1. Fenomena optik di atmosfer adalah yang pertama efek optik yang telah diamati oleh manusia. Dengan pemahaman tentang sifat dari fenomena ini dan sifat penglihatan manusia, pembentukan masalah cahaya dimulai.
Jumlah total fenomena optik di atmosfer sangat besar. Di sini hanya yang paling fenomena terkenal – fatamorgana, pelangi, lingkaran cahaya, mahkota, bintang berkelap-kelip, langit biru dan warna merah tua fajar. Pembentukan efek ini dikaitkan dengan sifat-sifat cahaya seperti pembiasan pada antarmuka antara media, interferensi dan difraksi.
2. pembiasan atmosfer – adalah kelengkungan sinar cahaya saat melewati atmosfer planet. Tergantung pada sumber sinar, ada: astronomi dan terestrial pembiasan. Dalam kasus pertama, sinar datang dari benda angkasa(bintang, planet), dalam kasus kedua - dari objek terestrial. Sebagai hasil dari pembiasan atmosfer, pengamat melihat suatu objek tidak pada tempatnya, atau tidak dalam bentuk yang dimilikinya.
3. Refraksi astronomi sudah dikenal pada zaman Ptolemy (abad ke-2 M). Pada tahun 1604, I. Kepler menyarankan bahwa atmosfer bumi memiliki kepadatan tinggi-independen dan ketebalan tertentu h(Gbr. 199). Ray 1 datang dari bintang S langsung ke pengamat A dalam garis lurus, tidak akan jatuh ke matanya. Dibiaskan pada batas ruang hampa dan atmosfer, itu akan mencapai titik PADA.
Sinar 2 akan mengenai mata pengamat, yang jika tidak ada pembiasan di atmosfer, harus melewatinya. Akibat pembiasan (refraksi), pengamat akan melihat bintang tidak pada arahnya S, tetapi pada kelanjutan sinar yang dibiaskan di atmosfer, yaitu ke arah S 1 .
Injeksi γ , yang menyimpang ke zenit Z posisi bintang yang jelas S 1 vs. posisi sebenarnya S, ditelepon sudut bias. Pada zaman Kepler, sudut bias sudah diketahui dari hasil pengamatan astronomi beberapa bintang. Jadi skema ini Kepler digunakan untuk memperkirakan ketebalan atmosfer h. Menurut perhitungannya, h» 4 km. Jika kita menghitung massa atmosfer, maka ini kira-kira setengah dari nilai sebenarnya.
Faktanya, kepadatan atmosfer bumi berkurang dengan ketinggian. Oleh karena itu, lapisan udara yang lebih rendah secara optikal lebih padat daripada yang atas. Sinar cahaya yang merambat miring ke Bumi tidak dibiaskan pada satu titik batas antara vakum dan atmosfer, seperti dalam diagram Kepler, tetapi dibelokkan secara bertahap di sepanjang lintasan. Ini mirip dengan bagaimana seberkas cahaya melewati tumpukan pelat transparan, yang indeks biasnya lebih besar, semakin rendah pelatnya. Namun, efek total refraksi memanifestasikan dirinya dengan cara yang sama seperti dalam skema Kepler. Kami mencatat dua fenomena karena pembiasan astronomi.
sebuah. Posisi benda langit yang tampak bergeser ke arah zenith terhadap sudut bias γ
. Semakin rendah bintang ke cakrawala, semakin terlihat posisinya di langit naik dibandingkan dengan yang sebenarnya (Gbr. 200). Oleh karena itu gambar langit berbintang, diamati dari Bumi, agak berubah bentuk ke arah pusat. Hanya titik yang tidak bergerak S terletak di zenith. Karena pembiasan atmosfer, bintang-bintang yang sedikit di bawah garis cakrawala geometris dapat diamati.
Nilai sudut refraksi γ menurun dengan cepat seiring dengan bertambahnya sudut. β ketinggian termasyhur di atas cakrawala. Pada β = 0 γ = 35" . Ini adalah sudut bias maksimum. Pada β = 5º γ = 10" , pada β = 15 γ = 3" , pada β = 30 γ = 1" . Untuk tokoh-tokoh yang tingginya β > 30º, pergeseran bias γ < 1" .
b. Matahari menyinari lebih dari setengah permukaan dunia
. Sinar 1 - 1, yang tanpa adanya atmosfer harus menyentuh Bumi pada titik-titik bagian diametris DD, berkat atmosfer, mereka menyentuhnya sedikit lebih awal (Gbr. 201).
Permukaan bumi disentuh oleh sinar 2 - 2, yang akan lewat tanpa atmosfer. Akibatnya, garis terminator BB, memisahkan cahaya dari bayangan, bergeser ke wilayah belahan bumi malam. Oleh karena itu, luas permukaan siang hari di Bumi lebih besar daripada luas malam hari.
4. pembiasan bumi. Jika fenomena refraksi astronomi dikondisikan efek bias global atmosfer, maka fenomena pembiasan terestrial adalah karena perubahan atmosfer lokal biasanya berhubungan dengan anomali suhu. Manifestasi paling luar biasa dari pembiasan terestrial adalah fatamorgana.
sebuah. fatamorgana superior(dari fr. fatamorgana). Biasanya diamati di daerah Arktik dengan udara jernih dan suhu permukaan rendah. Pendinginan permukaan yang kuat di sini tidak hanya disebabkan oleh posisi matahari yang rendah di atas cakrawala, tetapi juga karena permukaan yang tertutup salju atau es memantulkan cahaya. paling radiasi ke luar angkasa. Akibatnya, di lapisan permukaan, saat mendekati permukaan bumi, suhu menurun dengan sangat cepat dan meningkat kepadatan optik udara.
Kelengkungan sinar ke arah Bumi kadang-kadang begitu signifikan sehingga objek yang diamati berada jauh di luar garis cakrawala geometris. Balok 2 pada Gambar 202, yang dalam atmosfer biasa akan masuk ke lapisan atasnya, menjadi kasus ini melengkung ke arah Bumi dan memasuki mata pengamat.
Rupanya, fatamorgana seperti itulah yang mewakili sang legendaris “ Flying Dutchmen”- hantu kapal yang sebenarnya ratusan bahkan ribuan kilometer jauhnya. Apa yang mengejutkan dalam fatamorgana superior adalah bahwa tidak ada penurunan nyata dalam ukuran tubuh yang tampak.
Misalnya, pada tahun 1898, awak kapal Bremen "Matador" mengamati sebuah kapal hantu, yang dimensi nyatanya sesuai dengan jarak 3-5 mil. Bahkan, ternyata belakangan, kapal ini saat itu berada pada jarak sekitar seribu mil. (satu mil laut sama dengan 1852 m). Udara permukaan tidak hanya membelokkan sinar cahaya, tetapi juga memfokuskannya sebagai sistem optik yang kompleks.
PADA kondisi normal suhu udara menurun dengan bertambahnya ketinggian. Kebalikan dari suhu, ketika suhu naik dengan meningkatnya ketinggian, disebut inversi suhu. Pembalikan suhu dapat terjadi tidak hanya di zona Arktik, tetapi juga di tempat lain yang lebih rendah lintangnya. Oleh karena itu, fatamorgana superior dapat terjadi di mana pun udaranya cukup bersih dan di mana terjadi pembalikan suhu. Misalnya, fatamorgana penglihatan jauh kadang-kadang terlihat di pantai laut Mediterania. Pembalikan suhu dibuat di sini oleh udara panas dari Sahara.
b. fatamorgana rendah terjadi ketika arah sebaliknya suhu dan biasanya diamati di gurun selama cuaca panas. Pada siang hari, ketika matahari tinggi, tanah berpasir di gurun, yang terdiri dari partikel mineral padat, menghangat hingga 50 derajat atau lebih. Pada saat yang sama, pada ketinggian beberapa puluh meter, udara tetap relatif dingin. Oleh karena itu, indeks bias lapisan udara di atas terasa lebih besar dibandingkan dengan udara di dekat permukaan tanah. Ini juga menyebabkan pembengkokan balok, tetapi dalam sisi sebaliknya(gbr.203).
Sinar cahaya yang datang dari bagian langit yang terletak rendah di atas cakrawala, yang berlawanan dengan pengamat, terus-menerus dibelokkan ke atas dan masuk ke mata pengamat dengan arah dari bawah ke atas. Akibatnya, pada kelanjutannya di permukaan bumi, pengamat melihat pantulan langit, menyerupai permukaan air. Inilah yang disebut fatamorgana "danau".
Efeknya bahkan lebih ditingkatkan ketika ada batu, bukit, pohon, bangunan ke arah pengamatan. Dalam hal ini, mereka terlihat seperti pulau di tengah danau yang luas. Selain itu, tidak hanya objek yang terlihat, tetapi juga pantulannya. Dengan sifat kelengkungan sinar, lapisan tanah udara bertindak sebagai cermin dari permukaan air.
5. Pelangi. Ini berwarna-warni fenomena optik yang diamati selama hujan, diterangi oleh matahari dan mewakili sistem busur berwarna konsentris.
Teori pelangi pertama dikembangkan oleh Descartes pada tahun 1637. Pada saat ini, fakta-fakta eksperimental berikut yang berkaitan dengan pelangi telah diketahui:
sebuah. Pusat pelangi O berada pada garis lurus yang menghubungkan Matahari dengan mata pengamat.(gbr.204).
b. Di sekitar garis simetri Mata - Matahari adalah busur berwarna dengan jari-jari sudut sekitar 42° . Warna disusun, dihitung dari tengah, dengan urutan: biru (d), hijau (h), merah (k)(grup baris 1). Ini pelangi utama. Di dalam pelangi utama ada busur multi-warna samar rona kemerahan dan kehijauan.
di. Sistem busur kedua dengan jari-jari sudut sekitar 51° disebut pelangi sekunder. Warnanya jauh lebih pucat dan masuk ke urutan terbalik, menghitung dari tengah, merah, hijau, biru (sekelompok garis 2) .
G. Pelangi utama hanya muncul ketika matahari berada di atas cakrawala pada sudut tidak lebih dari 42 °.
Seperti yang ditetapkan Descartes, alasan utama terbentuknya pelangi primer dan sekunder adalah pembiasan dan pemantulan sinar cahaya dalam tetesan air hujan. Pertimbangkan ketentuan utama teorinya.
6. Pembiasan dan pemantulan sinar monokromatik dalam setetes. Biarkan sinar monokromatik dengan intensitas Saya 0 jatuh pada penurunan radius bola R pada jarak kamu dari sumbu di bidang bagian diametris (Gbr. 205). Pada titik jatuh A bagian dari sinar dipantulkan, dan bagian utama dari intensitas Saya 1 operan di dalam drop. Pada intinya B sebagian besar sinar melewati ke udara (pada Gambar. 205 PADA balok tidak ditampilkan), tetapi minoritas dipantulkan dan jatuh ke suatu titik Dengan. Melangkah keluar pada intinya Dengan intensitas sinar Saya 3 terlibat dalam pembentukan busur utama dan pita sekunder lemah di dalam busur utama.
Ayo temukan sudutnya θ , di mana sinar itu keluar Saya 3 sehubungan dengan sinar datang Saya 0 . Perhatikan bahwa semua sudut antara sinar dan garis normal di dalam drop adalah sama dan sama dengan sudut bias β . (Segitiga OAB dan OVS sama kaki). Tidak peduli berapa banyak sinar "melingkar" di dalam drop, semua sudut datang dan refleksi adalah sama dan sama dengan sudut bias β . Untuk alasan ini, setiap sinar yang muncul dari drop di titik-titik PADA, Dengan dll., keluar pada sudut yang sama, sama dengan sudut jatuh α .
Untuk mencari sudut θ defleksi balok Saya 3 dari aslinya, perlu untuk menjumlahkan sudut deviasi pada titik TETAPI, PADA dan Dengan: q = ( – ) + (π – 2β) + (α - β) = π + 2α – 4β . (25.1)
Lebih nyaman untuk mengukur sudut tajam \u003d - q \u003d 4β – 2α . (25.2)
Setelah melakukan perhitungan untuk beberapa ratus sinar, Descartes menemukan bahwa sudut φ dengan pertumbuhan kamu, yaitu, saat balok bergerak menjauh Saya 0 dari sumbu drop, pertama tumbuh bersama nilai mutlak, pada kamu/R 0.85 menerima nilai maksimum dan kemudian mulai berkurang.
Sekarang ini adalah nilai batas sudut φ dapat ditemukan dengan memeriksa fungsi φ secara ekstrim pada. Sejak dosa α = yçR, dan dosa β = yçR· n, kemudian α = arcsin( yçR), β = arcsin( yçRn). Kemudian
, 
. (25.3)
Memperluas istilah menjadi bagian yang berbeda dari persamaan dan kuadrat, kita mendapatkan:
, (25,4)
untuk kuning D-garis natrium λ = 589,3 nm indeks bias air n= 1,333. Jarak titik TETAPI kemunculan sinar ini dari sumbu kamu= 0,861R. Sudut pembatas sinar ini adalah
Menarik itu intinya PADA pantulan pertama balok di jatuhkan juga merupakan jarak maksimum dari sumbu jatuh. Menjelajah dari sudut yang ekstrim d= p– α – ε = p– α – (p– 2β ) = 2β – α dalam ukuran pada, kita mendapatkan kondisi yang sama pada= 0,861R dan d= 42,08°/2 = 21,04°.
Gambar 206 menunjukkan ketergantungan sudut φ , di mana balok meninggalkan jatuh setelah refleksi pertama (rumus 25.2), pada posisi titik TETAPI balok masuk ke drop. Semua sinar dipantulkan di dalam kerucut dengan sudut puncak 42º.
Sangat penting untuk pembentukan pelangi bahwa sinar yang masuk jatuh di lapisan silinder dengan ketebalan uçR dari 0,81 hingga 0,90, keluar setelah refleksi di dinding tipis kerucut dalam rentang sudut dari 41,48º hingga 42,08º. Di luar, dinding kerucut halus (ada sudut yang ekstrem φ
), dari dalam - longgar. Tebal sudut dinding adalah 20 menit busur. Untuk sinar yang ditransmisikan, penurunan berperilaku seperti lensa dengan Focal length f= 1,5R. Sinar masuk jatuh di atas seluruh permukaan belahan pertama, dipantulkan kembali oleh sinar divergen di ruang kerucut dengan sudut aksial 42º, dan melewati jendela dengan jari-jari sudut 21º (Gbr. 207 ).
7. Intensitas sinar yang muncul dari tetesan. Di sini kita hanya akan berbicara tentang sinar yang muncul dari tetesan setelah refleksi pertama (Gbr. 205). Jika sebuah balok jatuh pada jatuh dengan sudut α , memiliki intensitas Saya 0, maka sinar yang masuk ke droplet memiliki intensitas Saya 1 = Saya 0 (1 – ρ ), di mana ρ adalah koefisien refleksi intensitas.
Untuk cahaya tak terpolarisasi, koefisien refleksi ρ dapat dihitung dengan menggunakan rumus Fresnel (17.20). Karena rumus mencakup kuadrat fungsi selisih dan jumlah sudut α dan β , maka koefisien refleksi tidak bergantung pada apakah berkas masuk ke dalam droplet atau dari droplet. Karena sudut-sudut α dan β di titik-titik TETAPI, PADA, Dengan sama, maka koefisien ρ di semua titik TETAPI, PADA, Dengan sama. Oleh karena itu, intensitas sinar Saya 1 = Saya 0 (1 – ρ ), Saya 2 = Saya 1 ρ = Saya 0 ρ (1 – ρ ), Saya 3 = Saya 2 (1 – ρ ) = Saya 0 ρ (1 – ρ ) 2 .
Tabel 25.1 menunjukkan nilai sudut φ , koefisien ρ dan rasio intensitas Saya 3 cI 0 dihitung pada jarak yang berbeda uçR entri balok untuk garis natrium kuning λ = 589,3 nm. Seperti yang dapat dilihat dari tabel, ketika pada≤ 0,8R ke dalam balok Saya 3, kurang dari 4% energi dari pancaran sinar jatuh pada jatuh. Dan hanya mulai dari pada= 0,8R dan banyak lagi hingga pada= R intensitas sinar keluaran Saya 3 dikalikan.
| Tabel 25.1 |
|||||
| kamu/R | α ,º | β ,º | φ ,º | ρ | Saya 3 /Saya 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0,020 | 0,019 |
| 0,30 | 17,38 | 12,94 | 16,99 | 0,020 | 0,019 |
| 0,50 | 29,87 | 21,89 | 27,82 | 0,021 | 0,020 |
| 0,60 | 36,65 | 26,62 | 33,17 | 0,023 | 0,022 |
| 0,65 | 40,36 | 29,01 | 35,34 | 0,025 | 0,024 |
| 0,70 | 44,17 | 31,52 | 37,73 | 0,027 | 0,025 |
| 0,75 | 48,34 | 34,09 | 39,67 | 0,031 | 0,029 |
| 0,80 | 52,84 | 36,71 | 41,15 | 0,039 | 0,036 |
| 0,85 | 57,91 | 39,39 | 42,08 | 0,052 | 0,046 |
| 0,90 | 63,84 | 42,24 | 41,27 | 0,074 | 0,063 |
| 0,95 | 71,42 | 45,20 | 37,96 | 0,125 | 0,095 |
| 1,00 | 89,49 | 48,34 | 18,00 | 0,50 | 0,125 |
Jadi, sinar yang muncul dari drop pada sudut pembatas φ , memiliki intensitas yang jauh lebih besar dibandingkan dengan balok lain karena dua alasan. Pertama, karena kompresi sudut yang kuat dari berkas sinar di dinding tipis kerucut, dan kedua, karena kerugian yang lebih rendah dalam tetesan. Hanya intensitas sinar ini yang cukup untuk membangkitkan sensasi kecemerlangan setetes di mata.
8. Pembentukan pelangi utama. Ketika cahaya jatuh pada setetes, berkas terbelah karena dispersi. Akibatnya, dinding kerucut pantulan terang distratifikasi oleh warna (Gbr. 208). sinar ungu ( aku= 396,8 nm) keluar dengan sudut j= 40°36", merah ( aku= 656,3 nm) - membentuk sudut j= 42°22". Dalam selang sudut ini D φ
\u003d 1 ° 46 "meliputi seluruh spektrum sinar yang muncul dari tetesan. Sinar ungu membentuk kerucut bagian dalam, yang merah membentuk kerucut luar. Jika tetesan hujan yang diterangi matahari terlihat oleh pengamat, maka mereka yang kerucutnya sinar yang masuk ke mata dianggap paling terang, akibatnya semua tetes yang berhubungan dengan sinar matahari yang melewati mata pengamat, pada sudut kerucut merah, terlihat merah, pada sudut hijau - hijau. (Gbr. 209).
9. Formasi pelangi sekunder terjadi karena sinar yang muncul dari drop setelah refleksi kedua (Gbr. 210). Intensitas sinar-sinar setelah pemantulan kedua kira-kira orde besarnya kurang dari sinar-sinar setelah pemantulan pertama dan mempunyai lintasan yang kira-kira sama dengan perubahan uçR.
Sinar yang muncul dari tetesan setelah pemantulan kedua membentuk kerucut dengan sudut puncak 51º. Jika kerucut primer memiliki sisi licin di luar, maka kerucut sekunder memiliki sisi halus di dalam. Praktis tidak ada sinar di antara kerucut ini. Semakin besar tetesan air hujan, semakin cerah pelangi. Dengan penurunan ukuran tetesan, pelangi menjadi pucat. Saat hujan berubah menjadi gerimis R 20 - 30 mikron pelangi berubah menjadi busur keputihan dengan warna yang hampir tidak bisa dibedakan.
10. Lingkaran cahaya(dari bahasa Yunani. hals- cincin) - fenomena optik, yang biasanya lingkaran warna-warni di sekitar piringan matahari atau bulan dengan jari-jari sudut 22 dan 46º. Lingkaran-lingkaran ini terbentuk sebagai hasil pembiasan cahaya oleh kristal es di awan cirrus, yang berbentuk prisma beraturan heksagonal.
Kepingan salju yang jatuh ke tanah sangat beragam bentuknya. Namun, kristal yang terbentuk sebagai hasil kondensasi uap di atmosfer atas sebagian besar dalam bentuk prisma heksagonal. Dari semua pilihan Ada tiga bagian terpenting dari balok melalui prisma heksagonal (Gbr. 211).
Dalam kasus (a), balok melewati permukaan paralel yang berlawanan dari prisma tanpa membelah atau membelok.
Dalam kasus (b), berkas melewati permukaan prisma, yang membentuk sudut 60º di antara keduanya, dan dibiaskan seperti pada prisma spektral. Intensitas sinar yang muncul pada sudut deviasi terkecil 22º adalah maksimum. Dalam kasus ketiga (c), balok melewati sisi wajah dan alas prisma. Sudut bias 90º, sudut deviasi terkecil 46º. Dalam dua kasus terakhir, sinar putih terbelah, sinar biru lebih menyimpang, sinar merah lebih sedikit. 
Kasus (b) dan (c) menyebabkan munculnya cincin yang diamati pada sinar yang ditransmisikan dan memiliki dimensi sudut 22º dan 46º (Gbr. 212).
Biasanya lingkar luar (46º) lebih terang dari lingkar dalam dan keduanya memiliki warna kemerahan. Ini dijelaskan tidak hanya oleh hamburan intens sinar biru di awan, tetapi juga oleh fakta bahwa dispersi sinar biru di prisma lebih besar daripada yang merah. Oleh karena itu, sinar biru meninggalkan kristal dalam sinar yang sangat berbeda, yang menyebabkan intensitasnya berkurang. Dan sinar merah keluar dalam sinar sempit, yang memiliki intensitas yang jauh lebih besar. Pada kondisi yang menguntungkan ketika warna dapat dibedakan bagian dalam cincin merah, luar - biru.
10. mahkota- cincin berkabut cerah di sekitar piringan bintang. Jari-jari sudut mereka adalah kurang dari radius halo dan tidak melebihi 5º. Mahkota timbul karena hamburan difraksi sinar oleh tetesan air yang membentuk awan atau kabut.
Jika radius jatuh R, maka minimum difraksi pertama pada balok paralel diamati pada sudut j = 0,61∙lçR(lihat rumus 15.3). Di Sini aku adalah panjang gelombang cahaya. Pola difraksi tetesan individu dalam berkas paralel bertepatan; akibatnya, intensitas cincin cahaya ditingkatkan.
Diameter mahkota dapat digunakan untuk menentukan ukuran tetesan di awan. Semakin besar tetesannya (lebih R), semakin kecil ukuran sudut cincin. Cincin terbesar diamati dari tetesan terkecil. Pada jarak beberapa kilometer, cincin difraksi masih terlihat ketika ukuran tetesan minimal 5 m. Pada kasus ini j maks = 0,61 lçR 5 6°.
Warna cincin cahaya mahkota sangat lemah. Saat terlihat, tepi luar cincin memiliki warna kemerahan. Artinya, distribusi warna pada mahkota berbanding terbalik dengan distribusi warna pada cincin halo. Selain dimensi sudut, ini juga memungkinkan untuk membedakan antara mahkota dan lingkaran cahaya. Jika ada tetesan dengan berbagai ukuran di atmosfer, maka cincin mahkota, yang ditumpangkan satu sama lain, membentuk cahaya terang umum di sekitar piringan bintang. Cahaya ini disebut lingkaran cahaya.
11. Langit biru dan fajar merah. Saat Matahari berada di atas cakrawala, langit tak berawan tampak biru. Faktanya adalah bahwa dari sinar spektrum matahari, sesuai dengan hukum Rayleigh Saya kasar ~ 1 /l 4, sinar biru, cyan dan violet pendek tersebar paling intensif.
Jika Matahari rendah di atas cakrawala, maka cakramnya dianggap berwarna merah tua karena alasan yang sama. Karena hamburan intens cahaya gelombang pendek, terutama sinar merah yang tersebar lemah mencapai pengamat. Hamburan sinar dari matahari terbit atau terbenam sangat besar karena sinar menempuh jarak yang jauh di dekat permukaan bumi, di mana konsentrasi partikel hamburan sangat tinggi.
Fajar pagi atau sore hari - pewarnaan bagian langit yang dekat dengan Matahari di warna merah jambu- karena hamburan difraksi cahaya oleh kristal es di atmosfer atas dan refleksi geometris cahaya kristal.
12. bintang berkelap-kelip- Ini perubahan yang cepat kecemerlangan dan warna bintang, terutama terlihat di dekat cakrawala. Kelap-kelip bintang disebabkan oleh pembiasan sinar dalam pancaran udara yang mengalir dengan cepat, yang, karena kepadatan yang berbeda, memiliki indikator yang berbeda pembiasan. Akibatnya, lapisan atmosfer yang dilalui pancaran sinar berperilaku seperti lensa dengan panjang fokus variabel. Itu bisa berupa pengumpulan dan penghamburan. Dalam kasus pertama, cahaya terkonsentrasi, kecemerlangan bintang ditingkatkan, dalam kasus kedua, cahaya tersebar. Perubahan tanda tersebut terekam hingga ratusan kali per detik.
Karena dispersi, berkas didekomposisi menjadi sinar dengan warna berbeda, yang mengikuti jalur yang berbeda dan dapat semakin menyimpang, semakin rendah bintang ke cakrawala. Jarak antara sinar ungu dan merah dari satu bintang bisa mencapai 10 meter di dekat permukaan bumi. Akibatnya, pengamat melihat perubahan terus menerus dalam kecerahan dan warna bintang.
Fenomena akibat pembiasan, pemantulan, hamburan, dan difraksi cahaya di atmosfer: darinya orang dapat menyimpulkan tentang keadaan lapisan atmosfer yang sesuai.
Ini termasuk pembiasan, fatamorgana, banyak fenomena halo, pelangi, mahkota, fenomena fajar dan senja, kebiruan langit, dll.
fatamorgana(fr. fatamorgana - lit. visibilitas) - fenomena optik di atmosfer: pembiasan aliran cahaya pada batas antara lapisan udara yang sangat berbeda dalam kepadatan dan suhu. Bagi seorang pengamat, fenomena seperti itu terdiri dari fakta bahwa, bersama dengan objek jauh yang benar-benar terlihat (atau bagian dari langit), pantulannya di atmosfer juga terlihat.
Klasifikasi
Fatamorgana dibagi menjadi lebih rendah, terlihat di bawah objek, atas, terlihat di atas objek, dan samping.
fatamorgana rendah
Itu diamati dengan gradien suhu vertikal yang besar (turunnya dengan ketinggian) di atas yang terlalu panas permukaan rata, sering gurun atau jalan beraspal. Gambar imajiner langit menciptakan ilusi air di permukaan. Jadi, di jalan yang jauh pada hari musim panas, genangan air terlihat.
fatamorgana superior
Itu diamati di atas permukaan bumi yang dingin dengan distribusi suhu terbalik (suhu udara naik dengan ketinggian).
Fatamorgana superior umumnya kurang umum daripada fatamorgana inferior, tetapi seringkali lebih stabil karena udara dingin tidak cenderung naik dan hangat cenderung turun.
Fatamorgana superior paling sering terjadi di daerah kutub, terutama pada bongkahan es datar yang besar dengan suhu rendah yang stabil. Kondisi seperti itu dapat terjadi di Greenland dan di sekitar Islandia. Mungkin karena efek ini, disebut hillingar(dari bahasa Islandia hillingar), pemukim pertama Islandia menyadari keberadaan Greenland.
Fatamorgana superior juga diamati pada garis lintang yang lebih moderat, meskipun dalam kasus ini, mereka lebih redup, kurang jelas dan stabil. Sebuah fatamorgana superior bisa tegak atau terbalik, tergantung pada jarak ke objek sebenarnya dan gradien suhu. Seringkali gambar muncul sebagai mosaik fragmen dari bagian tegak dan terbalik.
Sebuah kapal berukuran normal bergerak di luar cakrawala. Dalam keadaan tertentu atmosfer, pantulannya di atas cakrawala tampak sangat besar.
Fatamorgana superior mungkin ada efek mencolok karena kelengkungan bumi. Jika kelengkungan sinar hampir sama dengan kelengkungan Bumi, sinar cahaya dapat menempuh jarak yang jauh, menyebabkan pengamat melihat objek jauh di luar cakrawala. Ini diamati dan didokumentasikan untuk pertama kalinya pada tahun 1596, ketika sebuah kapal di bawah komando Willem Barents, yang sedang mencari Jalur Timur Laut, terjebak dalam es di Novaya Zemlya. Para kru terpaksa menunggu di luar malam kutub. Pada saat yang sama, matahari terbit setelahnya malam kutub diamati dua minggu lebih awal dari yang diharapkan. Pada abad ke-20, fenomena ini dijelaskan dan disebut "Efek Bumi Baru".
Dengan cara yang sama, kapal yang sebenarnya sangat jauh sehingga tidak terlihat di atas cakrawala dapat muncul di cakrawala, dan bahkan di atas cakrawala, sebagai fatamorgana superior. Ini mungkin menjelaskan beberapa cerita tentang penerbangan kapal atau kota pesisir di langit, seperti yang dijelaskan oleh beberapa penjelajah kutub.
fatamorgana samping
Fatamorgana lateral dapat terjadi sebagai refleksi dari dinding tipis yang dipanaskan. Sebuah kasus digambarkan ketika dinding beton halus benteng tiba-tiba bersinar seperti cermin, memantulkan benda-benda di sekitarnya. Pada hari yang panas, fatamorgana diamati setiap kali dinding cukup dipanaskan oleh sinar matahari.
fatamorgana
Fenomena kompleks fatamorgana dengan distorsi tajam pada penampilan objek disebut Fata Morgana. fatamorgana(Italia. fatamorgana- peri Morgana, menurut legenda, tetap hidup dasar laut dan pengembara yang menipu dengan penglihatan hantu) adalah fenomena optik kompleks yang langka di atmosfer, yang terdiri dari beberapa bentuk fatamorgana, di mana objek yang jauh terlihat berulang kali dan dengan berbagai distorsi.
Fata Morgana terjadi ketika beberapa lapisan udara bergantian terbentuk di lapisan bawah atmosfer (biasanya karena perbedaan suhu). kepadatan yang berbeda mampu memberi refleksi cermin. Sebagai hasil pemantulan, serta pembiasan sinar, pada kenyataannya fasilitas yang ada mereka memberikan beberapa gambar terdistorsi di cakrawala atau di atasnya, sebagian tumpang tindih satu sama lain dan dengan cepat berubah dalam waktu, yang menciptakan gambar aneh Fata Morgana.
fatamorgana volumetrik
Di pegunungan sangat jarang, dalam kondisi tertentu, Anda dapat melihat "diri yang terdistorsi" cukup lama jarak dekat. Fenomena ini dijelaskan oleh adanya uap air yang "tergenang" di udara.
Lingkaran cahaya(dari bahasa Yunani lainnya - lingkaran, cakram; juga aura, nimbus, lingkaran cahaya) adalah fenomena optik, cincin bercahaya di sekitar sumber cahaya.
Fisika dari fenomena
Halo biasanya muncul di sekitar Matahari atau Bulan, terkadang di sekitar sumber cahaya kuat lainnya seperti lampu jalan. Ada banyak jenis halo dan terutama disebabkan oleh kristal es di awan cirrus pada ketinggian 5-10 km di troposfer atas. Munculnya halo tergantung pada bentuk dan lokasi kristal. Cahaya yang dipantulkan dan dibiaskan oleh kristal es sering terurai menjadi spektrum, yang membuat halo terlihat seperti pelangi. Parhelia dan busur zenith adalah yang paling terang dan penuh warna, sedangkan garis singgung halo kecil dan besar kurang terang. Dalam lingkaran kecil 22 derajat, hanya sebagian dari warna spektrum (dari merah ke kuning) yang dapat dibedakan, sisanya terlihat putih karena pencampuran berulang dari sinar yang dibiaskan. Lingkaran parhelic dan sejumlah busur halo lainnya hampir selalu berwarna putih. Fitur menarik dari lingkaran besar 46 derajat adalah redup dan berwarna rendah, sedangkan busur garis singgung atas, yang hampir bertepatan dengannya di ketinggian rendah Matahari di atas cakrawala, telah menonjolkan warna-warni.
Dalam lingkaran cahaya bulan yang redup, warna tidak terlihat oleh mata, yang dikaitkan dengan kekhasan penglihatan senja.
©2015-2019 situs
Semua hak milik penulisnya. Situs ini tidak mengklaim kepengarangan, tetapi menyediakan penggunaan gratis.
Tanggal pembuatan halaman: 13-02-2016
Atmosfer adalah berawan, medium optik tidak homogen. Fenomena optik adalah hasil dari pemantulan, pembiasan, dan difraksi sinar cahaya di atmosfer.
Tergantung pada penyebab terjadinya, semua fenomena optik dibagi menjadi empat kelompok:
1) fenomena yang disebabkan oleh hamburan cahaya di atmosfer (senja, fajar);
2) fenomena yang disebabkan oleh pembiasan sinar cahaya di atmosfer (pembiasan) - fatamorgana, kerlap-kerlip bintang, dll .;
3) fenomena yang disebabkan oleh pembiasan dan pemantulan sinar cahaya pada tetesan dan kristal awan (pelangi, halo);
4) fenomena yang disebabkan oleh difraksi cahaya di awan dan kabut - mahkota, gloria.
Debu disebabkan oleh hamburan sinar matahari di atmosfer. Twilight adalah masa peralihan dari siang ke malam (sore twilight) dan dari malam ke siang (morning twilight). Senja malam dimulai dari saat matahari terbenam dan sampai kegelapan total, senja pagi - sebaliknya.
Durasi senja ditentukan oleh sudut antara arah gerakan harian Matahari yang tampak dan cakrawala; jadi, durasi senja tergantung pada garis lintang geografis: semakin dekat ke khatulistiwa, semakin pendek senja.
Ada tiga periode senja:
1) senja sipil (perendaman Matahari di bawah cakrawala tidak melebihi 6 o) - cahaya;
2) navigasi (perendaman Matahari di bawah cakrawala hingga 12 o) - kondisi visibilitas sangat memburuk;
3) astronomis (perendaman Matahari di bawah cakrawala hingga 18 o) - permukaan bumi hari sudah gelap, tapi fajar masih terlihat di langit.
Fajar - serangkaian fenomena cahaya berwarna-warni di atmosfer, diamati sebelum matahari terbit atau terbenam. Variasi warna fajar tergantung pada posisi Matahari relatif terhadap cakrawala dan pada keadaan atmosfer.
Warna cakrawala ditentukan oleh sinar matahari yang terlihat tersebar. Dalam atmosfer yang bersih dan kering, hamburan cahaya terjadi menurut hukum Rayleigh. Sinar biru menyebar sekitar 16 kali lebih banyak daripada sinar merah, sehingga warna langit (hamburan sinar matahari) adalah biru (biru), dan warna Matahari dan sinarnya di dekat cakrawala berwarna merah, karena. Dalam hal ini, cahaya menempuh jalur yang lebih panjang di atmosfer.
Partikel besar di atmosfer (tetesan, partikel debu, dll.) menyebarkan cahaya secara netral, sehingga awan dan kabut berwarna putih. Dengan kelembaban tinggi, debu, seluruh langit menjadi tidak biru, tetapi keputihan. Oleh karena itu, dengan tingkat kebiruan langit, seseorang dapat menilai kemurnian udara dan sifat massa udara.
pembiasan atmosfer - fenomena atmosfer yang terkait dengan pembiasan sinar cahaya. Pembiasan disebabkan oleh: bintang berkelap-kelip, perataan piringan Matahari dan Bulan yang terlihat di dekat cakrawala, peningkatan panjang hari beberapa menit, serta fatamorgana. Fatamorgana adalah gambar imajiner yang terlihat di cakrawala, di atas cakrawala atau di bawah cakrawala, karena pelanggaran tajam kepadatan lapisan udara. Ada fatamorgana inferior, superior, lateral. Fatamorgana bergerak - "Fata Morgana" jarang diamati.
Pelangi - ini adalah busur cahaya, dicat dalam semua warna spektrum, dengan latar belakang awan yang diterangi oleh Matahari, dari mana tetesan hujan jatuh. Tepi luar busur berwarna merah, tepi bagian dalam berwarna ungu. Jika Matahari rendah di cakrawala, maka kita hanya melihat setengah dari lingkaran. Ketika Matahari tinggi, busur menjadi lebih kecil, karena. pusat lingkaran jatuh di bawah cakrawala. Pada ketinggian Matahari lebih besar dari 42 tentang pelangi tidak terlihat. Dari pesawat terbang, Anda dapat mengamati pelangi hampir satu lingkaran penuh.
Pelangi terbentuk dari pembiasan dan pemantulan sinar matahari dalam tetesan air. Kecerahan dan lebar pelangi tergantung pada ukuran tetesan. Tetesan besar memberikan pelangi yang lebih kecil tetapi lebih cerah. Dengan tetes kecil, hampir putih.
Lingkaran cahaya - ini adalah lingkaran atau busur di sekitar Matahari dan Bulan, yang muncul di awan es tingkat atas (paling sering di cirrostratus).
mahkota - Ringan, cincin berwarna sedikit di sekitar Matahari dan Bulan, muncul di awan air dan es di tingkat atas dan tengah, karena difraksi cahaya.
Seseorang terus-menerus menemukan fenomena cahaya. Segala sesuatu yang berhubungan dengan munculnya cahaya, propagasi dan interaksinya dengan materi, disebut fenomena cahaya. Contoh nyata dari fenomena optik dapat berupa: pelangi setelah hujan, kilat saat badai petir, kerlap-kerlip bintang di langit malam, permainan cahaya dalam aliran air, variabilitas laut dan langit, dan banyak lainnya.
Siswa menerima penjelasan ilmiah tentang fenomena fisika dan contoh optik di kelas 7 ketika mereka mulai belajar fisika. Bagi banyak orang, optik akan menjadi bagian yang paling menarik dan misterius dalam kurikulum fisika sekolah.
Apa yang dilihat orang itu?
Mata manusia dirancang sedemikian rupa sehingga ia hanya bisa melihat warna pelangi. Hari ini sudah diketahui bahwa spektrum pelangi tidak terbatas pada warna merah di satu sisi dan ungu di sisi lain. Di belakang menjadi merah inframerah, di belakang ungu adalah ultraviolet. Banyak hewan dan serangga yang bisa melihat warna ini, tapi sayangnya manusia tidak bisa. Tetapi di sisi lain, seseorang dapat membuat perangkat yang menerima dan memancarkan gelombang cahaya dengan panjang yang sesuai.
pembiasan sinar
Cahaya tampak adalah pelangi warna, dan cahaya warna putih, misalnya, cerah, adalah kombinasi sederhana dari warna-warna ini. Jika Anda menempatkan prisma di seberkas cahaya putih terang, itu akan pecah menjadi warna atau gelombang. panjang yang berbeda, yang terdiri dari. Pertama datang merah dengan panjang gelombang terpanjang, kemudian oranye, kuning, hijau, biru, dan akhirnya ungu, yang memiliki panjang gelombang terpendek dalam cahaya tampak.
Jika Anda mengambil prisma lain untuk menangkap cahaya pelangi dan membalikkannya, itu akan menggabungkan semua warna menjadi putih. Ada banyak contoh fenomena optik dalam fisika, mari kita pertimbangkan beberapa di antaranya.
Mengapa langit berwarna biru?
Orang tua muda sering dibingungkan oleh pertanyaan yang paling sederhana, sekilas, dari pertanyaan kecil mereka mengapa. Terkadang mereka adalah yang paling sulit untuk dijawab. Hampir semua contoh fenomena optik di alam dapat dijelaskan dengan ilmu pengetahuan modern.
Sinar matahari yang menyinari langit pada siang hari berwarna putih, yang berarti secara teoritis langit juga harus berwarna putih cerah. Agar terlihat biru, beberapa proses dengan cahaya diperlukan pada saat melewati atmosfer bumi. Inilah yang terjadi: sebagian cahaya melewati ruang bebas di antara molekul-molekul gas di atmosfer, mencapai permukaan bumi dan tetap berwarna putih seperti di awal perjalanan. Tetapi sinar matahari pertemuan molekul gas, yang, seperti oksigen, diserap dan kemudian tersebar ke segala arah.
Atom-atom dalam molekul gas diaktifkan oleh cahaya yang diserap dan sekali lagi memancarkan foton cahaya dalam gelombang berbagai panjang- dari merah ke ungu. Jadi, sebagian cahaya masuk ke bumi, sisanya kembali ke matahari. Kecerahan cahaya yang dipancarkan tergantung pada warnanya. Delapan foton cahaya biru dilepaskan untuk setiap foton merah. Oleh karena itu, cahaya biru delapan kali lebih terang dari merah. Cahaya biru yang intens dipancarkan dari segala arah dari miliaran molekul gas dan mencapai mata kita.
lengkungan warna-warni
Dahulu kala, orang mengira pelangi adalah tanda yang dikirimkan oleh para dewa kepada mereka. Memang, pita warna-warni yang indah selalu muncul di langit entah dari mana, dan kemudian menghilang secara misterius. Hari ini kita tahu bahwa pelangi adalah salah satu contoh fenomena optik dalam fisika, tetapi kita tidak berhenti mengaguminya setiap kali kita melihatnya di langit. Hal yang menarik adalah bahwa setiap pengamat melihat pelangi yang berbeda, yang diciptakan oleh sinar cahaya yang datang dari belakangnya dan dari tetesan air hujan di depannya.
Pelangi terbuat dari apa?
Resep untuk fenomena optik di alam ini sederhana: tetesan air di udara, cahaya, dan pengamat. Tapi itu tidak cukup bagi matahari untuk muncul saat hujan. Itu harus rendah, dan pengamat harus berdiri sehingga matahari berada di belakangnya, dan melihat ke tempat di mana hujan atau baru saja hujan.
Sinar matahari yang datang dari angkasa yang jauh menyusul tetesan air hujan. Bertindak seperti prisma, rintik hujan membiaskan setiap warna yang tersembunyi dalam cahaya putih. Jadi, ketika sinar putih melewati rintik hujan, tiba-tiba terbelah menjadi sinar warna-warni yang indah. Di dalam tetesan, mereka menabrak dinding bagian dalam tetesan, yang bertindak seperti cermin, dan sinar dipantulkan ke arah yang sama dari mana mereka memasuki tetesan.
Hasil akhirnya adalah pelangi warna yang melengkung di langit - cahaya dibelokkan dan dipantulkan oleh jutaan tetesan hujan kecil. Mereka dapat bertindak seperti prisma kecil, memecah cahaya putih menjadi spektrum warna. Tapi hujan tidak selalu diperlukan untuk melihat pelangi. Cahaya juga dapat dibiaskan oleh kabut atau asap dari laut.
Apa warna airnya?
Jawabannya jelas - air memiliki warna biru. Jika Anda menuangkan air murni ke dalam gelas, semua orang akan melihat transparansinya. Ini karena terlalu sedikit air di dalam gelas dan warnanya terlalu pucat untuk dilihat.
Saat mengisi wadah kaca besar, Anda dapat melihat warna biru alami air. Warnanya tergantung pada bagaimana molekul air menyerap atau memantulkan cahaya. cahaya putih Itu terdiri dari pelangi warna, dan molekul air menyerap sebagian besar warna merah ke hijau yang melewatinya. Dan bagian biru dipantulkan kembali. Jadi kita melihat biru.
Matahari terbit dan terbenam
Ini juga merupakan contoh fenomena optik yang diamati seseorang setiap hari. Ketika matahari terbit dan terbenam, ia mengarahkan sinarnya pada sudut ke tempat pengamat berada. Mereka memiliki jalur yang lebih panjang daripada saat matahari berada di puncaknya.
Lapisan udara di atas permukaan bumi sering mengandung banyak debu atau partikel kelembaban mikroskopis. Sinar matahari melewati sudut ke permukaan dan disaring. Sinar merah memiliki panjang gelombang radiasi terpanjang dan oleh karena itu membuat jalan mereka ke tanah lebih mudah daripada sinar biru, yang memiliki gelombang pendek yang dipukuli oleh partikel debu dan air. Oleh karena itu, pada waktu fajar pagi dan sore hari, seseorang hanya mengamati sebagian dari sinar matahari yang sampai ke bumi, yaitu yang berwarna merah.
pertunjukan cahaya planet
Aurora khas adalah aurora multi-warna di langit malam yang dapat diamati setiap malam di Kutub Utara. Bergeser dalam bentuk yang aneh, garis-garis besar cahaya biru-hijau berbintik-bintik oranye dan merah terkadang mencapai lebar lebih dari 160 km dan dapat membentang sepanjang 1.600 km.
Bagaimana menjelaskan fenomena optik ini, yang merupakan pemandangan yang menakjubkan? Aurora muncul di Bumi, tetapi itu disebabkan oleh proses yang terjadi di Matahari yang jauh.
Bagaimana semuanya berjalan?
Matahari adalah bola gas yang sangat besar, terutama terdiri dari atom hidrogen dan helium. Semuanya memiliki proton dengan muatan positif dan elektron yang berputar di sekitar mereka dengan muatan negatif. Lingkaran gas panas terus menyebar ke luar angkasa dalam bentuk angin matahari. Jumlah proton dan elektron yang tak terhitung banyaknya ini melaju dengan kecepatan 1000 km per detik.
Ketika partikel angin matahari mencapai Bumi, mereka tertarik oleh gaya yang kuat Medan gaya planet. Bumi adalah magnet raksasa dengan garis-garis magnet yang berkumpul di utara dan kutub selatan. Partikel yang tertarik mengalir di sepanjang garis tak kasat mata di dekat kutub dan bertabrakan dengan atom nitrogen dan oksigen yang membentuk atmosfer bumi.
Beberapa atom bumi kehilangan elektronnya, yang lain sedang diisi energi baru. Setelah bertabrakan dengan proton dan elektron Matahari, mereka mengeluarkan foton cahaya. Misalnya, nitrogen yang kehilangan elektron menarik cahaya ungu dan biru, sedangkan nitrogen bermuatan bersinar merah tua. Oksigen yang diisikan mengeluarkan lampu hijau dan merah. Dengan demikian, partikel bermuatan menyebabkan udara berkilau dengan banyak warna. Ini adalah aurora borealis.
fatamorgana
Harus segera ditentukan bahwa fatamorgana bukanlah isapan jempol dari imajinasi manusia, mereka bahkan dapat difoto, mereka adalah contoh yang hampir mistis dari fenomena fisik optik.
Ada banyak bukti pengamatan fatamorgana, tetapi sains dapat memberikan penjelasan ilmiah untuk keajaiban ini. Mereka bisa sesederhana sepetak air di tengah pasir panas, atau mereka bisa sangat kompleks, membangun visi kastil atau fregat berpilar. Semua contoh fenomena optik ini diciptakan oleh permainan cahaya dan udara.
Gelombang cahaya menekuk saat melewati udara hangat, lalu dingin. Udara panas lebih langka daripada udara dingin, sehingga molekulnya lebih aktif dan menyimpang pada jarak yang lebih jauh. Ketika suhu menurun, pergerakan molekul juga berkurang.
Penglihatan yang terlihat melalui lensa atmosfer bumi dapat sangat berubah, terkompresi, meluas, atau terbalik. Ini karena sinar cahaya dibelokkan saat melewati udara hangat dan kemudian dingin, dan sebaliknya. Dan gambar-gambar yang dibawa oleh aliran cahaya, misalnya, langit, dapat dipantulkan di atas pasir panas dan tampak seperti sepotong air, yang selalu menjauh ketika didekati.
Paling sering, fatamorgana dapat diamati pada jarak yang sangat jauh: di gurun, laut dan samudera, di mana lapisan udara panas dan dingin dapat ditemukan bersamaan dengan kepadatan yang berbeda. Ini adalah perjalanan melalui lapisan suhu yang berbeda yang dapat memutar gelombang cahaya dan berakhir dengan visi yang merupakan refleksi dari sesuatu dan disajikan oleh fantasi sebagai fenomena nyata.
Lingkaran cahaya
Untuk sebagian besar ilusi optik yang dapat dilihat dengan mata telanjang, penjelasannya adalah pembiasan sinar matahari di atmosfer. Salah satu contoh fenomena optik yang paling tidak biasa adalah halo matahari. Pada dasarnya, halo adalah pelangi yang mengelilingi matahari. Namun, itu berbeda dari pelangi biasa baik dalam penampilan maupun sifatnya.
Fenomena ini memiliki banyak varietas, yang masing-masing indah dengan caranya sendiri. Tapi untuk terjadinya hal semacam ini ilusi penglihatan diperlukan kondisi tertentu.
Halo terjadi di langit ketika beberapa faktor bertepatan. Paling sering dapat dilihat dalam cuaca dingin dengan kelembaban tinggi. Di udara, ada sejumlah besar Kristal es. Menerobos mereka, sinar matahari dibiaskan sedemikian rupa sehingga membentuk busur di sekitar Matahari.
Dan meskipun 3 contoh terakhir dari fenomena optik mudah dijelaskan oleh ilmu pengetahuan modern, bagi pengamat biasa mereka sering tetap mistis dan misteri.
Setelah mempertimbangkan contoh utama fenomena optik, dapat diasumsikan dengan aman bahwa banyak dari mereka dijelaskan oleh sains modern, terlepas dari mistisisme dan misterinya. Tetapi para ilmuwan masih memiliki banyak penemuan, petunjuk di depan. fenomena misterius yang terjadi di planet Bumi dan sekitarnya.
Lyceum Petru Movila
Tugas kursus dalam fisika dengan topik:
Fenomena atmosfer optik
Karya siswa kelas 11A
Bolyubas Irina
Chisinau 2006 -
Rencana:
1. pengantar
sebuah) Apa itu optik?
b) Jenis optik
2. Atmosfer bumi sebagai sistem optik
3. matahari terbenam yang cerah
sebuah) perubahan warna langit
b) sinar matahari
di) Keunikan matahari terbenam
4. Pelangi
sebuah) formasi pelangi
b) Ragam pelangi
5. aurora
sebuah) Jenis-jenis aurora
b) Angin matahari sebagai penyebab aurora
6. Lingkaran cahaya
sebuah) cahaya dan es
b) kristal prisma
7. fatamorgana
sebuah) Penjelasan tentang fatamorgana bawah ("danau")
b) fatamorgana superior
di) Fatamorgana ganda dan tiga kali lipat
G) Fatamorgana penglihatan ultra-panjang
e) Legenda Pegunungan Alpen
e) Parade takhayul
8. Beberapa misteri fenomena optik
pengantar
Apa itu optik?
Gagasan pertama ilmuwan kuno tentang cahaya sangat naif. Diyakini bahwa tentakel tipis khusus keluar dari mata dan kesan visual muncul ketika mereka merasakan objek. Pada saat itu, optik dipahami sebagai ilmu penglihatan. Berikut adalah arti dari kata "optik". Pada Abad Pertengahan, optik secara bertahap berubah dari ilmu penglihatan menjadi ilmu cahaya. Ini difasilitasi oleh penemuan lensa dan kamera obscura. Pada zaman modern ini, optika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari pancaran cahaya, perambatannya di berbagai media dan interaksi dengan materi. Adapun masalah yang berkaitan dengan penglihatan, struktur dan fungsi mata, mereka menonjol secara khusus arah ilmiah disebut optik fisiologis.
Istilah "optik" ilmu pengetahuan modern, adalah multifaset. Ini adalah optik atmosfer, dan optik molekul, dan optik elektron, dan optik neutron, dan optik nonlinier, dan holografi, dan optik radio, dan optik picosecond, dan optik adaptif, dan banyak fenomena dan metode lainnya. penelitian ilmiah berkaitan erat dengan fenomena optik.
Sebagian besar jenis optik yang terdaftar, sebagai fenomena fisik, tersedia untuk pengamatan kami hanya saat menggunakan perangkat teknis khusus. Bisa jadi sistem laser, pemancar sinar-X, teleskop radio, generator plasma, dan banyak lagi. Tetapi yang paling mudah diakses dan, pada saat yang sama, fenomena optik paling berwarna adalah atmosfer. Dalam skala besar, mereka adalah produk dari interaksi cahaya dan atmosfer bumi.
Atmosfer bumi sebagai sistem optik
Planet kita dikelilingi amplop gas yang kita sebut atmosfer. Memiliki kepadatan terbesar di permukaan bumi dan secara bertahap menipis saat naik, ia mencapai ketebalan lebih dari seratus kilometer. Dan itu tidak beku lingkungan gas dengan data fisik yang identik. Sebaliknya, atmosfer bumi adalah dalam gerakan konstan. Di bawah pengaruh berbagai faktor, lapisannya bercampur, mengubah kepadatan, suhu, transparansi, bergerak jarak jauh dengan kecepatan berbeda.
Untuk sinar cahaya yang datang dari matahari atau benda langit lainnya, atmosfer bumi adalah sejenis sistem optik dengan parameter yang terus berubah. Berada di jalan mereka, itu memantulkan sebagian cahaya, menyebarkannya, melewati seluruh ketebalan atmosfer, memberikan penerangan permukaan bumi, dalam kondisi tertentu, menguraikannya menjadi komponen dan membengkokkan jalur sinar, sehingga menyebabkan berbagai fenomena atmosfer. Warna-warni yang paling tidak biasa adalah matahari terbenam, pelangi, Cahaya utara, fatamorgana, halo matahari dan bulan.
matahari terbenam yang cerah
Fenomena atmosfer paling sederhana dan paling mudah diakses untuk diamati adalah matahari terbenam kita tubuh surgawi- Matahari. Luar biasa berwarna-warni, tidak pernah terulang. Dan gambaran langit dan perubahannya dalam proses matahari terbenam begitu cerah sehingga membangkitkan kekaguman pada setiap orang.
Mendekati cakrawala, Matahari tidak hanya kehilangan kecerahannya, tetapi juga mulai secara bertahap mengubah warnanya - dalam spektrumnya, bagian gelombang pendek (warna merah) semakin ditekan. Pada saat yang sama, langit mulai berwarna. Di sekitar Matahari, ia memperoleh nada kekuningan dan oranye, dan pita pucat dengan gamut warna yang diekspresikan dengan lemah muncul di atas bagian antisolar dari cakrawala.Pada saat matahari terbenam, yang telah mengambil warna merah tua, garis fajar yang cerah membentang di sepanjang cakrawala matahari, yang warnanya berubah dari bawah ke atas dari oranye-kuning menjadi biru kehijauan. Sebuah cahaya bulat, cerah, hampir tidak berwarna menyebar di atasnya. Pada saat yang sama, di cakrawala yang berlawanan, segmen bayangan Bumi abu-abu kebiruan mulai perlahan naik, dibatasi oleh sabuk merah muda. ("Girdle of Venus").
Saat Matahari tenggelam lebih dalam di bawah cakrawala, bintik merah muda yang menyebar dengan cepat muncul - yang disebut "cahaya ungu" mencapai perkembangan terbesar pada kedalaman Matahari di bawah cakrawala sekitar 4-5 o. Awan dan puncak gunung dibanjiri dengan warna merah dan ungu, dan jika awan atau pegunungan tinggi berada di luar cakrawala, bayangan mereka membentang sisi cerah langit dan menjadi lebih jenuh. Di dekat cakrawala, langit berubah menjadi merah, dan melintasi langit yang berwarna cerah, sinar cahaya membentang dari cakrawala ke cakrawala dalam bentuk garis-garis radial yang berbeda. ("Sinar Buddha"). Sementara itu, bayangan Bumi dengan cepat bergerak ke langit, garis-garisnya menjadi buram, dan batas merah mudanya hampir tidak terlihat. 
Perlahan-lahan, cahaya ungu memudar, awan menjadi gelap, siluetnya menonjol dengan jelas di latar belakang langit yang memudar, dan hanya di cakrawala, tempat Matahari bersembunyi, segmen fajar berwarna-warni yang cerah dipertahankan. Tapi itu juga secara bertahap menyusut dan menjadi pucat, dan pada awal senja astronomi berubah menjadi jalur sempit kehijauan-keputihan. Akhirnya, dia menghilang - malam tiba. Gambar yang dijelaskan harus dianggap hanya sebagai tipikal untuk cuaca cerah. Faktanya, sifat aliran matahari terbenam memiliki variasi yang luas. Dengan meningkatnya kekeruhan udara, warna fajar biasanya memudar, terutama di dekat cakrawala, di mana alih-alih warna merah dan oranye, terkadang hanya muncul warna cokelat samar. Cukup sering, fenomena cahaya simultan berkembang secara berbeda di berbagai bagian langit. Setiap matahari terbenam memiliki kepribadian yang unik dan ini harus dianggap sebagai salah satu ciri khas mereka.
Individualitas ekstrim dari aliran matahari terbenam dan berbagai fenomena optik yang menyertainya bergantung pada berbagai karakteristik optik atmosfer - terutama koefisien redaman dan hamburannya, yang memanifestasikan dirinya secara berbeda tergantung pada jarak zenith Matahari, arah pengamatan dan ketinggian pengamat.
Pelangi
Pelangi itu indah fenomena langit selalu menarik perhatian orang. PADA masa lalu, ketika orang masih tahu sedikit tentang dunia di sekitar mereka, pelangi dianggap sebagai "tanda surgawi". Jadi, orang Yunani kuno mengira bahwa pelangi adalah senyum dewi Irida. Pelangi diamati dalam arah yang berlawanan dengan Matahari, dengan latar belakang awan hujan atau hujan. Busur warna-warni biasanya terletak pada jarak 1-2 km dari pengamat, dan kadang-kadang dapat diamati pada jarak 2-3 m dengan latar belakang tetesan air yang dibentuk oleh air mancur atau semprotan air.
Pusat pelangi berada pada kelanjutan garis lurus yang menghubungkan Matahari dan mata pengamat - pada garis anti-matahari. Sudut antara arah pelangi utama dan garis antisurya adalah 41º - 42º
Pada saat matahari terbit, titik antisolar berada di garis horizon, dan pelangi terlihat seperti setengah lingkaran. Saat matahari terbit, titik antisolar turun di bawah cakrawala dan ukuran pelangi berkurang. Itu hanya bagian dari lingkaran.
Seringkali ada pelangi sekunder, konsentris dengan yang pertama, dengan radius sudut sekitar 52º dan susunan warna yang terbalik.
Pelangi utama terbentuk oleh pantulan cahaya dalam tetesan air. Pelangi sekunder terbentuk sebagai hasil dari refleksi ganda cahaya di dalam setiap tetes. Dalam hal ini, sinar cahaya keluar dari drop pada sudut yang berbeda dari yang menghasilkan pelangi utama, dan warna pada pelangi sekunder dalam urutan terbalik.
Lintasan sinar dalam setetes air: a - dengan satu pantulan, b - dengan dua pantulan
Pada ketinggian Matahari 41º, pelangi utama tidak lagi terlihat dan hanya sebagian dari pelangi sekunder yang muncul di atas cakrawala, dan pada ketinggian Matahari lebih dari 52º, pelangi sekunder juga tidak terlihat. Oleh karena itu, di garis lintang khatulistiwa tengah, fenomena alam ini tidak pernah diamati pada saat menjelang tengah hari.
Pelangi memiliki tujuh warna primer yang bertransisi dengan mulus dari satu warna ke warna lainnya. Bentuk busur, kecerahan warna, lebar garis tergantung pada ukuran tetesan air dan jumlahnya. Tetesan besar menciptakan pelangi yang lebih sempit, dengan warna yang menonjol tajam, tetesan kecil menciptakan busur yang buram, pudar, dan bahkan putih. Makanya cerah pelangi sempit terlihat di musim panas setelah badai petir, di mana tetesan besar jatuh.
