Ihminen kohtaa jatkuvasti valoilmiöitä. Kaikkea, mikä liittyy valon esiintymiseen, sen etenemiseen ja vuorovaikutukseen aineen kanssa, kutsutaan valoilmiöiksi. Eläviä esimerkkejä optisista ilmiöistä voivat olla: sateenkaari sateen jälkeen, salama ukkosmyrskyn aikana, tähtien välähdys yötaivaalla, valon leikki vesivirrassa, valtameren ja taivaan vaihtelevuus ja monet muut.

Koululaiset saavat tieteellisen selityksen fysikaalisista ilmiöistä ja optisia esimerkkejä 7. luokalla, kun he alkavat opiskella fysiikkaa. Optiikka on monille koulun fysiikan opetussuunnitelman kiehtovin ja salaperäisin osa.

Mitä ihminen näkee?

Ihmisen silmät on suunniteltu siten, että hän voi havaita vain sateenkaaren värejä. Nykyään tiedetään jo, että sateenkaaren spektri ei rajoitu punaiseen toiselta puolelta ja violettiin toiselta puolelta. Punaista seuraa infrapuna ja violettia ultravioletti. Monet eläimet ja hyönteiset pystyvät näkemään nämä värit, mutta valitettavasti ihmiset eivät. Mutta toisaalta henkilö voi luoda laitteita, jotka vastaanottavat ja lähettävät sopivan pituisia valoaaltoja.

säteiden taittuminen

Näkyvä valo on värien sateenkaari, ja valkoinen valo, kuten auringonvalo, on näiden värien yksinkertainen yhdistelmä. Jos asetat prisman kirkkaan valkoisen valonsäteeseen, se hajoaa väreiksi tai eripituisiksi aalloksi, joista se koostuu. Ensin tulee punainen pisin aallonpituus, sitten oranssi, keltainen, vihreä, sininen ja lopuksi violetti, jolla on lyhin aallonpituus näkyvässä valossa.

Jos otat toisen prisman vangitaksesi sateenkaaren valon ja käännät sen ylösalaisin, se yhdistää kaikki värit valkoiseksi. Fysiikassa on monia esimerkkejä optisista ilmiöistä, tarkastellaanpa joitain niistä.

Miksi taivas on sininen?

Nuoret vanhemmat ovat usein hämmentyneitä yksinkertaisimmista, ensi silmäyksellä kysymyksistä pienistä syistä. Joskus niihin on vaikeinta vastata. Lähes kaikki esimerkit luonnon optisista ilmiöistä voidaan selittää nykytieteen avulla.

Päivän aikana taivasta valaiseva auringonvalo on valkoista, mikä tarkoittaa, että teoriassa taivaan tulisi olla myös kirkkaan valkoista. Jotta se näyttäisi siniseltä, tarvitaan joitain valon kanssa tapahtuvia prosesseja sen kulkiessa maan ilmakehän läpi. Näin tapahtuu: osa valosta kulkee ilmakehän kaasumolekyylien välisen vapaan tilan läpi saavuttaen maan pinnan ja pysyen samana valkoisena kuin matkan alussa. Mutta auringonvalo osuu kaasumolekyyleihin, jotka hapen tavoin imeytyvät ja sitten hajoavat kaikkiin suuntiin.

Kaasumolekyylien atomit aktivoituvat absorboituneen valon vaikutuksesta ja taas lähettävät valon fotoneja eri aallonpituuksilla, punaisesta violettiin. Näin ollen osa valosta menee maahan, loput takaisin aurinkoon. Säteilevän valon kirkkaus riippuu väristä. Jokaista punaisen fotonia kohti vapautuu kahdeksan fotonia sinistä valoa. Siksi sininen valo on kahdeksan kertaa kirkkaampi kuin punainen. Voimakasta sinistä valoa säteilee kaikista suunnista miljardeista kaasumolekyyleistä ja se saavuttaa silmämme.

värikäs kaari

Muinoin ihmiset luulivat, että sateenkaaret olivat jumalien heille lähettämiä merkkejä. Todellakin, kauniit moniväriset nauhat ilmestyvät aina taivaalle tyhjästä ja katoavat sitten yhtä mystisesti. Nykyään tiedämme, että sateenkaari on yksi esimerkkeistä fysiikan optisista ilmiöistä, mutta emme lakkaa ihailemasta sitä joka kerta, kun näemme sen taivaalla. Mielenkiintoista on, että jokainen havainnoija näkee omanlaisensa sateenkaaren, jonka luovat hänen takaansa tulevat valonsäteet ja hänen edessään olevat sadepisarat.

Mistä sateenkaaret on tehty?

Luonnon optisten ilmiöiden resepti on yksinkertainen: vesipisarat ilmassa, valo ja tarkkailija. Mutta ei riitä, että aurinko tulee esiin sateen aikana. Sen tulisi olla matala, ja tarkkailijan tulee seistä niin, että aurinko on hänen takanaan, ja katsoa paikkaa, jossa sataa tai vain sataa.

Kaukaisesta avaruudesta tuleva auringonsäde ohittaa sadepisaran. Prisman tavoin sadepisara taittaa kaikki valkoiseen valoon piilotetut värit. Siten, kun valkoinen säde kulkee sadepisaran läpi, se yhtäkkiä halkeaa kauniiksi monivärisiksi säteiksi. Pisaran sisällä ne osuvat pisaran sisäseinään, joka toimii kuin peili, ja säteet heijastuvat samaan suuntaan, josta ne tulivat pisaraan.

Lopputuloksena on taivaan poikki kaareutuva värisateenkaari – valo taivutettuna ja heijastuu miljoonista pienistä sadepisaroista. Ne voivat toimia kuin pieniä prismoja jakaen valkoisen valon väreihin. Mutta sateen ei aina tarvita sateenkaaren näkemiseen. Valoa voivat taittaa myös sumu tai merestä tulevat höyryt.

Minkä värinen vesi on?

Vastaus on ilmeinen - vedellä on sininen väri. Jos kaadat puhdasta vettä lasiin, kaikki näkevät sen läpinäkyvyyden. Tämä johtuu siitä, että lasissa on liian vähän vettä ja sen väri on liian vaalea nähdäkseen sitä.

Kun täytät suuren lasisäiliön, näet veden luonnollisen sinisen sävyn. Sen väri riippuu siitä, kuinka vesimolekyylit absorboivat tai heijastavat valoa. Valkoinen valo koostuu värien sateenkaaresta, ja vesimolekyylit imevät suurimman osan niiden läpi kulkevista punaisista vihreisiin väreihin. Ja sininen osa heijastuu takaisin. Joten näemme sinistä.

Auringonnousut ja -laskut

Nämä ovat myös esimerkkejä optisista ilmiöistä, joita ihminen havaitsee päivittäin. Kun aurinko nousee ja laskee, se suuntaa säteensä kulmassa siihen kohtaan, missä tarkkailija on. Niiden polku on pidempi kuin silloin, kun aurinko on zeniitissään.

Maan pinnan yläpuolella olevat ilmakerrokset sisältävät usein paljon pölyä tai mikroskooppisia kosteushiukkasia. Auringon säteet kulkevat kulmassa pintaan nähden ja suodattuvat. Punaisilla säteillä on pisin säteilyn aallonpituus ja siksi ne tunkeutuvat helpommin maahan kuin sinisillä, joilla on lyhyitä aaltoja, jotka pöly- ja vesihiukkaset lyövät pois. Siksi aamun ja illan sarastaessa ihminen havaitsee vain osan auringonsäteistä, jotka saavuttavat maan, nimittäin punaisia.

planeetan valoshow

Tyypillinen aurora on monivärinen revontulia yötaivaalla, joka voidaan havaita joka yö pohjoisnavalla. Oudoissa muodoissa vaihtavat valtavat sinivihreät valojuovat oransseilla ja punaisilla täplillä saavuttavat joskus yli 160 kilometriä leveät ja 1 600 km pituiset.

Kuinka selittää tämä optinen ilmiö, joka on niin henkeäsalpaava näky? Revontulia esiintyy maan päällä, mutta ne johtuvat kaukaisessa Auringossa tapahtuvista prosesseista.

Miten kaikki sujuu?

Aurinko on valtava kaasupallo, joka koostuu pääasiassa vety- ja heliumatomeista. Niissä kaikissa on protoneja positiivisella varauksella ja elektroneja negatiivisella varauksella, jotka pyörivät niiden ympärillä. Kuuman kaasun halo leviää jatkuvasti avaruuteen aurinkotuulen muodossa. Tämä lukematon määrä protoneja ja elektroneja ryntää nopeudella 1000 km sekunnissa.

Kun aurinkotuulen hiukkaset saavuttavat maan, planeetan voimakas magneettikenttä houkuttelee niitä. Maa on jättimäinen magneetti, jonka magneettiviivat yhtyvät pohjois- ja etelänavalle. Houkuttelevat hiukkaset virtaavat näitä näkymättömiä linjoja pitkin napojen lähellä ja törmäävät typpi- ja happiatomeihin, jotka muodostavat maapallon ilmakehän.

Jotkut maapallon atomeista menettävät elektroninsa, toiset latautuvat uudella energialla. Törmättyään Auringon protonien ja elektronien kanssa ne lähettävät valon fotoneja. Esimerkiksi elektroneja menettänyt typpi vetää puoleensa violettia ja sinistä valoa, kun taas varautunut typpi loistaa tummanpunaisena. Ladattu happi antaa vihreää ja punaista valoa. Siten varautuneet hiukkaset saavat ilman hohtamaan monilla väreillä. Tämä on aurora borealis.

Miraasit

Pitäisi heti todeta, että miraasit eivät ole ihmisen mielikuvituksen tuotetta, niitä voidaan jopa valokuvata, ne ovat melkein mystisiä esimerkkejä optisista fysikaalisista ilmiöistä.

Miraasien havainnoinnista on paljon todisteita, mutta tiede voi antaa tieteellisen selityksen tälle ihmeelle. Ne voivat olla yksinkertaisia ​​kuin vesipala kuuman hiekan keskellä, tai ne voivat olla hämmästyttävän monimutkaisia, ja ne voivat rakentaa visioita pilarilinnoista tai fregateista. Kaikki nämä esimerkit optisista ilmiöistä syntyvät valon ja ilman leikin avulla.

Valoaallot taipuvat kulkiessaan ensin lämpimän, sitten kylmän ilman läpi. Kuuma ilma on harvinaisempaa kuin kylmä ilma, joten sen molekyylit ovat aktiivisempia ja hajaantuvat pitemmälle. Kun lämpötila laskee, myös molekyylien liike vähenee.

Maan ilmakehän linssien läpi näkyvät visiot voivat muuttua voimakkaasti, puristua, laajentua tai kääntyä ylösalaisin. Tämä johtuu siitä, että valonsäteet taipuvat kulkiessaan lämpimän ja sitten kylmän ilman läpi ja päinvastoin. Ja ne kuvat, joita valovirta kantaa mukanaan, esimerkiksi taivas, voivat heijastua kuumalle hiekalle ja tuntua vesipalalta, joka aina siirtyy pois lähestyttäessä.

Useimmiten mirageja voidaan havaita suurilla etäisyyksillä: aavikoissa, merissä ja valtamerissä, joissa voi samanaikaisesti sijaita kuumat ja kylmät ilmakerrokset, joilla on eri tiheys. Kulku eri lämpötilakerrosten läpi voi vääntää valoaallon ja päätyä visioon, joka on heijastus jostakin ja jonka fantasia esittää todellisena ilmiönä.

Halo

Useimmille paljaalla silmällä nähtävissä optisissa illuusioissa selitys on auringonsäteiden taittuminen ilmakehässä. Yksi epätavallisimmista esimerkeistä optisista ilmiöistä on aurinkokehä. Periaatteessa halo on sateenkaari auringon ympärillä. Se eroaa kuitenkin tavallisesta sateenkaaresta sekä ulkonäöltään että ominaisuuksiltaan.

Tällä ilmiöllä on monia lajikkeita, joista jokainen on kaunis omalla tavallaan. Mutta kaikenlaisen tämän optisen illuusion esiintyminen edellyttää tiettyjä ehtoja.

Taivaalla syntyy sädekehä, kun useat tekijät kohtaavat. Useimmiten se voidaan nähdä pakkasella, jossa on korkea kosteus. Samaan aikaan ilmassa on suuri määrä jääkiteitä. Niiden läpi murtautuessaan auringonvalo taittuu siten, että se muodostaa kaaren Auringon ympärille.

Ja vaikka moderni tiede selittää helposti kolme viimeistä esimerkkiä optisista ilmiöistä, tavalliselle tarkkailijalle ne jäävät usein mysteeriksi ja mysteeriksi.

Optisten ilmiöiden pääesimerkkejä tarkasteltuna on turvallista olettaa, että monet niistä selittyvät nykytieteen avulla, huolimatta niiden mystisyydestä ja mysteeristä. Mutta tiedemiesten edessä on vielä paljon löytöjä, vihjeitä salaperäisistä ilmiöistä, joita esiintyy planeetalla Maa ja sen ulkopuolella.

Sähköiset ja optiset ilmiöt ilmakehässä. ilmakehän ilmiöitä. Ilmakehän sähköiset ja optiset ilmiöt ovat hämmästyttäviä ja joskus vaarallisia ilmakehän ilmiöitä.

Sähköiset ilmiöt ilmakehässä.

3. Sähköilmiöt ovat ilmakehän sähkön ilmentymä (ukkosmyrsky, salama, revontulia).

Ukkosmyrsky - ilmakehässä esiintyy voimakkaita sähköpurkauksia. Mukana puuskaiset tuulet, rankkasade, kirkkaan valon välähdys (salama) ja ankarat ääniefektit (ukkonen). Ukkosen jylinää kuuluu jopa kahdenkymmenen kilometrin etäisyydeltä. Syynä ovat cumulonimbus-pilvet. Sähköpurkauksia voi tapahtua pilvien välillä, itse pilvien sisällä, pilvien ja maan pinnan välillä. Ukkosmyrsky voi olla frontaalinen ilmamassojen kylmän tai lämpimän rintaman tai massan sisällä liikkuessa. Massion sisäinen ukkosmyrsky muodostuu, kun ilmaa lämmitetään paikallisesti. Ukkosmyrsky on ihmisille erittäin vaarallinen luonnonilmiö. Ukkosmyrsky on kuolleiden ihmishenkien lukumäärällä toisella sijalla tulvien jälkeen. Uteliaat tiedemiehet ovat todenneet, että puolitoista tuhatta ukkosmyrskyä esiintyy samanaikaisesti maan päällä. Neljäkymmentäkuusi salamaa iskee joka sekunti! Vain napoilla ja napa-alueilla ei ole ukkosmyrskyä.

Zarnitsa Tämä on valoilmiö, jossa pilvet tai horisontti valaisevat salaman lyhyen aikaa. Itse salamaa ei havaita. Syynä on kauaskantoinen ukkosmyrsky (yli kahdenkymmenen kilometrin etäisyydellä). Ukkosta salaman aikana ei kuulu.

Revontulet- yötaivaan monivärinen hehku korkeilla leveysasteilla. Syynä on Maan magneettikentän merkittävä vaihtelu. Tämä vapauttaa suuren määrän energiaa. Tämän ilmiön kesto voi olla muutamasta minuutista useisiin päiviin.

Optiset ilmiöt ilmakehässä.

4. Optiset ilmiöt ovat seurausta Auringosta tai Kuusta tulevan valon diffraktiosta (taittumisesta) (mirage, sateenkaari, halo).

Mirage on kuvitteellinen kuva todella olemassa olevasta esineestä. Yleensä kuvitteelliset esineet näyttävät ylösalaisin tai voimakkaasti vääristyneiltä. Syynä on valonsäteiden kaarevuus, joka johtuu ilman optisesta epähomogeenisuudesta. Ilmakehän heterogeenisyyttä ilmenee, kun ilmaa kuumennetaan epätasaisesti eri korkeuksilla.

Sateenkaari- suuri monivärinen kaari sadepilvien taustalla. Sateenkaaren ulkoosa on punainen ja sisäosa violetti. Usein sateenkaaren ulkopuolelle ilmestyy toissijainen sateenkaari, jossa värit vaihtelevat käänteisesti. Syynä esiintymiseen on valonsäteiden taittuminen ja heijastuminen vesihöyrypisaroissa. Sateenkaaret voidaan nähdä vain, kun aurinko on matalalla horisontissa.

Halo- vaaleat punertavat kaaret, ympyrät, täplät, jotka ilmestyvät auringon tai kuun ympärille. Syynä esiintymiseen on valonsäteiden taittuminen ja heijastuminen cirrostratus-pilvien jääkiteistä.

5. Luokittelemattomat ilmakehän ilmiöt ovat kaikki ilmiöitä, joita on vaikea liittää mihinkään muuhun tyyppiin (myrsky, tornado, pyörre, usva).

Squall se on odottamaton ja jyrkkä tuulen nousu yhden tai kahden minuutin sisällä. Tuulen nopeus on yli 10 metriä sekunnissa. Syynä on nousevien ja laskevien ilmamassojen liike. Myrskyyn liittyy ukkosmyrskyjä, rankkasadetta ja cumulonimbus-pilviä.

Vortex on suurten ilmamassojen pyörivä ja translaatioliike. Pyörteen halkaisija voi olla useita tuhansia kilometrejä. Ilmakehän pyörretuulet: sykloni, taifuuni.

Tornado tai tornado - erittäin vahva pyörre, joka on jättimäinen suppilo tai pilvipylväs. Tällaisen pilarin halkaisija veden yläpuolella voi olla jopa 100 metriä ja maanpinnan yläpuolella jopa kilometri. Tornadon korkeus saavuttaa 10 kilometriä.

Ilman pyöriessä suppilon tai kolonnin sisään muodostuu harvennetun ilman vyöhyke. Ilman liikkeen nopeutta suppilossa ei ole vielä määritetty. Ei yksinkertaisesti ole sellaista uskaliasta, joka uskalsi pudota suppiloon laitteiden kanssa. Tornado vetää sisäänsä vettä, hiekkaa, pölyä ja muita esineitä ja kuljettaa niitä pitkiä matkoja. Tornadon elinikä vaihtelee muutamasta minuutista puoleentoista tuntiin. Se muodostuu lämmössä ja tulee cumulonimbus-pilvestä. Ihmiset eivät ole vielä täysin määrittäneet tornadojen esiintymismekanismia.

Ilmakehä on samea, optisesti epähomogeeninen väliaine. Optiset ilmiöt ovat seurausta valonsäteiden heijastumisesta, taittumisesta ja diffraktiosta ilmakehässä.

Ilmiön syistä riippuen kaikki optiset ilmiöt jaetaan neljään ryhmään:

1) ilmakehän valon sironnan aiheuttamat ilmiöt (hämärä, aamunkoitto);

2) ilmiöt, jotka johtuvat valonsäteiden taittumisesta ilmakehässä (taittuminen) - mirages, tähtien välähdys jne.;

3) ilmiöt, jotka johtuvat valonsäteiden taittumisesta ja heijastumisesta pilvien pisaroihin ja kiteisiin (sateenkaari, halo);

4) ilmiöt, jotka johtuvat valon diffraktiosta pilvissä ja sumussa - kruunut, gloria.

Iltahämärä joka johtuu auringonvalon leviämisestä ilmakehään. Hämärä on siirtymäaika päivästä yöhön (iltahämärä) ja yöstä päivään (aamuhämärä). Iltahämärä alkaa auringonlaskun hetkestä täydelliseen pimeyteen asti, aamuhämärä - päinvastoin.

Hämärän kesto määräytyy Auringon näennäisen päivittäisen liikkeen suunnan ja horisontin välisen kulman perusteella; siis hämärän kesto riippuu maantieteellisestä leveysasteesta: mitä lähempänä päiväntasaajaa, sitä lyhyempi hämärä.

Hämärässä on kolme jaksoa:

1) siviili hämärä (Auringon upotus horisontin alle ei ylitä 6 o) - valo;

2) navigointi (Auringon upottaminen horisontin alle 12 o asti) - näkyvyysolosuhteet ovat huomattavasti huonontuneet;

3) tähtitieteellinen (Auringon upottaminen horisontin alle 18 asteeseen asti) - maanpinnan lähellä on jo pimeää, mutta taivaalla on vielä aamunkoittoa.

Aamunkoitto - joukko värikkäitä valoilmiöitä ilmakehässä, joka havaitaan ennen auringonnousua tai auringonlaskun aikaan. Aamunkoiton värien monimuotoisuus riippuu Auringon sijainnista horisontissa ja ilmakehän tilasta.

Taivaanvahvuuden väri määräytyy hajallaan näkyvien auringon säteiden perusteella. Puhtaassa ja kuivassa ilmakehässä valon sironta tapahtuu Rayleighin lain mukaan. Siniset säteet siroavat noin 16 kertaa enemmän kuin punaiset, joten taivaan väri (hajallaan oleva auringonvalo) on sininen (sininen) ja Auringon ja sen säteiden väri lähellä horisonttia on punainen, koska. Tässä tapauksessa valo kulkee pidemmän matkan ilmakehässä.

Ilmakehän suuret hiukkaset (pisarat, pölyhiukkaset jne.) hajottavat valoa neutraalisti, joten pilvet ja sumu ovat valkoisia. Korkealla kosteudella, pölyisyydellä koko taivas ei muutu siniseksi, vaan valkeaksi. Siksi taivaan sinisyysasteen perusteella voidaan arvioida ilman puhtautta ja ilmamassojen luonnetta.

ilmakehän taittuminen - valonsäteiden taittumiseen liittyvät ilmakehän ilmiöt. Taittuminen johtuu: tähtien välkkymisestä, Auringon ja Kuun näkyvän kiekon litistymisestä lähellä horisonttia, päivän pituuden pidentymisestä useilla minuutteilla sekä mirageista. Mirage on näkyvä kuvitteellinen kuva horisontissa, horisontin yläpuolella tai horisontin alapuolella, joka johtuu ilmakerrosten tiheyden jyrkästä rikkomisesta. On olemassa huonompia, parempia, lateraalisia mirageja. Liikkuvia mirageja - "Fata Morgana" - havaitaan harvoin.

Sateenkaari - tämä on valokaari, joka on maalattu kaikissa spektrin väreissä auringon valaiseman pilven taustalla, josta sadepisarat putoavat. Kaaren ulkoreuna on punainen, sisäreuna violetti. Jos Aurinko on matalalla horisontissa, näemme vain puolet ympyrästä. Kun aurinko on korkealla, kaari pienenee, koska. ympyrän keskipiste putoaa horisontin alapuolelle. Auringon korkeudella yli 42 astetta sateenkaari ei ole näkyvissä. Lentokoneesta voit tarkkailla lähes täyden ympyrän sateenkaaren.

Sateenkaari muodostuu auringonvalon taittumisesta ja heijastuksesta vesipisaroissa. Sateenkaaren kirkkaus ja leveys riippuvat pisaroiden koosta. Suuret pisarat antavat pienemmän mutta kirkkaamman sateenkaaren. Pienillä pisaroilla se on melkein valkoinen.

Halo - nämä ovat ympyröitä tai kaaria Auringon ja Kuun ympärillä, jotka syntyvät ylemmän tason jääpilvistä (useimmiten cirrostratusissa).

kruunuja - vaaleat, hieman värilliset renkaat Auringon ja Kuun ympärillä, jotka syntyvät ylemmän ja keskitason vesi- ja jääpilviin valon diffraktiosta johtuen.

Koulussa 6. luokka opiskelee aihetta "Optiset ilmiöt ilmapiirissä". Se ei kuitenkaan kiinnosta vain lapsen uteliasta mieltä. ilmakehässä ne yhdistävät toisaalta sateenkaaren, taivaan värin muutoksen auringonnousun ja -laskun aikana, jonka kaikki ovat nähneet useammin kuin kerran. Toisaalta niihin kuuluu salaperäisiä mirageja, vääriä kuuta ja aurinkoa, vaikuttavia haloja, jotka ennen kauhistuttivat ihmisiä. Joidenkin muodostumismekanismi on vielä tänäkin päivänä epäselvä, mutta yleisperiaate, jonka mukaan optiset ilmiöt "elävät" luonnossa, on nykyfysiikassa hyvin tutkittu.

ilmakuori

Maan ilmakehä on kuori, joka koostuu kaasuseoksesta ja ulottuu noin 100 km merenpinnan yläpuolelle. Ilmakerroksen tiheys muuttuu etäisyyden mukaan maasta: sen suurin arvo on planeetan pinnalla, se pienenee korkeuden myötä. Ilmakehää ei voida kutsua staattiseksi muodostelmaksi. Kaasumaisen vaipan kerrokset liikkuvat ja sekoittuvat jatkuvasti. Niiden ominaisuudet muuttuvat: lämpötila, tiheys, liikenopeus, läpinäkyvyys. Kaikki nämä vivahteet vaikuttavat planeetan pintaan ryntääviin auringonsäteisiin.

Optinen järjestelmä

Ilmakehässä tapahtuvat prosessit sekä sen koostumus myötävaikuttavat valonsäteiden absorptioon, taittumiseen ja heijastumiseen. Jotkut niistä saavuttavat kohteen - maan pinnan, toinen hajallaan tai ohjataan takaisin ulkoavaruuteen. Koska osa säteistä kaareutuu ja hajoaa spektriksi ja niin edelleen, ilmakehään muodostuu erilaisia ​​optisia ilmiöitä.

ilmakehän optiikka

Aikana, jolloin tiede oli vasta lapsenkengissään, ihmiset selittivät optisia ilmiöitä perustuen vallitseviin käsityksiin maailmankaikkeuden rakenteesta. Sateenkaari yhdisti ihmisten maailman jumalalliseen, kahden väärän auringon ilmestyminen taivaalle todisti lähestyvistä katastrofeista. Nykyään useimmat kaukaisia ​​esi-isiämme pelästyneistä ilmiöistä ovat saaneet tieteellisen selityksen. Ilmakehän optiikka tutkii tällaisia ​​​​ilmiöitä. Tämä tiede kuvaa ilmakehän optisia ilmiöitä fysiikan lakien pohjalta. Hän osaa selittää, päivän aikana sekä auringonlaskun ja aamunkoiton aikana se muuttaa väriä, kuinka sateenkaari muodostuu ja mistä miraasit tulevat. Lukuisat tutkimukset ja kokeet antavat nykyään mahdollisuuden ymmärtää sellaisia ​​luonnon optisia ilmiöitä, kuten valoristien, Fata Morganan, värikkäiden halojen ilmaantumista.

Sinitaivas

Taivaan väri on niin tuttu, että harvoin ihmettelemme, miksi se on niin. Siitä huolimatta fyysikot tietävät vastauksen hyvin. Newton osoitti, että se hajoaa tietyissä olosuhteissa spektriksi. Ilmakehän läpi kulkiessaan sinistä väriä vastaava osa hajoaa paremmin. Punaiselle osalle on ominaista pidempi aallonpituus ja se on sirontaasteen suhteen 16-kertaisesti heikompi kuin violetti.

Samaan aikaan me näemme taivaan ei violettina, vaan sinisenä. Syynä tähän on verkkokalvon rakenteen erityispiirteet ja spektrin osien suhde auringonvalossa. Silmämme ovat herkempiä siniselle, ja tähden spektrin violetti osa on vähemmän voimakas kuin sininen.

helakanpunainen auringonlasku

Kun ihmiset tajusivat sen, optiset ilmiöt eivät enää olleet todisteita tai merkki kauheista tapahtumista heille. Tieteellinen lähestymistapa ei kuitenkaan häiritse vastaanottamista värikkäistä auringonlaskuista ja lempeistä aamunkoitoista. Kirkkaat punaiset ja oranssit sekä pinkit ja siniset väistyvät vähitellen yöpimeydelle tai aamuvalolle. On mahdotonta havaita kahta identtistä auringonnousua tai -laskua. Ja syy tähän on samassa ilmakehän kerrosten liikkuvuudessa ja muuttuvissa sääolosuhteissa.

Auringonlaskujen ja auringonnousujen aikana auringonsäteet kulkevat pidemmän matkan pintaan kuin päivällä. Tämän seurauksena hajanainen violetti, sininen ja vihreä menevät sivuille, ja suora valo muuttuu punaiseksi ja oranssiksi. Ilmassa olevat pilvet, pöly tai jäähiukkaset vaikuttavat auringonlaskun ja aamunkoiton kuvaamiseen. Valo taittuu kulkiessaan niiden läpi ja värjää taivaan useilla eri sävyillä. Aurinkoa vastapäätä olevalla horisontilla voi usein havaita niin sanotun Venuksen vyöhykkeen - vaaleanpunaisen nauhan, joka erottaa tumman yötaivaan ja sinisen päivätaivaan. Roomalaisen rakkauden jumalattaren mukaan nimetty kaunis optinen ilmiö on näkyvissä ennen aamunkoittoa ja auringonlaskun jälkeen.

sateenkaari silta

Ehkä mikään muu valoilmiö ilmakehässä ei herätä niin paljon mytologisia juoneja ja satukuvia kuin sateenkaareen liittyvät. Seitsemästä väristä koostuva kaari tai ympyrä on kaikkien tiedossa lapsuudesta lähtien. Kaunis ilmakehän ilmiö, joka tapahtuu sateen aikana, kun auringonsäteet kulkevat pisaroiden läpi, kiehtoo jopa sen luontoa perusteellisesti tutkineita.

Eikä sateenkaaren fysiikka nykyään ole salaisuus kenellekään. Sade- tai sumupisaroiden taittama auringonvalo halkeaa. Tämän seurauksena tarkkailija näkee spektrin seitsemän väriä punaisesta violettiin. Niiden välisiä rajoja on mahdotonta määritellä. Värit sulautuvat sulavasti toisiinsa useiden sävyjen kautta.

Sateenkaaria havainnoitaessa aurinko on aina ihmisen selän takana. Iridan hymyn keskus (kuten muinaiset kreikkalaiset kutsuivat sateenkaari) sijaitsee linjalla, joka kulkee tarkkailijan ja päivänvalon läpi. Sateenkaari näkyy yleensä puoliympyrässä. Sen koko ja muoto riippuvat Auringon sijainnista ja pisteestä, jossa tarkkailija sijaitsee. Mitä korkeammalle valaisin on horisontin yläpuolella, sitä alemmas sateenkaaren mahdollisen ilmestymisen ympyrä putoaa. Kun Aurinko kulkee 42º horisontin yläpuolella, maan pinnalla oleva havainnoija ei näe sateenkaarta. Mitä korkeammalla merenpinnan yläpuolella on henkilö, joka haluaa ihailla Iridan hymyä, sitä todennäköisemmin hän ei näe kaaria, vaan ympyrää.

Kaksinkertainen, kapea ja leveä sateenkaari

Usein voit nähdä pääosan ohella niin sanotun toissijaisen sateenkaaren. Jos ensimmäinen muodostuu yhden valon heijastuksen tuloksena, niin toinen on tulosta kaksoisheijastuksesta. Lisäksi pääsateenkaari erottuu tietyllä värijärjestyksellä: punainen sijaitsee ulkopuolella ja violetti on sisäpuolella, joka on lähempänä maan pintaa. Sivu "silta" on spektri käänteinen järjestyksessä: violetti on ylhäällä. Tämä johtuu siitä, että säteet tulevat ulos eri kulmissa sadepisaran kaksoisheijastuksen aikana.

Sateenkaarien värin voimakkuus ja leveys vaihtelevat. Kirkkaimmat ja melko kapeat ilmestyvät kesän ukkosmyrskyn jälkeen. Tällaiselle sateelle ominaiset suuret pisarat synnyttävät hyvin näkyvän sateenkaaren, jossa on erottuvia värejä. Pienet pisarat antavat sumeamman ja vähemmän havaittavan sateenkaaren.

Optiset ilmiöt ilmakehässä: aurora

Yksi kauneimmista ilmakehän optisista ilmiöistä on aurora. Se on ominaista kaikille planeetoille, joilla on magnetosfääri. Maapallolla revontulia havaitaan korkeilla leveysasteilla molemmilla pallonpuoliskoilla, planeetan magneettinapoja ympäröivillä vyöhykkeillä. Useimmiten voit nähdä vihertävän tai sinivihreän hehkun, jota joskus täydentää punaisen ja vaaleanpunaisen välähdys reunoilla. Voimakas aurora borealis on muotoiltu nauhoiksi tai kankaan laskoksiksi, jotka muuttuvat täpliksi haalistuessaan. Useita satoja kilometrejä korkeat raidat erottuvat hyvin alareunasta tummaa taivasta vasten. Auroran yläraja on kadonnut taivaalle.

Nämä kauniit ilmakehän optiset ilmiöt pitävät edelleen salaisuutensa ihmisiltä: tietyntyyppisten luminesenssin esiintymismekanismia, joka on terävien välähdysten aikana tapahtuvan rätinä, ei ole täysin tutkittu. Yleiskuva revontulien muodostumisesta tunnetaan kuitenkin nykyään. Taivas pohjois- ja etelänavan yläpuolella on koristeltu vihertävän vaaleanpunaisella hehkulla, kun aurinkotuulen varautuneet hiukkaset törmäävät atomien kanssa Maan yläilmakehässä. Jälkimmäiset saavat vuorovaikutuksen seurauksena lisäenergiaa ja lähettävät sen valon muodossa.

Halo

Aurinko ja kuu näkyvät usein edessämme haloa muistuttavan hehkun ympäröimänä. Tämä halo on hyvin näkyvä rengas valonlähteen ympärillä. Ilmakehässä se muodostuu useimmiten pienistä jäähiukkasista, jotka muodostavat korkealla Maan yläpuolella. Kiteiden muodosta ja koosta riippuen ilmiön ominaisuudet muuttuvat. Usein sädekehä saa sateenkaariympyrän muodon valonsäteen hajoamisen seurauksena spektriksi.

Mielenkiintoinen muunnelma ilmiöstä on nimeltään parhelion. Jääkiteissä Auringon tasolla valon taittumisen seurauksena muodostuu kaksi kirkasta täplää, jotka muistuttavat päivänvalotähteä. Historiallisista kronikoista löytyy kuvauksia tästä ilmiöstä. Aikaisemmin sitä pidettiin usein valtavien tapahtumien ennakkoedustajana.

Kangastus

Miraasit ovat myös optisia ilmiöitä ilmakehässä. Ne syntyvät valon taittumisen seurauksena tiheydeltään merkittävästi eroavien ilmakerrosten välisellä rajalla. Kirjallisuudessa kuvataan monia tapauksia, joissa erämaassa matkustava näki keitaita tai jopa kaupunkeja ja linnoja, jotka eivät voineet olla lähellä. Useimmiten nämä ovat "alempia" mirageja. Ne nousevat tasaiselle pinnalle (autiomaa, asfaltti) ja edustavat heijastunutta kuvaa taivaasta, joka näyttää katsojalle säiliöltä.

Niin sanotut ylivertaiset miraget ovat harvinaisempia. Ne muodostuvat kylmille pinnoille. Ylivertaiset miraasit ovat suoria ja käänteisiä, joskus ne yhdistävät molemmat asennot. Näiden optisten ilmiöiden tunnetuin edustaja on Fata Morgana. Tämä on monimutkainen mirage, joka yhdistää useita erilaisia ​​heijastuksia kerralla. Tosielämän esineet ilmestyvät tarkkailijan eteen toistuvasti heijastuneena ja sekoitettuna.

ilmakehän sähköä

Ilmakehän sähköiset ja optiset ilmiöt mainitaan usein yhdessä, vaikka niiden syyt ovatkin erilaisia. Pilvien polarisoituminen ja salaman muodostuminen liittyvät troposfäärissä ja ionosfäärissä tapahtuviin prosesseihin. Suuria kipinäpurkauksia muodostuu yleensä ukkosmyrskyn aikana. Salama tapahtuu pilvien sisällä ja voi osua maahan. Ne ovat uhka ihmishengelle, ja tämä on yksi syy tieteelliseen kiinnostukseen tällaisia ​​ilmiöitä kohtaan. Jotkut salaman ominaisuudet ovat edelleen mysteeri tutkijoille. Nykyään pallosalaman syytä ei tunneta. Kuten joidenkin revontulien ja mirage-teorian näkökohtien kohdalla, sähköilmiöt kiehtovat edelleen tutkijoita.

Artikkelissa lyhyesti kuvatut ilmakehän optiset ilmiöt ovat tulossa fyysikoille yhä ymmärrettävämmiksi päivä päivältä. Samaan aikaan he, kuten salama, eivät koskaan lakkaa hämmästyttämästä ihmisiä kauneudellaan, salaperäisyydellään ja joskus mahtavuudellaan.

Takaisin eteenpäin

Huomio! Dian esikatselu on tarkoitettu vain tiedoksi, eikä se välttämättä edusta esityksen koko laajuutta. Jos olet kiinnostunut tästä työstä, lataa täysversio.

Oppitunnin tarkoitus: muodostaa käsitys ilmakehän optisista ilmiöistä.

Odotettu tulos: Opiskelijoiden tulee tietää/ymmärtää ja selittää, miten ilmakehän ilmiöt syntyvät auringonvalon heijastuksen seurauksena; sähköisiä ilmiöitä.

Perustermit ja käsitteet: optiset ilmiöt ilmakehässä, sateenkaari, mirage, halo, revontulia, salama, "St. Elmon valot".

Resurssit:
– oppikirja – s. 106–109;
– oppikirjan sähköinen liite;
– esittely oppitunnille.

Laitteet:
- Projektori;
- Näyttö;
- Opettajan tietokone;
– Kannettavat tietokoneet jokaisella työpöydällä;
– Alus itämaiseen tyyliin;
- Puku Old Man Hottabychille.

Tuntien aikana

- Onko siellä lapsia, viltti,
Peittääkseen koko maapallon?
Että riittää kaikille
Eikö se ollut näkyvissä?
Älä taita, älä avaudu
Älä tunne, älä katso?
Anna sateen ja valon läpi
Onko olemassa, mutta eikö ole?
- Mikä tämä peitto on? (Ilmakehä on maan ilmavaippa.)

Ja jatkamme aiheen "Ilmakehä" tutkimista kanssasi. Ensin esitän sinulle muutaman kysymyksen:

1. Mistä maapallon ilmakehä koostuu? (Seos kaasuja, pieniä vesipisaroita ja jääkiteitä, pölyä, nokea, orgaanista ainetta.)

2. Missä muodossa ilma sisältää kosteutta? (Vesihöyryä, vesipisaroita ja jääkiteitä.)

3. Ilmakehä ei ole homogeeninen, onko siinä useita kerroksia? (Tropo-strato-meso-termo-ekso-ionosfääri.)

4. Missä kerroksissa revontulia esiintyy? (Ionosfääri.)

- Napavalot, salamat, miraasit pelottivat ihmisiä muinaisina aikoina. Nykyään tiedemiehet ovat onnistuneet paljastamaan näiden salaperäisten ilmiöiden salaisuudet. Ja oppituntimme aiheena on "Optiset ilmiöt ilmakehässä".

Ja mikä on tämä mystinen astia pöydälläni? Sinä et tiedä? Katsotaan?

(Hän avaa astian, siitä valuu savua, vanha Hottabych ilmestyy.)

– Apchi! Tervehdys, viisas herrani! (Dkujan sanat Hottabycha, yksi opiskelijoista on alleviivattu.)
- Mistä olet kotoisin? Oletko teatterista?
– Voi ei, herrani! Olen tästä aluksesta!
– Joten sinä..?
– Kyllä, olen mahtava ja ylistetty kaikissa neljässä maailman maassa henki Gassan Abdurahman ibn Hottab, eli Hottabin poika!
- Hottabych?!
– Ja keitä ovat nämä kauniit nuoret?
- MUTTA nämä ovat 6. "A" luokan oppilaita, ja nyt meillä on maantiedon tunti.
– Maantieteen tunti! Tiedä, oi kauneimmista, että olet ennenkuulumaton onnekas, sillä minulla on rikas maantieteen tietämys. Minä opetan sinua, ja sinusta tulee kuuluisa koulusi oppilaiden ja kaikkien alueesi koulujen opiskelijoiden keskuudessa!
– Olemme erittäin iloisia tästä, rakas Hottabych.
– Ja mitä ovat nämä maagiset mustat laatikot, jotka ovat edessäsi?
– Nämä ovat tietokoneita, joilla nykypäivän lapset oppivat maantiedettä. Kutsun sinut, rakas Hottabych, työskentelemään kanssamme tänään. Ja pyydän kavereita avaamaan oppitunnin näytön "Optiset ilmiöt ilmakehässä. Mitä mieltä olette, mitä ovat optiset ilmiöt? (valo, visuaalinen).
Tänään tutustumme joihinkin optisiin ilmiöihin, täytä taulukko, joka on edessäsi. No, arvostettu Hottabych kertoo meille, kuinka muinaiset tiedemiehet edustivat tätä tai tuota ilmiötä.

Joten aloitetaan!

Auringonvalon heijastumiseen liittyvät ilmiöt.

Sateenkaari - Kesäsade oli ohi ja aurinko paistoi taas. Ja kuin taikuudesta, taivaalle ilmestyi sateenkaari.

Tiedän, että muinaisen Babylonin jumala loi sateenkaaren merkiksi siitä, että hän päätti pysäyttää vedenpaisumuksen.

Mitä nykyajan tiedemiehet ajattelevat tästä?

Auringonvalo näyttää meistä valkoiselta, mutta itse asiassa se koostuu 7 valon väristä: punainen, oranssi, vihreä, sininen, indigo ja violetti. Kulkiessaan vesipisaroiden läpi auringonsäde taittuu ja hajoaa eri väreiksi. Siksi sateen jälkeen tai vesiputousten lähellä voit nähdä sateenkaaren. (Tee merkintä taulukkoon).

– Monet aavikkomatkailijat todistavat toista ilmakehän ilmiötä -Kangastus.

Muinaiset egyptiläiset uskoivat, että mirage on maan haamu, jota ei enää ole olemassa.

(Lapset opiskelevat tätä osaa sähköisessä sovelluksessa ja sanovat nykyaikaisen version)

Miksi mirageja tapahtuu? Tämä tapahtuu, kun kuuma ilma nousee pinnan yläpuolelle. Sen tiheys alkaa kasvaa. Eri lämpötiloissa olevalla ilmalla on eri tiheydet, ja kerroksesta kerrokseen kulkeva valonsäde taipuu ja tuo kohteen visuaalisesti lähemmäksi. M. nousevat kuuman (aavikon, asfaltin) tai päinvastoin jäähdytetyn pinnan (vesi) yli.

Halo . Pakkasella auringon ja kuun ympärille ilmestyy selkeät renkaat -Halo.

"Se tarkoittaa, että tähän aikaan on noitien sapatti.

(Lapset tutkivat tätä osaa sähköisessä sovelluksessa ja sanovat nykyaikaisen version.)

Ne syntyvät, kun valo heijastuu kirrostratuspilvien jääkiteisiin. Kruunut - useita renkaita sisäkkäin. (Tietoa.)
Ilma ei johda sähköä, mutta joissain tapauksissa havaitaan, että se on yksinkertaisesti täynnä sähköä.

Sähköön liittyvät ilmiöt.

Napavalot - Napa-alueiden asukkaat voivat ihailla revontulia.

- E sitten itsevalaiseva ilma poistuu Maan reiän kautta.

(Lapset tutkivat tätä osaa sähköisessä sovelluksessa ja sanovat nykyaikaisen version.)

Aurinko lähettää maahan sähköisesti varautuneita hiukkasia, jotka törmäävät ilmahiukkasiin ja alkavat hehkua. (Tallenna.)

Salama - "Tulenuoli lentää, kukaan ei saa sitä kiinni - ei kuningas, ei kuningatar eikä kaunis neito.

- Jumala Perun iskee käärmeeseen kiviasellaan.

(Lapset tutkivat tätä osaa sähköisessä sovelluksessa ja sanovat nykyaikaisen version.)

Näkyvä sähköpurkaus pilvien välillä tai pilven ja maan välillä. Salaman ukkonen. Ilma voi lämmetä salaman sisällä jopa 30 000 grammaan (tämä on 5 kertaa enemmän kuin Auringon pinnalla.)

Salaman tyypit (lineaarinen ja pallo), miksi ne ovat vaarallisia? (Tallenna.)

Toinen ilmiö, joka liittyy ilmakehän sähköiseen hehkuun

"Pyhän Elmon tuli".

Merimiehet pitävät sitä huonona enteenä.

(Lapset tutkivat tätä osaa sähköisessä sovelluksessa ja sanovat nykyaikaisen version.)

Tänään tutustuimme epätavallisiin luonnonilmiöihin.

– Hottabychin ansiosta opimme muinaisten näkemyksiä ilmakehän optisista ilmiöistä.

– No, sain selville, kuinka modernit tiedemiehet selittävät monia salaperäisiä ilmiöitä.

(Jos on aikaa: suosittelen, että testaat itsesi tietokilpailulla.)

Tänään teit hyvää työtä, tämä aihe on erittäin monimutkainen ja opiskelet sitä syvemmälle fysiikan kurssilla luokilla 10-11.

D.Z. : Vastaa tämän oppitunnin tietokilpailuun.

Halukkaille: selvitä muista tietolähteistä mikä epätavallinen pankkiautomaatti. alueellasi on koskaan tapahtunut ilmiöitä. Miten niitä kuvataan?