajna naloga, dodana 07.08.2013
Fatamorgana je optični pojav v ozračju: odboj svetlobe na meji med plastmi zraka, ki se močno razlikujejo po gostoti. Razvrstitev fatamorgane na spodnje, vidne pod objektom, zgornje in stranske. Nastanek in opis Fata Morgane (popačena podoba).
predstavitev, dodana 26.09.2011
Zemljina atmosfera kot optični sistem. Vede, ki proučujejo svetlobne pojave v ozračju. Barva neba, parhelij (lažna sonca). Svetlobni (sončni) steber. Skoraj vodoravni lok ali ognjena mavrica. Razpršen sijaj nočnega neba.
predstavitev, dodana 15.06.2014
Valovne dolžine svetlobe. Zakon premočrtnega širjenja svetlobe. Relativni lomni količniki. Pojav popolnega notranjega odboja za konstrukcijo svetlobnih vodnikov. Vektor gostote energijskega toka. Fazne in skupinske hitrosti monokromatskega vala.
povzetek, dodan 20.03.2014
Kaj je optika? Njegove vrste in vloga v razvoju sodobne fizike. Pojavi, povezani z odbojem svetlobe. Odvisnost odbojnega koeficienta od vpadnega kota svetlobe. Varnostna očala. Pojavi, povezani z lomom svetlobe. Mavrica, fatamorgana, aurora.
povzetek, dodan 01.06.2010
Lastnosti objektov in metode za merjenje elektronske gostote z elastičnim sipanjem. Eksperimentalne metode za študij Comptonovega sipanja. Atomski faktor sipanja, porazdelitev radialne elektronske gostote v litiju vzdolž Comptonovih profilov.
diplomsko delo, dodano 06.06.2011
Širjenje zvočnih valov v ozračju. Odvisnost hitrosti zvoka od temperature in vlažnosti. Zaznavanje zvočnih valov s človeškim ušesom, frekvenca in jakost zvoka. Vpliv vetra na hitrost zvoka. Značilnost infrazvokov je dušenje zvoka v ozračju.
