Eine Person begegnet ständig Lichtphänomenen. Alles, was mit der Erscheinung von Licht, seiner Ausbreitung und Wechselwirkung mit Materie zusammenhängt, nennt man Lichtphänomene. Anschauliche Beispiele für optische Phänomene können sein: ein Regenbogen nach Regen, Blitze während eines Gewitters, das Funkeln der Sterne am Nachthimmel, das Lichtspiel in einem Wasserstrom, die Veränderlichkeit des Ozeans und des Himmels und viele andere.

Eine wissenschaftliche Erklärung physikalischer Phänomene und optische Beispiele erhalten Schülerinnen und Schüler in der 7. Klasse, wenn sie mit dem Physikstudium beginnen. Für viele wird die Optik der faszinierendste und mysteriöseste Bereich im Schulphysik-Lehrplan sein.

Was sieht die Person?

Das menschliche Auge ist so konstruiert, dass es nur die Farben des Regenbogens wahrnehmen kann. Heute ist bereits bekannt, dass das Spektrum des Regenbogens nicht auf Rot auf der einen und Lila auf der anderen Seite beschränkt ist. Auf Rot folgt Infrarot und auf Violett Ultraviolett. Viele Tiere und Insekten können diese Farben sehen, Menschen leider nicht. Andererseits kann eine Person Geräte herstellen, die Lichtwellen der entsprechenden Länge empfangen und aussenden.

Brechung von Strahlen

Sichtbares Licht ist ein Regenbogen aus Farben, und weißes Licht, wie z. B. Sonnenlicht, ist eine einfache Kombination dieser Farben. Wenn Sie ein Prisma in einen Strahl aus hellem weißem Licht stellen, zerfällt es in Farben oder in Wellen unterschiedlicher Länge, aus denen es besteht. Zuerst kommt Rot mit der längsten Wellenlänge, dann Orange, Gelb, Grün, Blau und schließlich Violett, das im sichtbaren Licht die kürzeste Wellenlänge hat.

Wenn Sie ein anderes Prisma nehmen, um das Licht des Regenbogens einzufangen, und es auf den Kopf stellen, werden alle Farben zu Weiß kombiniert. Es gibt viele Beispiele optischer Phänomene in der Physik, betrachten wir einige davon.

Warum ist der Himmel blau?

Junge Eltern sind oft ratlos über die auf den ersten Blick einfachsten Fragen nach ihrem kleinen Warum. Manchmal sind sie am schwierigsten zu beantworten. Nahezu alle Beispiele optischer Phänomene in der Natur lassen sich durch die moderne Wissenschaft erklären.

Das Sonnenlicht, das tagsüber den Himmel erhellt, ist weiß, was bedeutet, dass der Himmel theoretisch auch strahlend weiß sein müsste. Damit es blau aussieht, sind beim Durchgang durch die Erdatmosphäre einige Prozesse mit Licht notwendig. Folgendes passiert: Ein Teil des Lichts durchdringt den freien Raum zwischen den Gasmolekülen in der Atmosphäre, erreicht die Erdoberfläche und behält dieselbe weiße Farbe wie zu Beginn der Reise. Aber Sonnenlicht trifft auf Gasmoleküle, die wie Sauerstoff absorbiert und dann in alle Richtungen gestreut werden.

Die Atome in den Gasmolekülen werden durch das absorbierte Licht aktiviert und senden wiederum Lichtphotonen unterschiedlicher Wellenlängen von rot bis violett aus. So geht ein Teil des Lichts zur Erde, der Rest zurück zur Sonne. Die Helligkeit des emittierten Lichts hängt von der Farbe ab. Für jedes rote Photon werden acht blaue Photonen freigesetzt. Daher ist blaues Licht achtmal heller als rotes. Intensives blaues Licht wird von Milliarden von Gasmolekülen aus allen Richtungen emittiert und erreicht unsere Augen.

bunter Bogen

Früher dachten die Menschen, Regenbögen seien Zeichen, die ihnen von den Göttern geschickt wurden. In der Tat tauchen wunderschöne bunte Bänder immer aus dem Nichts am Himmel auf und verschwinden dann genauso mysteriös. Heute wissen wir, dass der Regenbogen eines der Beispiele für optische Phänomene in der Physik ist, aber wir hören nicht auf, ihn jedes Mal zu bewundern, wenn wir ihn am Himmel sehen. Das Interessante ist, dass jeder Betrachter einen anderen Regenbogen sieht, der durch Lichtstrahlen hinter ihm und Regentropfen vor ihm entsteht.

Woraus bestehen Regenbögen?

Das Rezept für diese optischen Phänomene in der Natur ist einfach: Wassertropfen in der Luft, Licht und ein Beobachter. Aber es reicht nicht, dass die Sonne während des Regens erscheint. Es sollte niedrig sein, und der Beobachter sollte so stehen, dass die Sonne hinter ihm steht, und auf die Stelle schauen, an der es regnet oder gerade geregnet hat.

Ein Sonnenstrahl, der aus dem fernen Weltraum kommt, überholt einen Regentropfen. Der Regentropfen wirkt wie ein Prisma und bricht jede im weißen Licht verborgene Farbe. Wenn also ein weißer Strahl durch einen Regentropfen geht, spaltet er sich plötzlich in wunderschöne mehrfarbige Strahlen auf. Im Inneren des Tropfens treffen sie auf die Innenwand des Tropfens, die wie ein Spiegel wirkt, und die Strahlen werden in die gleiche Richtung reflektiert, aus der sie in den Tropfen eingetreten sind.

Das Endergebnis ist ein Regenbogen aus Farben, der sich über den Himmel wölbt – Licht, das von Millionen winziger Regentropfen gebeugt und reflektiert wird. Sie können wie kleine Prismen wirken und weißes Licht in ein Spektrum von Farben aufspalten. Aber es muss nicht immer regnen, um einen Regenbogen zu sehen. Licht kann auch durch Nebel oder Meeresdämpfe gebrochen werden.

Welche Farbe hat das Wasser?

Die Antwort liegt auf der Hand - Wasser hat eine blaue Farbe. Wenn Sie reines Wasser in ein Glas gießen, wird jeder seine Transparenz sehen. Das liegt daran, dass zu wenig Wasser im Glas ist und die Farbe zu blass ist, um es zu sehen.

Beim Befüllen eines großen Glasbehälters sieht man den natürlichen Blaustich des Wassers. Seine Farbe hängt davon ab, wie Wassermoleküle Licht absorbieren oder reflektieren. Weißes Licht besteht aus einem Regenbogen von Farben, und Wassermoleküle absorbieren die meisten roten bis grünen Farben, die sie durchdringen. Und der blaue Anteil wird zurückreflektiert. Wir sehen also blau.

Sonnenaufgänge und Sonnenuntergänge

Dies sind auch Beispiele für optische Phänomene, die eine Person jeden Tag beobachtet. Wenn die Sonne auf- und untergeht, lenkt sie ihre Strahlen in einem Winkel dorthin, wo sich der Betrachter befindet. Sie haben einen längeren Weg als wenn die Sonne im Zenit steht.

Die Luftschichten über der Erdoberfläche enthalten oft viel Staub oder mikroskopisch kleine Feuchtigkeitspartikel. Die Sonnenstrahlen treffen schräg auf die Oberfläche und werden gefiltert. Rote Strahlen haben die längste Wellenlänge der Strahlung und gelangen daher leichter zum Boden als blaue Strahlen, die kurze Wellen haben, die von Staub- und Wasserpartikeln abgewehrt werden. Daher beobachtet ein Mensch während der Morgen- und Abenddämmerung nur einen Teil der Sonnenstrahlen, die die Erde erreichen, nämlich rote.

Planet Lichtshow

Eine typische Aurora ist eine vielfarbige Aurora am Nachthimmel, die jede Nacht am Nordpol beobachtet werden kann. Riesige Streifen aus blaugrünem Licht, die mit Orange und Rot gesprenkelt sind, bewegen sich in bizarren Formen und erreichen manchmal eine Breite von über 160 km und eine Länge von 1.600 km.

Wie lässt sich dieses atemberaubende optische Phänomen erklären? Auroras erscheinen auf der Erde, aber sie werden durch Prozesse verursacht, die auf der fernen Sonne ablaufen.

Wie läuft alles?

Die Sonne ist ein riesiger Gasball, der hauptsächlich aus Wasserstoff- und Heliumatomen besteht. Sie alle haben Protonen mit positiver Ladung und Elektronen mit negativer Ladung, die sich um sie drehen. Ein Halo aus heißem Gas breitet sich in Form des Sonnenwinds ständig im Weltraum aus. Diese unzähligen Protonen und Elektronen rasen mit einer Geschwindigkeit von 1000 km pro Sekunde dahin.

Wenn Sonnenwindpartikel die Erde erreichen, werden sie vom starken Magnetfeld des Planeten angezogen. Die Erde ist ein riesiger Magnet mit Magnetlinien, die am Nord- und Südpol zusammenlaufen. Die angezogenen Teilchen strömen entlang dieser unsichtbaren Linien in der Nähe der Pole und kollidieren mit den Stickstoff- und Sauerstoffatomen, aus denen die Erdatmosphäre besteht.

Manche Atome der Erde verlieren ihre Elektronen, andere werden mit neuer Energie aufgeladen. Nach der Kollision mit den Protonen und Elektronen der Sonne geben sie Lichtphotonen ab. Beispielsweise zieht Stickstoff, der Elektronen verloren hat, violettes und blaues Licht an, während geladener Stickstoff dunkelrot leuchtet. Geladener Sauerstoff gibt grünes und rotes Licht ab. So lassen die geladenen Teilchen die Luft in vielen Farben schimmern. Das ist das Nordlicht.

Luftspiegelungen

Es sollte sofort festgestellt werden, dass Luftspiegelungen keine Erfindung menschlicher Vorstellungskraft sind, sie können sogar fotografiert werden, sie sind fast mystische Beispiele optischer physikalischer Phänomene.

Es gibt viele Beweise für die Beobachtung von Luftspiegelungen, aber die Wissenschaft kann eine wissenschaftliche Erklärung für dieses Wunder geben. Sie können so einfach sein wie ein Fleck Wasser inmitten heißen Sandes, oder sie können erstaunlich komplex sein und Visionen von hängenden Säulenburgen oder Fregatten konstruieren. All diese Beispiele optischer Phänomene entstehen durch das Spiel von Licht und Luft.

Lichtwellen krümmen sich, wenn sie zuerst warme, dann kalte Luft passieren. Heiße Luft ist dünner als kalte Luft, daher sind ihre Moleküle aktiver und divergieren über größere Entfernungen. Mit abnehmender Temperatur nimmt auch die Bewegung der Moleküle ab.

Visionen, die durch die Linsen der Erdatmosphäre gesehen werden, können stark verändert, komprimiert, erweitert oder invertiert sein. Dies liegt daran, dass Lichtstrahlen beim Durchgang durch warme und dann durch kalte Luft gebeugt werden und umgekehrt. Und jene Bilder, die ein Lichtstrahl mit sich trägt, zum Beispiel der Himmel, können sich auf heißem Sand spiegeln und wirken wie ein Stück Wasser, das sich bei Annäherung immer wegbewegt.

Fata Morganas sind meist auf große Entfernungen zu beobachten: in Wüsten, Meeren und Ozeanen, wo sich gleichzeitig heiße und kalte Luftschichten unterschiedlicher Dichte befinden können. Es ist der Durchgang durch verschiedene Temperaturschichten, der die Lichtwelle verdrehen kann und zu einer Vision führt, die etwas widerspiegelt und von der Fantasie als reales Phänomen dargestellt wird.

Heiligenschein

Für die meisten optischen Täuschungen, die man mit bloßem Auge sehen kann, liegt die Erklärung in der Brechung der Sonnenstrahlen in der Atmosphäre. Eines der ungewöhnlichsten Beispiele optischer Phänomene ist der Sonnenhalo. Grundsätzlich ist ein Halo ein Regenbogen um die Sonne. Er unterscheidet sich jedoch sowohl im Aussehen als auch in seinen Eigenschaften vom üblichen Regenbogen.

Dieses Phänomen hat viele Varianten, von denen jede auf ihre eigene Weise schön ist. Aber für das Auftreten irgendeiner Art dieser optischen Täuschung sind bestimmte Bedingungen notwendig.

Ein Halo entsteht am Himmel, wenn mehrere Faktoren zusammentreffen. Meistens ist es bei frostigem Wetter mit hoher Luftfeuchtigkeit zu sehen. Gleichzeitig befinden sich viele Eiskristalle in der Luft. Beim Durchbrechen wird das Sonnenlicht so gebrochen, dass es einen Bogen um die Sonne bildet.

Und obwohl die letzten 3 Beispiele für optische Phänomene von der modernen Wissenschaft leicht erklärt werden können, bleiben sie für einen gewöhnlichen Beobachter oft mystisch und ein Rätsel.

Nachdem wir die wichtigsten Beispiele für optische Phänomene betrachtet haben, kann man davon ausgehen, dass viele von ihnen trotz ihrer Mystik und ihres Mysteriums von der modernen Wissenschaft erklärt werden. Aber vor den Wissenschaftlern gibt es noch viele Entdeckungen, Hinweise auf die mysteriösen Phänomene, die auf dem Planeten Erde und darüber hinaus auftreten.

Elektrische und optische Phänomene in der Atmosphäre. atmosphärische Phänomene. Elektrische und optische Phänomene in der Atmosphäre sind erstaunliche und manchmal gefährliche atmosphärische Phänomene.

Elektrische Phänomene in der Atmosphäre.

3. Elektrische Phänomene sind eine Manifestation atmosphärischer Elektrizität (Gewitter, Blitz, Aurora).

Gewitter - starke elektrische Entladungen in der Atmosphäre. Begleitet von böigen Winden, starkem Regen, hellen Lichtblitzen (Blitz) und harten Soundeffekten (Donner). Donnergrollen ist in einer Entfernung von bis zu zwanzig Kilometern zu hören. Der Grund sind Cumulonimbus-Wolken. Elektrische Entladungen können zwischen Wolken, innerhalb der Wolken selbst, zwischen Wolken und der Erdoberfläche auftreten. Ein Gewitter kann während der Bewegung einer Kalt- oder Warmfront von Luftmassen oder Intramassen frontal sein. Ein masseninternes Gewitter entsteht, wenn die Luft lokal erwärmt wird. Ein Gewitter ist ein sehr gefährliches Naturphänomen für den Menschen. In Bezug auf die Zahl der Todesopfer steht ein Gewitter an zweiter Stelle nach Überschwemmungen. Neugierige Wissenschaftler haben festgestellt, dass auf der Erde anderthalbtausend Gewitter gleichzeitig auftreten. 46 Blitze schlagen jede Sekunde ein! Nur an den Polen und in den Polarregionen gibt es kein Gewitter.

Zarnitsa Dabei handelt es sich um ein Lichtphänomen, bei dem Wolken oder der Horizont kurzzeitig von Blitzen angestrahlt werden. Blitze selbst werden nicht beobachtet. Grund ist ein weitreichendes Gewitter (in einer Entfernung von mehr als zwanzig Kilometern). Donner während des Blitzes ist nicht hörbar.

Polar Lichter- mehrfarbiges Leuchten des Nachthimmels in hohen Breiten. Grund ist eine starke Schwankung des Erdmagnetfeldes. Dabei wird eine große Menge an Energie freigesetzt. Die Dauer dieses Phänomens kann von einigen Minuten bis zu mehreren Tagen betragen.

Optische Phänomene in der Atmosphäre.

4. Optische Phänomene sind das Ergebnis der Beugung (Brechung) von Licht von der Sonne oder dem Mond (Trugbild, Regenbogen, Halo).

Mirage ist das Erscheinen eines imaginären Bildes eines wirklich existierenden Objekts. Normalerweise erscheinen imaginäre Objekte auf dem Kopf oder stark verzerrt. Der Grund ist die Krümmung der Lichtstrahlen aufgrund der optischen Inhomogenität der Luft. Atmosphärische Heterogenität tritt auf, wenn die Luft in unterschiedlichen Höhen ungleichmäßig erwärmt wird.

Regenbogen- ein großer mehrfarbiger Bogen vor dem Hintergrund von Regenwolken. Der äußere Teil des Regenbogens ist rot und der innere Teil ist lila. Oft erscheint auf der Außenseite des Regenbogens ein sekundärer Regenbogen, bei dem die Farben umgekehrt wechseln. Der Grund für das Auftreten ist die Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen in Wasserdampftröpfchen. Regenbogen sind nur zu sehen, wenn die Sonne tief am Horizont steht.

Heiligenschein- leichte rötliche Bögen, Kreise, Flecken, die um die Sonne oder den Mond herum erscheinen. Grund für das Auftreten ist die Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen an Eiskristallen in Cirrostratus-Wolken.

5. Nicht klassifizierte atmosphärische Phänomene sind alle Phänomene, die schwer einer anderen Art zuzuordnen sind (Bö, Tornado, Wirbelwind, Dunst).

Bö es ist eine unerwartete und starke Zunahme des Windes innerhalb von ein oder zwei Minuten. Der Wind erreicht Geschwindigkeiten von mehr als 10 Metern pro Sekunde. Der Grund ist die Bewegung von auf- und absteigenden Luftmassen. Die Bö wird von Gewittern, Starkregen und Cumulonimbus-Wolken begleitet.

Wirbel ist die Rotations- und Translationsbewegung großer Luftmassen. Der Durchmesser des Wirbels kann mehrere tausend Kilometer erreichen. Atmosphärische Wirbelstürme: Zyklon, Taifun.

Tornado oder Tornado - ein sehr starker Wirbelwind, der ein riesiger Trichter oder eine Wolkensäule ist. Der Durchmesser einer solchen Säule über dem Wasser kann bis zu 100 Meter und über dem Boden bis zu einem Kilometer betragen. Die Höhe des Tornados erreicht 10 Kilometer.

Wenn sich die Luft im Trichter oder in der Säule dreht, bildet sich eine Zone verdünnter Luft. Die Geschwindigkeit der Luftbewegung im Trichter wurde noch nicht bestimmt. Es gibt einfach keinen solchen Draufgänger, der es gewagt hat, mit Geräten in einen Trichter zu fallen. Ein Tornado zieht Wasser, Sand, Staub und andere Gegenstände an und trägt sie über beträchtliche Entfernungen. Die Lebensdauer eines Tornados reicht von wenigen Minuten bis zu anderthalb Stunden. Es entsteht in der Hitze und stammt aus einer Cumulonimbus-Wolke. Die Menschen haben den Mechanismus des Auftretens von Tornados noch nicht vollständig bestimmt.

Die Atmosphäre ist ein trübes, optisch inhomogenes Medium. Optische Phänomene sind das Ergebnis von Reflexion, Brechung und Beugung von Lichtstrahlen in der Atmosphäre.

Je nach Entstehungsursache werden alle optischen Phänomene in vier Gruppen eingeteilt:

1) Phänomene, die durch Lichtstreuung in der Atmosphäre verursacht werden (Dämmerung, Morgendämmerung);

2) Phänomene, die durch die Brechung von Lichtstrahlen in der Atmosphäre (Brechung) verursacht werden - Luftspiegelungen, Sternenfunkeln usw.;

3) Phänomene, die durch Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen an Tropfen und Wolkenkristallen (Regenbogen, Halo) verursacht werden;

4) Phänomene, die durch Lichtbeugung in Wolken und Nebel verursacht werden - Kronen, Gloria.

Staub verursacht durch die Streuung des Sonnenlichts in der Atmosphäre. Dämmerung ist die Übergangszeit von Tag zu Nacht (Abenddämmerung) und von Nacht zu Tag (Morgendämmerung). Die Abenddämmerung beginnt mit dem Sonnenuntergang und bis zum Einbruch der völligen Dunkelheit, die Morgendämmerung - umgekehrt.

Die Dauer der Dämmerung wird durch den Winkel zwischen der Richtung der scheinbaren täglichen Bewegung der Sonne und dem Horizont bestimmt; Die Dauer der Dämmerung hängt also von der geografischen Breite ab: Je näher am Äquator, desto kürzer die Dämmerung.

Es gibt drei Dämmerungsperioden:

1) bürgerliche Dämmerung (das Eintauchen der Sonne unter den Horizont überschreitet nicht 6 °) - Licht;

2) Navigation (Eintauchen der Sonne unter den Horizont bis zu 12 o) - Sichtbedingungen sind stark verschlechtert;

3) astronomisch (Eintauchen der Sonne unter den Horizont bis 18 o) - nahe der Erdoberfläche ist es bereits dunkel, aber die Morgendämmerung ist noch am Himmel sichtbar.

Dämmerung - eine Reihe farbenfroher Lichtphänomene in der Atmosphäre, die vor Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang beobachtet werden. Die Farbenvielfalt der Morgendämmerung hängt von der Position der Sonne relativ zum Horizont und vom Zustand der Atmosphäre ab.

Die Farbe des Firmaments wird durch die gestreuten sichtbaren Strahlen der Sonne bestimmt. In einer sauberen und trockenen Atmosphäre tritt Lichtstreuung gemäß dem Gesetz von Rayleigh auf. Blaue Strahlen streuen etwa 16-mal mehr als rote Strahlen, daher ist die Farbe des Himmels (gestreutes Sonnenlicht) blau (blau) und die Farbe der Sonne und ihrer Strahlen in Horizontnähe rot, weil. In diesem Fall legt Licht einen längeren Weg in der Atmosphäre zurück.

Große Partikel in der Atmosphäre (Tropfen, Staubpartikel usw.) streuen das Licht neutral, sodass Wolken und Nebel weiß sind. Bei hoher Luftfeuchtigkeit und Staubigkeit wird der gesamte Himmel nicht blau, sondern weißlich. Daher kann man anhand des Blaugrades des Himmels die Reinheit der Luft und die Beschaffenheit der Luftmassen beurteilen.

atmosphärische Brechung - atmosphärische Phänomene im Zusammenhang mit der Brechung von Lichtstrahlen. Ursache der Lichtbrechung sind: Funkeln der Sterne, Abflachung der sichtbaren Scheibe von Sonne und Mond in Horizontnähe, Verlängerung des Tages um mehrere Minuten sowie Luftspiegelungen. Eine Luftspiegelung ist ein sichtbares imaginäres Bild am Horizont, über dem Horizont oder unter dem Horizont, aufgrund einer scharfen Verletzung der Dichte von Luftschichten. Es gibt untere, obere und seitliche Luftspiegelungen. Bewegte Luftspiegelungen - "Fata Morgana" werden selten beobachtet.

Regenbogen - Dies ist ein in allen Farben des Spektrums gemalter Lichtbogen vor dem Hintergrund einer von der Sonne beleuchteten Wolke, aus der Regentropfen fallen. Der äußere Rand des Bogens ist rot, der innere Rand violett. Steht die Sonne tief am Horizont, sehen wir nur die Hälfte des Kreises. Wenn die Sonne hoch steht, wird der Bogen kleiner, weil. der Mittelpunkt des Kreises fällt unter den Horizont. Bei einer Sonnenhöhe von mehr als 42 etwa ist der Regenbogen nicht sichtbar. Von einem Flugzeug aus können Sie einen fast kreisförmigen Regenbogen beobachten.

Ein Regenbogen entsteht durch die Brechung und Reflexion von Sonnenlicht in Wassertröpfchen. Die Helligkeit und Breite des Regenbogens hängt von der Größe der Tröpfchen ab. Große Tropfen ergeben einen kleineren, aber helleren Regenbogen. Mit kleinen Tropfen ist es fast weiß.

Heiligenschein - Dies sind Kreise oder Bögen um Sonne und Mond, die in den Eiswolken der oberen Ebene entstehen (meistens in Cirrostratus).

Kronen - helle, leicht gefärbte Ringe um Sonne und Mond, die durch Lichtbeugung in den Wasser- und Eiswolken der oberen und mittleren Ebene entstehen.

In der Schule beschäftigt sich die 6. Klasse mit dem Thema „Optische Phänomene in der Atmosphäre“. Es ist jedoch nicht nur für den neugierigen Verstand eines Kindes interessant. In der Atmosphäre vereinen sie einerseits einen Regenbogen, eine Veränderung der Himmelsfarbe bei Sonnenauf- und -untergängen, die jeder mehr als einmal gesehen hat. Auf der anderen Seite gehören mysteriöse Luftspiegelungen, falsche Monde und Sonnen, beeindruckende Lichthöfe, die in der Vergangenheit die Menschen erschreckten. Der Entstehungsmechanismus einiger von ihnen ist bis heute unklar, aber das allgemeine Prinzip, nach dem optische Phänomene in der Natur „leben“, wurde von der modernen Physik gut untersucht.

Luftschale

Die Erdatmosphäre ist eine Hülle, die aus einem Gasgemisch besteht und sich etwa 100 km über dem Meeresspiegel erstreckt. Die Dichte der Luftschicht ändert sich mit der Entfernung von der Erde: ihren höchsten Wert hat sie an der Oberfläche des Planeten, mit der Höhe nimmt sie ab. Die Atmosphäre kann nicht als statisches Gebilde bezeichnet werden. Die Schichten der Gashülle sind ständig in Bewegung und vermischen sich. Ihre Eigenschaften ändern sich: Temperatur, Dichte, Bewegungsgeschwindigkeit, Transparenz. All diese Nuancen beeinflussen die Sonnenstrahlen, die auf die Oberfläche des Planeten strömen.

Optisches System

Die in der Atmosphäre ablaufenden Prozesse sowie deren Zusammensetzung tragen zur Absorption, Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen bei. Einige von ihnen erreichen das Ziel - die Erdoberfläche, die anderen werden zerstreut oder zurück ins Weltall gelenkt. Infolge der Krümmung und des Zerfalls eines Teils der Strahlen in ein Spektrum usw. entstehen in der Atmosphäre verschiedene optische Phänomene.

atmosphärische Optik

Zu einer Zeit, als die Wissenschaft noch in den Kinderschuhen steckte, erklärte man optische Phänomene anhand der vorherrschenden Vorstellungen vom Aufbau des Universums. Der Regenbogen verband die menschliche Welt mit der göttlichen, das Erscheinen zweier falscher Sonnen am Himmel zeugte von den nahenden Katastrophen. Heute haben die meisten Phänomene, die unsere fernen Vorfahren erschreckten, eine wissenschaftliche Erklärung erhalten. Die atmosphärische Optik beschäftigt sich mit der Erforschung solcher Phänomene. Diese Wissenschaft beschreibt optische Phänomene in der Atmosphäre basierend auf den Gesetzen der Physik. Sie ist in der Lage zu erklären, dass es tagsüber und während des Sonnenuntergangs und der Morgendämmerung seine Farbe ändert, wie ein Regenbogen entsteht und woher Luftspiegelungen kommen. Zahlreiche Studien und Experimente machen es heute möglich, solche optischen Phänomene in der Natur zu verstehen, wie das Erscheinen von leuchtenden Kreuzen, Fata Morgana, schillernden Halos.

Blauer Himmel

Die Farbe des Himmels ist uns so vertraut, dass wir uns selten fragen, warum das so ist. Trotzdem kennen die Physiker die Antwort gut. Newton bewies, dass es unter bestimmten Bedingungen in ein Spektrum zerfällt. Beim Durchgang durch die Atmosphäre wird der der blauen Farbe entsprechende Teil besser gestreut. Der Rotbereich zeichnet sich durch eine längere Wellenlänge aus und ist dem Violett im Streugrad um das 16-fache unterlegen.

Gleichzeitig sehen wir den Himmel nicht lila, sondern blau. Der Grund dafür liegt in den Besonderheiten der Struktur der Netzhaut und dem Verhältnis von Teilen des Spektrums im Sonnenlicht. Unsere Augen reagieren empfindlicher auf Blau, und der violette Teil des Spektrums des Sterns ist weniger intensiv als Blau.

scharlachroter Sonnenuntergang

Als die Menschen es herausfanden, waren optische Phänomene für sie kein Beweis mehr oder ein Omen für schreckliche Ereignisse. Der wissenschaftliche Ansatz beeinträchtigt jedoch nicht den Empfang von farbenfrohen Sonnenuntergängen und sanften Morgendämmerungen. Helle Rot- und Orangetöne, zusammen mit Rosa und Blau, weichen nach und nach der Dunkelheit der Nacht oder dem Morgenlicht. Es ist unmöglich, zwei identische Sonnenaufgänge oder Sonnenuntergänge zu beobachten. Und der Grund dafür liegt in der gleichen Beweglichkeit der Atmosphärenschichten und wechselnden Wetterbedingungen.

Bei Sonnenuntergängen und -aufgängen legen die Sonnenstrahlen einen längeren Weg zur Oberfläche zurück als tagsüber. Als Ergebnis gehen diffuses Violett, Blau und Grün zu den Seiten, und direktes Licht wird rot und orange. In der Luft schwebende Wolken, Staub oder Eispartikel tragen zum Bild des Sonnenuntergangs und der Morgendämmerung bei. Das Licht wird beim Durchgang durch sie gebrochen und färbt den Himmel in einer Vielzahl von Schattierungen. Auf dem der Sonne gegenüberliegenden Teil des Horizonts kann man oft den sogenannten Venusgürtel beobachten – ein rosafarbenes Band, das den dunklen Nachthimmel vom blauen Taghimmel trennt. Das schöne optische Phänomen, benannt nach der römischen Liebesgöttin, ist vor Sonnenaufgang und nach Sonnenuntergang sichtbar.

Regenbogenbrücke

Vielleicht beschwören keine anderen Lichtphänomene in der Atmosphäre so viele mythologische Handlungen und Märchenbilder herauf wie jene, die mit dem Regenbogen in Verbindung gebracht werden. Der Bogen oder Kreis, bestehend aus sieben Farben, ist jedem seit seiner Kindheit bekannt. Ein wunderschönes atmosphärisches Phänomen, das bei Regen auftritt, wenn die Sonnenstrahlen durch die Tropfen dringen, fasziniert selbst diejenigen, die seine Natur gründlich studiert haben.

Und die Physik des Regenbogens ist heute für niemanden ein Geheimnis. Sonnenlicht, gebrochen durch Regentropfen oder Nebel, spaltet sich. Als Ergebnis sieht der Betrachter sieben Farben des Spektrums, von Rot bis Violett. Es ist unmöglich, die Grenzen zwischen ihnen zu definieren. Farben gehen durch mehrere Schattierungen fließend ineinander über.

Bei der Beobachtung eines Regenbogens befindet sich die Sonne immer hinter dem Rücken der Person. Das Zentrum von Iridas Lächeln (wie die alten Griechen den Regenbogen nannten) liegt auf einer Linie, die durch den Betrachter und das Tageslicht verläuft. Ein Regenbogen erscheint normalerweise als Halbkreis. Seine Größe und Form hängen vom Stand der Sonne und dem Punkt ab, an dem sich der Beobachter befindet. Je höher die Leuchte über dem Horizont, desto tiefer fällt der Kreis des möglichen Erscheinens eines Regenbogens. Wenn die Sonne 42º über dem Horizont vorbeigeht, kann ein Beobachter auf der Erdoberfläche den Regenbogen nicht sehen. Je höher über dem Meeresspiegel sich eine Person befindet, die das Lächeln von Irida bewundern möchte, desto wahrscheinlicher sieht sie keinen Bogen, sondern einen Kreis.

Doppelter, schmaler und breiter Regenbogen

Oft sieht man neben dem Hauptregenbogen den sogenannten sekundären Regenbogen. Wenn der erste durch eine einfache Lichtreflexion entsteht, ist der zweite das Ergebnis einer doppelten Reflexion. Darüber hinaus zeichnet sich der Hauptregenbogen durch eine bestimmte Farbreihenfolge aus: Rot befindet sich außen und Lila innen, was näher an der Erdoberfläche liegt. Die Seite "Brücke" ist das Spektrum in umgekehrter Reihenfolge: Violett ist oben. Dies geschieht, weil die Strahlen bei der Doppelreflexion an einem Regentropfen in unterschiedlichen Winkeln austreten.

Regenbogen variieren in Farbintensität und Breite. Die hellsten und eher schmalen erscheinen nach einem Sommergewitter. Große Tropfen, die für einen solchen Regen charakteristisch sind, lassen einen gut sichtbaren Regenbogen mit unterschiedlichen Farben entstehen. Kleine Tropfen ergeben einen verschwommenen und weniger wahrnehmbaren Regenbogen.

Optische Phänomene in der Atmosphäre: Aurora

Eines der schönsten atmosphärischen optischen Phänomene ist die Aurora. Es ist charakteristisch für alle Planeten mit einer Magnetosphäre. Auf der Erde werden Polarlichter in hohen Breiten in beiden Hemisphären beobachtet, in Zonen, die die Magnetpole des Planeten umgeben. Meistens sieht man ein grünliches oder blaugrünes Leuchten, manchmal ergänzt durch rote und rosa Blitze an den Rändern. Das intensive Polarlicht hat die Form von Bändern oder Stofffalten und verwandelt sich beim Verblassen in Flecken. Am unteren Rand heben sich mehrere hundert Kilometer hohe Streifen gut vom dunklen Himmel ab. Die obere Grenze der Aurora geht am Himmel verloren.

Diese schönen optischen Phänomene in der Atmosphäre bewahren immer noch ihre Geheimnisse vor den Menschen: Der Mechanismus des Auftretens bestimmter Arten von Lumineszenz, die Ursache für das Knistern, das bei scharfen Blitzen auftritt, wurde nicht vollständig untersucht. Das allgemeine Bild der Entstehung von Polarlichtern ist jedoch heute bekannt. Der Himmel über dem Nord- und Südpol ist mit einem grünlich-rosa Schimmer geschmückt, wenn geladene Teilchen des Sonnenwinds mit Atomen in der oberen Erdatmosphäre kollidieren. Letztere erhalten durch die Wechselwirkung zusätzliche Energie und geben diese in Form von Licht ab.

Heiligenschein

Die Sonne und der Mond erscheinen oft vor uns, umgeben von einem Schein, der einem Heiligenschein ähnelt. Dieser Halo ist ein gut sichtbarer Ring um die Lichtquelle. In der Atmosphäre entsteht es meistens durch die kleinsten Eispartikel, die sich hoch über der Erde bilden. Je nach Form und Größe der Kristalle ändern sich die Eigenschaften des Phänomens. Oft nimmt der Halo durch die Zerlegung des Lichtstrahls in ein Spektrum die Form eines Regenbogenkreises an.

Eine interessante Variation des Phänomens wird Parhelion genannt. Durch die Lichtbrechung in Eiskristallen auf Sonnenhöhe entstehen zwei helle Flecken, die einem Tageslichtstern ähneln. In historischen Chroniken findet man Beschreibungen dieses Phänomens. In der Vergangenheit galt es oft als Vorbote gewaltiger Ereignisse.

Fata Morgana

Luftspiegelungen sind auch optische Phänomene in der Atmosphäre. Sie entstehen durch Lichtbrechung an der Grenze zwischen Luftschichten, die sich in ihrer Dichte stark unterscheiden. Die Literatur beschreibt viele Fälle, in denen ein Reisender in der Wüste Oasen oder sogar Städte und Burgen sah, die nicht in der Nähe sein konnten. Meistens sind dies "untere" Luftspiegelungen. Sie entstehen über einer ebenen Fläche (Wüste, Asphalt) und stellen ein Spiegelbild des Himmels dar, der dem Betrachter wie ein Reservoir erscheint.

Weniger verbreitet sind die sogenannten überlegenen Luftspiegelungen. Sie bilden sich über kalten Oberflächen. Überlegene Luftspiegelungen sind gerade und umgekehrt, manchmal kombinieren sie beide Positionen. Die berühmteste Vertreterin dieser optischen Phänomene ist Fata Morgana. Dies ist eine komplexe Fata Morgana, die mehrere Arten von Reflexionen gleichzeitig kombiniert. Reale Objekte erscheinen vor dem Betrachter, immer wieder gespiegelt und vermischt.

atmosphärische Elektrizität

Elektrische und optische Phänomene in der Atmosphäre werden oft gemeinsam erwähnt, obwohl ihre Ursachen unterschiedlich sind. Die Polarisierung von Wolken und die Entstehung von Blitzen sind mit Prozessen in der Troposphäre und Ionosphäre verbunden. Riesenfunkenentladungen entstehen normalerweise während eines Gewitters. Blitze treten in Wolken auf und können den Boden treffen. Sie sind eine Bedrohung für das menschliche Leben, und dies ist einer der Gründe für das wissenschaftliche Interesse an solchen Phänomenen. Einige Eigenschaften von Blitzen sind Forschern immer noch ein Rätsel. Heute ist die Ursache von Kugelblitzen unbekannt. Wie bei einigen Aspekten der Aurora- und Fata Morgana-Theorie faszinieren elektrische Phänomene Wissenschaftler weiterhin.

Optische Phänomene in der Atmosphäre, im Artikel kurz beschrieben, werden für Physiker von Tag zu Tag verständlicher. Gleichzeitig überraschen sie die Menschen wie ein Blitz immer wieder mit ihrer Schönheit, ihrem Geheimnis und manchmal ihrer Grandiosität.

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Der Zweck der Lektion: sich eine Vorstellung von optischen Phänomenen in der Atmosphäre zu machen.

Erwartetes Ergebnis: Die Studierenden sollten wissen / verstehen und erklären, wie atmosphärische Phänomene aufgrund der Reflexion von Sonnenlicht entstehen; elektrische Phänomene.

Grundbegriffe und Konzepte: optische Phänomene in der Atmosphäre, Regenbogen, Fata Morgana, Halo, Aurora, Blitze, „St. Elmo's Lights“.

Ressourcen:
– Lehrbuch – S. 106–109;
– elektronische Ergänzung zum Lehrbuch;
– Präsentation für den Unterricht.

Ausrüstung:
- Beamer;
- Bildschirm;
- Computer des Lehrers;
– Laptops auf jedem Schreibtisch;
– Gefäß im orientalischen Stil;
- Anzug für Old Man Hottabych.

Während des Unterrichts

- Gibt es Kinder, eine Decke,
Um die ganze Erde zu bedecken?
Damit es für alle reicht
War es nicht sichtbar?
Nicht falten, nicht entfalten
Fühle nicht, schaue nicht?
Regen und Licht durchlassen
Gibt es, aber nicht?
- Was ist diese Decke? (Atmosphäre ist die Lufthülle der Erde.)

Und wir beschäftigen uns mit Ihnen weiter mit dem Thema „Atmosphäre“. Zuerst stelle ich Ihnen ein paar Fragen:

1. Woraus besteht die Erdatmosphäre? (Ein Gemisch aus Gasen, winzigen Wassertropfen und Eiskristallen, Staub, Ruß, organischen Stoffen.)

2. In welcher Form ist Feuchtigkeit in der Luft enthalten? (Wasserdampf, Wassertropfen und Eiskristalle.)

3. Die Atmosphäre ist nicht homogen, hat sie mehrere Schichten? (Tropo-Strato-Meso-Thermo-Exo-Ionosphäre.)

4. In welchen Schichten erscheint die Aurora? (Ionosphäre.)

- Polarlichter, Blitze, Luftspiegelungen machten den Menschen in der Antike Angst. Heute ist es Wissenschaftlern gelungen, die Geheimnisse dieser mysteriösen Phänomene aufzudecken. Und das Thema unserer Lektion ist „Optische Phänomene in der Atmosphäre“.

Und was ist dieses mysteriöse Gefäß auf meinem Tisch? Wissen Sie? Mal sehen?

(Er öffnet das Gefäß, Rauch quillt heraus, der alte Hottabych erscheint.)

– Apchi! Seid gegrüßt, mein weiser Herr! (DGassenworte Hottabycha, gespielt von einem der Schüler sind unterstrichen.)
- Wo kommst du her? Kommst du vom Theater?
– Oh nein, mein Herr! Ich bin von diesem Schiff!
– Also du..?
– Ja, ich bin der mächtige und in allen vier Ländern der Welt verherrlichte Geist Gassan Abdurahman ibn Hottab, das heißt, der Sohn von Hottab!
- Hottabytsch?!
– Und wer sind diese schönen Jünglinge?
- SONDERN das sind Schüler der 6. A-Klasse, und jetzt haben wir Erdkundeunterricht.
– Geographieunterricht! Wisse, oh Schönste der Schönen, dass du ein unerhörtes Glück hast, denn ich bin reich an Geographiekenntnissen. Ich werde dich unterrichten, und du wirst unter den Schülern deiner Schule und unter den Schülern aller Schulen in deiner Region berühmt werden!
– Darüber freuen wir uns sehr, lieber Hottabych.
– Und was sind das für magische Black Boxes, die vor Ihnen liegen?
– Das sind Computer, mit denen Kinder heute Erdkunde lernen. Ich lade Sie ein, lieber Hottabych, heute mit uns zu arbeiten. Und ich werde die Jungs bitten, den Bildschirm der Lektion "Optische Phänomene in der Atmosphäre. Was denkst du, was sind optische Phänomene? (Licht, visuell) zu öffnen.
Heute lernen wir einige optische Phänomene kennen, füllen Sie die Tabelle aus, die vor Ihnen liegt. Nun, unser geschätzter Hottabych wird uns erzählen, wie die alten Wissenschaftler dieses oder jenes Phänomen darstellten.

Also lasst uns anfangen!

Phänomene im Zusammenhang mit der Reflexion von Sonnenlicht.

Regenbogen - Der Sommerregen war vorbei, und die Sonne schien wieder. Und wie durch Zauberei erschien ein Regenbogenbogen am Himmel.

Ich weiß, dass der Gott des alten Babylon den Regenbogen als Zeichen dafür schuf, dass er sich entschied, die Sintflut zu stoppen.

Was denken moderne Wissenschaftler darüber?

Sonnenlicht erscheint uns weiß, besteht aber eigentlich aus 7 Lichtfarben: Rot, Orange, Grün, Blau, Indigo und Violett. Beim Durchgang durch die Wassertropfen wird der Sonnenstrahl gebrochen und zerfällt in verschiedene Farben. Deshalb kann man nach dem Regen oder in der Nähe der Wasserfälle den Regenbogen sehen. (Eintrag in die Tabelle machen).

– Viele Wüstenreisende werden Zeuge eines anderen atmosphärischen Phänomens -Fata Morgana.

Die alten Ägypter glaubten, dass eine Fata Morgana der Geist eines Landes ist, das nicht mehr existiert.

(Kinder studieren diesen Abschnitt in der elektronischen Anwendung und sagen die moderne Version)

Warum entstehen Luftspiegelungen? Dies geschieht, wenn heiße Luft über der Oberfläche aufsteigt. Seine Dichte beginnt zuzunehmen. Luft mit unterschiedlichen Temperaturen hat unterschiedliche Dichten, und ein Lichtstrahl, der von Schicht zu Schicht geht, wird gebogen und bringt das Objekt visuell näher. M. entstehen über einer heißen (Wüste, Asphalt) oder im Gegenteil über einer gekühlten Oberfläche (Wasser).

Heiligenschein . Bei frostigem Wetter erscheinen ausgeprägte Ringe um Sonne und Mond -Heiligenschein.

„Das bedeutet, dass zu dieser Zeit ein Hexensabbat ist.

(Kinder studieren diesen Abschnitt in der elektronischen Anwendung und sagen die moderne Version.)

Sie entstehen, wenn Licht in den Eiskristallen von Cirrostratus-Wolken reflektiert wird. Kronen - mehrere ineinander verschachtelte Ringe (Aufzeichnungen).
Luft leitet keinen Strom, aber in einigen Fällen wird festgestellt, dass sie einfach mit Strom überfüllt ist.

Phänomene im Zusammenhang mit Elektrizität.

Polar Lichter - Bewohner der Polarregionen können die Nordlichter bewundern.

-E dann tritt selbstleuchtende Luft durch ein Loch in der Erde aus.

(Kinder studieren diesen Abschnitt in der elektronischen Anwendung und sagen die moderne Version.)

Die Sonne sendet einen Strom elektrisch geladener Teilchen zur Erde, die mit Luftteilchen kollidieren und zu leuchten beginnen. (Aufzeichnungen.)

Blitz - „Ein Feuerpfeil fliegt, niemand wird ihn fangen – weder der König noch die Königin noch die schöne Jungfrau.

- Es ist Gott Perun, der mit seiner Steinwaffe eine Schlange schlägt.

(Kinder studieren diesen Abschnitt in der elektronischen Anwendung und sagen die moderne Version.)

Eine sichtbare elektrische Entladung zwischen Wolken oder zwischen einer Wolke und dem Boden. Blitz Donner. Luft kann sich in Blitzen auf bis zu 30.000 gr erhitzen (das ist 5 mal mehr als auf der Sonnenoberfläche).

Arten von Blitzen (linear und Kugel), warum sind sie gefährlich? (Aufzeichnungen.)

Ein weiteres Phänomen, das mit dem elektrischen Leuchten der Atmosphäre verbunden ist

"Feuer von Saint Elmo".

Segler halten es für ein schlechtes Omen.

(Kinder studieren diesen Abschnitt in der elektronischen Anwendung und sagen die moderne Version.)

Heute haben wir einige ungewöhnliche Phänomene in der Natur kennengelernt.

– Dank Hottabych lernten wir die Ansichten der Alten über optische Phänomene in der Atmosphäre kennen.

– Nun, ich habe herausgefunden, wie eure modernen Wissenschaftler viele mysteriöse Phänomene erklären.

(Wenn Zeit ist: Ich schlage vor, Sie testen sich mit einem Quiz.)

Heute hast du es gut gemacht, dieses Thema ist sehr komplex, und du wirst es im Physikunterricht in den Klassen 10-11 vertiefen.

DZ : Machen Sie das Quiz für diese Lektion.

Wer möchte: In weiteren Informationsquellen erfahren, was ungewöhnliche atm. Phänomene haben sich jemals in Ihrer Gegend ereignet. Wie werden sie beschrieben?