Przez długi czas miraże, migoczące postacie w powietrzu, zaniepokojeni i przerażeni ludzie. W dzisiejszych czasach naukowcy odkryli wiele tajemnic przyrody, w tym zjawisk optycznych. Nie są zaskoczeni naturalnymi tajemnicami, których istotę od dawna badano. W dzisiejszych czasach w liceum zjawiska optyczne są nauczane w fizyce w 8 klasie, więc każdy uczeń może zrozumieć ich naturę.
Podstawowe koncepcje
Naukowcy starożytności wierzyli, że ludzkie oko widzi, wyczuwając przedmioty za pomocą najcieńszych macek. Optyka w tym czasie była nauką o wizji.
W średniowieczu optyka badała światło i jego istotę.
Dziś optyka jest częścią fizyki, która bada propagację światła przez różne media i jego interakcję z innymi substancjami. Wszystkie zagadnienia związane z widzeniem są badane przez optykę fizjologiczną.
Zjawiska optyczne to przejawy różnorodnych działań wykonywanych przez promienie światła. Są badane przez optykę atmosferyczną.
Niezwykłe procesy w atmosferze
Planeta Ziemia jest otoczona gazową powłoką zwaną atmosferą. Jego grubość to setki kilometrów. Bliżej Ziemi atmosfera jest gęstsza w kierunkuw górę jest rzadki. Właściwości fizyczne powłoki atmosferycznej ciągle się zmieniają, warstwy mieszają się. Zmień temperatury. Gęstość, przesunięcie przezroczystości.
Promienie światła kierują się od Słońca i innych ciał niebieskich w kierunku Ziemi. Przechodzą przez atmosferę ziemską, która służy im jako swoisty układ optyczny, zmieniając jego właściwości. Promienie światła odbijają, rozpraszają, przechodzą przez atmosferę, oświetlają ziemię. W pewnych warunkach tor promieni jest zagięty, więc zachodzą różne zjawiska. Fizycy rozważają najbardziej oryginalne zjawiska optyczne:
- zachód słońca;
- wygląd tęczy;
- światła północne;
- mirage;
- halo.
Przyjrzyjmy się im bliżej.
Aureola wokół Słońca
Samo słowo „halo” w języku greckim oznacza „koło”. Jakie zjawisko optyczne leży u jego podstaw?
Halo to proces załamywania i odbijania promieni, który zachodzi w kryształach chmur wysoko w atmosferze. Zjawisko to wygląda jak promienie świetlne w pobliżu Słońca, ograniczone ciemnym odstępem. Aureole zwykle tworzą się przed cyklonami i mogą być ich prekursorami.
Krople wody zamarzają w powietrzu i przybierają prawidłowy kształt pryzmatyczny z sześcioma bokami. Każdy zna sople pojawiające się w niższych warstwach atmosfery. Na górze takie lodowe igły swobodnie opadają w kierunku pionowym. Krystaliczne kry wirują, schodząc na ziemię, a jednocześnie układają się równoleglestosunek do ziemi. Osoba kieruje wzrokiem przez kryształy, które działają jak soczewki i załamują światło.
Inne pryzmaty są płaskie lub wyglądają jak gwiazdy z sześcioma promieniami. Promienie światła padające na kryształy nie mogą ulegać załamaniu ani wielu innym procesom. Rzadko zdarza się, że wszystkie procesy są wyraźnie widoczne, zwykle ta lub inna część zjawiska pojawia się wyraźniej, podczas gdy inne są słabo reprezentowane.
Mała aureola to okrąg wokół Słońca o promieniu około 22 stopni. Kolor koła jest od środka czerwonawy, następnie przechodzi w żółty, biały i miesza się z niebieskim niebem. Wewnętrzny obszar koła jest ciemny. Powstaje w wyniku załamania światła w igłach lodu unoszących się w powietrzu. Promienie w pryzmatach są odchylone pod kątem 22 stopni, więc te, które przeszły przez kryształy, wydają się obserwatorowi odchylone o 22 stopnie. Dlatego wnętrze wydaje się ciemne.
Kolor czerwony jest mniej załamany, pokazując najmniej odchylony od słońca. Następny jest żółty. Pozostałe promienie mieszają się i wydają się białe.
Wokół halo 22 stopni jest halo 46 stopni. Jej wewnętrzny obszar jest również czerwonawy, ponieważ światło załamuje się w igłach lodu, które są ustawione pod kątem 90 stopni w kierunku słońca.
Znana jest również aureola 90 stopni, świeci słabo, prawie nie ma koloru lub jest zabarwiona na czerwono na zewnątrz. Naukowcy nie zbadali jeszcze w pełni tej odmiany.
Aureola wokół Księżycai inne gatunki
To zjawisko optyczne jest często obserwowane, gdy na niebie znajdują się lekkie chmury i wiele miniaturowych krystalicznych kry lodowej. Każdy taki kryształ jest rodzajem pryzmatu. Zasadniczo ich kształt to wydłużone sześciokąty. Światło wpada do przedniego obszaru krystalicznego i wychodząc z przeciwległej części jest załamywane o 22 stopnie.
W zimie w zimnym powietrzu w pobliżu latarni ulicznych widać aureolę. Wyłania się ze światła latarni.
Aureola wokół Słońca może również tworzyć się w mroźnym, śnieżnym powietrzu. Płatki śniegu unoszą się w powietrzu, światło przechodzi przez chmury. O zachodzie słońca to światło zmienia kolor na czerwony. W minionych wiekach przesądni ludzie byli przerażeni takimi zjawiskami.
Aureola może wyglądać jak okrąg w kolorze tęczy wokół Słońca. Wydaje się, że w atmosferze znajduje się wiele kryształów o sześciu ścianach, które jednak nie odbijają, lecz załamują promienie słoneczne. Większość promieni jest rozproszona i nie dociera do naszych oczu. Reszta promieni dociera do ludzkiego oka i dostrzegamy opalizujący krąg wokół Słońca. Jego promień wynosi około 22 stopnie lub 46 stopni.
Fałszywe słońce
Naukowcy zauważyli, że okrąg aureoli jest zawsze jaśniejszy po bokach. Tłumaczy się to tym, że spotykają się tutaj aureole pionowe i poziome. Na ich skrzyżowaniach mogą pojawić się fałszywe słońca. Dzieje się tak szczególnie często, gdy Słońce znajduje się blisko horyzontu, kiedy to nie widzimy już części pionowego okręgu.
Fałszywe słońce jest również zjawiskiem optycznym, rodzajem halo. Pojawia się z powodukryształki lodu o sześciu twarzach, w kształcie gwoździ. Takie kryształy unoszą się w atmosferze w kierunku pionowym, światło załamuje się w ich bocznych ścianach.
Trzecie "słońce" może również powstać, jeśli tylko powierzchnia okręgu halo jest widoczna nad prawdziwym słońcem. Może to być odcinek łuku lub świetlista plama o niezrozumiałym kształcie. Czasami fałszywe słońca są tak jasne, że nie da się ich odróżnić od prawdziwego Słońca.
Tęcza
Jest to atmosferyczne zjawisko optyczne w postaci niepełnego koła o różnych kolorach.
Religie starożytności uważały tęczę za most z nieba na ziemię. Arystoteles uważał, że tęcza pojawia się dzięki odbiciu kropli światła słonecznego. Jakie zjawisko optyczne może jeszcze zadowolić człowieka tak bardzo jak tęcza?
W XVII wieku Kartezjusz badał naturę tęczy. Później Newton eksperymentował ze światłem i uzupełniał teorię Kartezjusza, ale nie mógł zrozumieć powstawania kilku tęczy, braku w nich poszczególnych odcieni kolorów.
Pełną teorię tęczy przedstawił w XIX wieku astronom z Anglii D. Erie. To on zdołał ujawnić wszystkie procesy tęczy. Opracowana przez niego teoria jest nadal akceptowana.
Tęcza pojawia się, gdy światło słoneczne uderza w kurtynę wody deszczowej w obszarze nieba naprzeciw Słońca. Środek tęczy znajduje się w punkcie po przeciwnej stronie Słońca, to znaczy nie jest widoczny dla ludzkiego oka. Łuk tęczy jest częścią okręgu wokół tego centralnego punktu.
Kolory tęczy są ułożone w określonej kolejności. Jest stały. Czerwony znajduje się na górnej krawędzi, fioletowy na dole. Pomiędzy nimi kolory układają się w ścisłej aranżacji. Tęcza nie zawiera wszystkich istniejących kolorów. Przewaga koloru zielonego wskazuje na przejście do sprzyjającej pogody.
Zorza polarna
Jest to poświata w górnych warstwach magnetycznych atmosfery z powodu wzajemnego oddziaływania atomów i pierwiastków wiatru słonecznego. Zorza polarna jest zwykle zielona lub niebieska z nutami różu i czerwieni. Mogą mieć postać wstążki lub plamki. Ich wybuchom często towarzyszą hałaśliwe dźwięki.
Miraż
Proste oszustwa mirażowe są znane każdemu. Na przykład podczas jazdy po rozgrzanym asfalcie miraż pojawia się jako powierzchnia wody. Nikogo to nie dziwi. Jakie zjawisko optyczne wyjaśnia pojawienie się miraży? Zajmijmy się tym zagadnieniem bardziej szczegółowo.
Mirage to optyczne zjawisko fizyczne w atmosferze, w wyniku którego oko widzi obiekty, które w normalnych warunkach są niewidoczne. Wynika to z załamania się wiązki światła, gdy przepływa ona przez warstwy powietrza. Obiekty znajdujące się w znacznej odległości mogą wznosić się lub opadać w stosunku do ich rzeczywistego położenia lub mogą być zniekształcone i przybierać dziwaczne kształty.
Brocken Ghost
Jest to zjawisko polegające na tym, że o zachodzie lub wschodzie słońca cień osoby znajdującej się na wzniesieniu nabiera niezrozumiałych proporcji, ponieważ pada na pobliskie chmury. To jest wyjaśnioneodbicie i załamanie promieni świetlnych przez kropelki wody w warunkach mgły. Zjawisko nazwano na cześć jednego ze szczytów niemieckich gór Harz.
Ogień Świętego Elma
Są to świecące pędzle w kolorze niebieskim lub fioletowym na masztach statków morskich. Światła mogą pojawiać się na wysokościach górskich, na budynkach o imponującej wysokości. Zjawisko to występuje z powodu wyładowań elektrycznych na końcach przewodników z powodu wzrostu napięcia elektrycznego.
Są to zjawiska optyczne rozważane na lekcjach w ósmej klasie. Porozmawiajmy o urządzeniach optycznych.
Wzory w optyce
Urządzenia optyczne to urządzenia przekształcające promieniowanie świetlne. Zwykle te urządzenia działają w świetle widzialnym.
Wszystkie urządzenia optyczne można podzielić na dwa typy:
- Urządzenia, na których uzyskuje się obraz na ekranie. Są to kamery, kamery filmowe, urządzenia projekcyjne.
- Urządzenia, które wchodzą w interakcję z ludzkim okiem, ale nie tworzą obrazów na ekranie. To jest lupa, mikroskop, teleskopy. Te urządzenia są uważane za wizualne.
Aparat to urządzenie optomechaniczne służące do uzyskiwania obrazów obiektu na kliszy. Konstrukcja aparatu obejmuje aparat i obiektywy tworzące obiektyw. Obiektyw tworzy odwrócony miniaturowy obraz obiektu uchwyconego na kliszy. Wynika to z działania światła.
Obraz jest początkowo niewidoczny, ale dzięki rozwijanemu rozwiązaniu staje się widoczny. Ten obraz nazywa sięnegatywne, w jasnych miejscach wyglądają na ciemne i odwrotnie. Zrób pozytyw z negatywu na papierze światłoczułym. Używając powiększalnika zdjęć, obraz jest powiększany.
Szkło powiększające to soczewka lub system soczewek zaprojektowany do powiększania obiektów podczas patrzenia na nie. Szkło powiększające umieszcza się obok oka, wybiera się odległość, z której obiekt jest wyraźnie widoczny. Zastosowanie lupy polega na zwiększeniu kąta widzenia, z którego oglądany jest obiekt.
Aby uzyskać większe powiększenie kątowe, użyj mikroskopu. W tym urządzeniu powiększenie obiektów następuje dzięki układowi optycznemu składającemu się z soczewki i okularu. Najpierw kąt widzenia zwiększa soczewka, potem okular.
Rozważyliśmy więc główne zjawiska i urządzenia optyczne, ich odmiany i cechy.
