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1. Introdução.

Brincando na rua, uma vez chamei a atenção para o céu, era extraordinário: sem fundo, sem fim e azul, azul! E apenas as nuvens cobriam levemente essa cor azul. Eu me perguntei por que o céu é azul? Imediatamente me lembrei da música da raposa Alice do conto de fadas sobre Pinóquio “Que céu azul ...!” e uma aula de geografia, onde nós, estudando o tema “Tempo”, descrevemos o estado do céu, e também dissemos que era azul. Então, por que o céu é azul? Quando cheguei em casa, fiz essa pergunta à minha mãe. Ela me disse que quando as pessoas choram, elas pedem ajuda aos céus. O céu tira suas lágrimas, então fica azul como um lago. Mas a história de minha mãe não satisfez minha pergunta. Resolvi perguntar aos meus colegas e professores se eles sabem por que o céu é azul? Participaram da pesquisa 24 alunos e 17 professores. Após o processamento dos questionários, obtivemos os seguintes resultados:

Na escola, numa aula de geografia, fiz essa pergunta à professora. Ela me respondeu que a cor do céu pode ser facilmente explicada em termos de física. Esse fenômeno é chamado de dispersão. Na Wikipedia, aprendi que a dispersão é o processo de decomposição da luz em um espectro. A professora de geografia Larisa Borisovna sugeriu que eu observasse esse fenômeno empiricamente. E fomos para a sala de física. Vasily Alexandrovich, professor de física, concordou de bom grado em nos ajudar com isso. Com a ajuda de equipamentos especiais, consegui rastrear como ocorre o processo de dispersão na natureza.

A fim de encontrar a resposta para a pergunta por que o céu é azul, decidimos realizar um estudo. Assim nasceu a ideia do projeto. Com o meu orientador, definimos o tema, propósito e objetivos do estudo, apresentamos uma hipótese, determinamos os métodos de pesquisa e mecanismos para implementar nossa ideia.

Hipótese: o sol envia luz para a Terra e, na maioria das vezes, quando olhamos para ele, parece-nos um branco deslumbrante. Isso significa que o céu deve ser branco? Mas o céu é realmente azul. No decorrer do estudo, encontraremos explicações para essas contradições.

Alvo: encontre a resposta para a pergunta por que o céu é azul e descubra o que determina sua cor.

Tarefas: 1. Conheça o material teórico sobre o tema

2. Estudar experimentalmente o fenômeno da dispersão da luz

3. Observe a cor do céu em diferentes momentos do dia e em diferentes climas

Objeto de estudo: céu

Sujeito: luz e cor do céu

Métodos de pesquisa: análise, experimento, observação

Etapas do trabalho:

1. Teórico

2. Prático

3. Final: conclusões sobre o tema de pesquisa

O significado prático do trabalho: materiais de pesquisa podem ser usados ​​nas aulas de geografia e física como um módulo de aprendizagem.

2. A parte principal.

2.1. Aspectos teóricos do problema. O fenômeno do céu azul em termos de física

Por que o céu é azul - é muito difícil encontrar a resposta para uma pergunta tão simples. Primeiro, vamos definir o conceito. O céu é o espaço acima da Terra ou a superfície de qualquer outro objeto astronômico. Em geral, o céu é geralmente chamado de panorama que se abre quando visto da superfície da Terra (ou outro objeto astronômico) na direção do espaço.

Muitos cientistas quebraram a cabeça em busca de uma resposta. Leonardo da Vinci, observando o fogo na lareira, escreveu: "A luz sobre a escuridão torna-se azul". Mas hoje sabe-se que a fusão do branco e do preto dá o cinza.

Arroz. 1. Hipótese de Leonardo da Vinci

Isaac Newton quase explicou a cor do céu, porém, para isso ele teve que admitir que as gotas de água contidas na atmosfera têm paredes finas como bolhas de sabão. Mas descobriu-se que essas gotas são esferas, o que significa que elas não têm espessura de parede. Então a bolha de Newton estourou!

Arroz. 2. A hipótese de Newton

A melhor solução para o problema há cerca de 100 anos foi proposta pelo físico inglês Lord John Rayleigh. Mas vamos começar do início. O sol emite uma luz branca deslumbrante, o que significa que a cor do céu deve ser a mesma, mas ainda é azul. O que acontece com a luz branca na atmosfera? Ele, passando pela atmosfera, como por um prisma, divide-se em sete cores. Você provavelmente conhece estas linhas: todo caçador quer saber onde o faisão está sentado. Essas frases têm um significado profundo. Eles representam as cores primárias no espectro de luz visível.

Arroz. 3. Espectro de luz branca.

A melhor exibição natural desse espectro é, obviamente, o arco-íris.

Arroz. 4 Espectro de luz visível

A luz visível é a radiação eletromagnética cujas ondas têm comprimentos de onda diferentes. Há também a luz invisível, que nossos olhos não percebem. Estes são ultravioleta e infravermelho. Não podemos vê-lo porque seu comprimento é muito longo ou muito curto. Ver a luz significa perceber sua cor, mas a cor que veremos depende do comprimento de onda. Os comprimentos de onda visíveis mais longos são vermelhos e os comprimentos de onda mais curtos são roxos.

A capacidade da luz de se espalhar, ou seja, de se propagar em um meio, também depende do comprimento de onda. As ondas de luz vermelha espalham o pior, mas as cores azul e violeta têm uma alta capacidade de espalhamento.

Arroz. 5. A capacidade de dispersão da luz

E, finalmente, chegamos perto de responder à nossa pergunta, por que o céu é azul? Como mencionado acima, o branco é uma mistura de todas as cores possíveis. ao colidir com uma molécula de gás, cada um dos sete componentes de cor da luz branca é espalhado. Neste caso, a luz com comprimentos de onda mais longos é espalhada pior do que a luz com comprimentos de onda curtos. Por causa disso, 8 vezes mais espectro azul permanece no ar do que vermelho. Embora o roxo tenha o menor comprimento de onda, o céu ainda parece azul devido à mistura de ondas roxas e verdes. Além disso, nossos olhos percebem o azul melhor do que o roxo, com o mesmo brilho de ambos. São esses fatos que determinam o esquema de cores do céu: a atmosfera está literalmente cheia de raios azul-azulados.

No entanto, o céu nem sempre é azul. Durante o dia vemos o céu azul, azul, cinza, à noite - vermelho (Anexo 1). Por que o pôr do sol é vermelho? Durante o pôr do sol, o Sol se aproxima do horizonte e o feixe do sol é direcionado para a superfície da Terra não verticalmente, como durante o dia, mas em ângulo. Portanto, o caminho que ele percorre pela atmosfera é muito mais longo do que o que leva durante o dia, quando o Sol está alto. Por causa disso, o espectro azul-azul é absorvido na atmosfera antes de atingir a Terra, e ondas de luz mais longas do espectro vermelho atingem a superfície da Terra, colorindo o céu em tons de vermelho e amarelo. A mudança na cor do céu está claramente relacionada à rotação da Terra em torno de seu eixo, o que significa o ângulo de incidência da luz sobre a Terra.

2.2. Aspectos práticos. Uma maneira experimental de resolver o problema

Na aula de física, conheci o aparelho espectrógrafo. Vasily Alexandrovich, professor de física, me contou o princípio de operação deste dispositivo, após o qual conduzi independentemente um experimento chamado dispersão. Um feixe de luz branca passando por um prisma é refratado e vemos um arco-íris na tela (Apêndice 2). Essa experiência me ajudou a entender como essa incrível criação da natureza aparece no céu. Com a ajuda de um espectrógrafo, os cientistas hoje podem obter informações sobre a composição e as propriedades de várias substâncias.

Foto 1. Demonstração de experiência de dispersão em

aula de física

Eu também queria ter um arco-íris em casa. Minha professora de geografia, Larisa Borisovna, me ensinou como fazer isso. Um recipiente de vidro com água, um espelho, uma lanterna e uma folha de papel branca tornou-se um análogo do espectrógrafo. Colocamos um espelho em um recipiente com água, colocamos uma folha de papel branca atrás do recipiente. Direcionamos a luz de uma lanterna no espelho para que a luz refletida incida no papel. Um arco-íris apareceu em um pedaço de papel novamente! (Apêndice 3). O experimento é melhor feito em uma sala escura.

Já dissemos acima que a luz branca, de fato, já contém todas as cores do arco-íris. Certifique-se disso e, para recolher todas as cores de volta ao branco, você pode fazer um top de arco-íris (Apêndice 4). Se você girar com força, as cores se fundirão e o disco ficará branco.

Apesar da explicação científica para a formação de um arco-íris, esse fenômeno continua sendo um dos misteriosos espetáculos ópticos da atmosfera. Assista e divirta-se!

3. Conclusão

Em busca de uma resposta para a pergunta das crianças tão frequentemente feita pelos pais "Por que o céu é azul?" Aprendi muitas coisas interessantes e instrutivas para mim. As contradições em nossa hipótese hoje têm uma explicação científica:

Todo o segredo está na cor do céu em nossa atmosfera - na concha de ar do planeta Terra.

O raio branco do sol, passando pela atmosfera, se desfaz em raios de sete cores.

Os raios vermelho e laranja são os mais longos, enquanto os azuis são os mais curtos.

Os raios azuis atingem a Terra menos do que os outros e, graças a esses raios, o céu é perfurado de azul.

O céu nem sempre é azul e isso se deve ao movimento axial da Terra.

Empiricamente, conseguimos visualizar e entender como ocorre a dispersão na natureza. Na hora da aula na escola, contei aos meus colegas porque o céu é azul. Também foi interessante saber onde o fenômeno da dispersão pode ser observado em nosso cotidiano. Encontrei várias aplicações práticas para este fenômeno único. (Apêndice 5). No futuro, gostaria de estudar mais o céu. Quanto mais é repleto de mistérios? Que fenômenos ainda ocorrem na atmosfera e qual é a sua natureza? Como eles afetam os seres humanos e todos os seres vivos na Terra? Talvez este seja o tema da minha pesquisa futura.

Bibliografia

1. Wikipedia - a enciclopédia livre

2. L.A. Malikov. Manual eletrônico de física "Óptica geométrica"

3. Peryshkin A.V. Física. 9º ano Livro didático. M.: Abetarda, 2014, p.202-209

4.http;/www. voprosy-kak-ipochemu.ru

5. Arquivo pessoal de fotos "Sky over Golyshmanovo"

Anexo 1.

"O céu sobre Golyshmanovo"(arquivo de fotos pessoais)

Apêndice 2

Dispersão de luz usando um espectrógrafo

Apêndice 3

Dispersão de luz em casa

"arco Iris"

Apêndice 4

top arco-íris

Pião em repouso Pião em rotação

Apêndice 5

Dispersão na vida de uma pessoa

Diamond Lights a bordo de uma aeronave

faróis de carro

Sinais refletivos

Por que o céu é azul? Esta questão tem interessado as pessoas desde os tempos antigos. Muitos cientistas fizeram várias suposições sobre isso. Leonardo da Vinci acreditava que a luz, depois de sobreposta à escuridão, adquire uma cor azul, mas se você misturar preto e branco, não importa o quanto tentemos, não funcionará para obter uma tonalidade azul.

No século XVIII, pensava-se que a cor do céu era influenciada pela composição do ar. Mas o céu é o mesmo ar que respiramos, e na terra é transparente. No alto, o ar é azul ou azul e, em tempo nublado, até cinza.

Uma explicação para o azul do céu há 100 anos foi encontrada pelo físico inglês Lord John Rayleigh.

Então, o céu é a atmosfera terrestre, que não tem cor, não brilha por si só. Como vivemos no sistema solar, a principal luz disponível para nossos olhos é o sol. Mas o Sol emite uma luz branca e transparente deslumbrante.

A luz branca é uma mistura de raios coloridos, ela pode se dividir em todas as cores do arco-íris. A luz branca é dividida em um espectro, mas vemos apenas cores ciano ou azul. Por quê?

Em 1869, o inglês John Tyndall apresentou sua teoria. O ar é uma mistura de vários gases: oxigênio, nitrogênio, argônio e outros. Gotas de água, partículas de vapor, cristais de gelo e poeira flutuam constantemente na atmosfera. John Tyndall sugeriu que todas essas partículas espalham a luz, refratam-na. E a cor azul é a menos espalhada e atinge a superfície da Terra em um volume maior.

Lord Rayleigh em 1899 provou que partículas de poeira ou fumaça não afetam a cor do céu, ou seja, o ar é a fonte do azul. A luz é uma onda eletromagnética. Cada onda tem seu próprio comprimento e frequência. A onda de luz azul tem uma frequência mais alta que as ondas de outras cores e, portanto, tem a capacidade de penetrar melhor em vários obstáculos. E o comprimento de onda azul é o mais curto, por causa disso, a luz azul é espalhada mais do que outras. Um raio de sol multicolorido, passando por várias camadas da atmosfera, espalha as cores, mas como as ondas azuis e azuis têm a maior frequência, atingem a superfície da Terra.

E o pôr do sol e o nascer do sol "escarlates"?

O vermelho está em uma extremidade do espectro contínuo, enquanto o azul e o violeta estão na outra. A luz vermelha é a menos refratada, ou seja, seus raios são mais diretos, em comparação com outras cores. Quando o sol está em certas posições, os raios do sol que incidem na atmosfera têm ângulos especiais de incidência: os raios azuis são fortemente refratados e direcionados para outra área, além da área de superfície visível para nós. E os raios vermelhos chegam até nós sem impedimentos, às vezes as cores amarela e laranja penetram na atmosfera da mesma maneira.

A posição especial do sol também pode explicar o fenômeno do “feixe verde”: a luz vermelha pode passar “acima” de nós e a luz azul “abaixo”, as ondas de luz verde “vazam” na atmosfera e vemos um verde brilhante faixa de céu.

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Estudo e explicação

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Estudo e explicação. cores do céu. O trabalho de design foi realizado por Ksenia Rubanova. A professora de física I.A. Boyar.

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Estudo e explicação

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Transcrição da apresentação

Cores do céu O trabalho de design foi feito por Ksenia Rubanova. A professora de física I.A. Boyarina

Parcialmente azul, mas esbranquiçado perto do horizonte? Por que o sol poente geralmente é vermelho, enquanto o céu acima dele é pintado em cores diferentes? Para responder a essas perguntas, você precisa saber como a luz interage com as moléculas dos gases atmosféricos e as partículas suspensas no ar. Algumas dessas perguntas ainda não receberam respostas definitivas.

Eles foram considerados precursores do clima. Existem muitos desses sinais, e ao mesmo tempo acreditava-se que seu estudo era a principal tarefa da óptica atmosférica (uma seção da física atmosférica na qual fenômenos ópticos que ocorrem quando a luz passa pela atmosfera incluem a cor do céu).

O geofísico russo P.I. Brownov (século 20). Estudos detalhados mostraram que existe uma conexão entre fenômenos ópticos e físicos na atmosfera. Tornou-se claro que a conexão entre fenômenos ópticos e clima poderia ser encontrada estudando a natureza dos fenômenos ópticos e, ao mesmo tempo, penetrando no mecanismo dos fenômenos físicos que causam mudanças climáticas. Petr Ivanovich Brownov.

A cor do céu remete ao século 16, Leonardo da Vinci explicou o azul do céu pelo fato de que o ar branco contra o fundo escuro do espaço do mundo parece azul.

As partículas de ar têm um tom azulado e na massa total criam um azul intenso. ”No início do século 18, Newton explicava a cor do céu pelo reflexo da luz solar das menores gotas de água sempre suspensas no ar. L. Euler Isaac Newton

A cor azul do céu foi dada pelo físico inglês Rayleigh (1871.1881).

Formando o espectro solar, eles são espalhados proporcionalmente por moléculas de ar. Os raios azuis espalham cerca de 16 vezes mais do que os raios vermelhos. Portanto, a cor do céu (luz solar espalhada) é azul, e a cor do Sol (luz solar direta), quando está baixo acima do horizonte e seus raios percorrem um longo caminho na atmosfera, é vermelha. Nesse caso, a luz espalhada deve ser fortemente polarizada e, em um ângulo de 90 graus da direção do Sol, a polarização deve ser completa.

Mas quantas cores diferentes existem que tornam as coisas ao nosso redor coloridas? E o conhecimento científico já pode responder a muitas dessas perguntas. Por exemplo, explique cor do céu.

Para começar, será necessário mencionar o grande Isaac Newton, que observou a decomposição do solar branco ao passar por um prisma de vidro. O que ele viu agora é chamado de fenômeno dispersão, e a própria imagem multicolorida - espectro. As cores resultantes combinavam exatamente com as cores do arco-íris. Ou seja, Newton observou o arco-íris no laboratório! Foi graças às suas experiências no final do século XVIII que se estabeleceu que a luz branca é uma mistura de cores diferentes. Além disso, o mesmo Newton provou que, se a luz decomposta em um espectro for misturada novamente, a luz branca será obtida. No século 19, foi demonstrado que a luz são ondas eletromagnéticas que se propagam a uma tremenda velocidade de 300.000 km / s. E já no início do século passado, esse conhecimento foi complementado pela ideia de um quantum de luz - fóton. Assim, a luz tem uma natureza dupla - ondas e partículas. Essa unificação tornou-se a explicação de muitos fenômenos, em particular, o espectro de radiação térmica de corpos aquecidos. Como o nosso é.

Após esta introdução, é hora de passar ao nosso tópico. A cor azul do céu... Quem não a admirou pelo menos umas duas vezes na vida! Mas é tão fácil dizer que a dispersão da luz na atmosfera é a culpada? Por que a cor do céu não é azul sob a luz da lua cheia? E por que a cor azul não é a mesma em todas as partes do céu? O que acontece com a cor do céu ao nascer e ao pôr do sol? Afinal, pode ser amarelo, rosa e até verde. No entanto, estas são características de dispersão. Portanto, vamos considerá-lo com mais detalhes.

A explicação da cor do céu e suas características pertence ao físico inglês John William Rayleigh, que estudou a dispersão da luz. Foi ele quem apontou que a cor do céu é determinada pela dependência da dispersão da frequência da luz. A radiação do Sol, ao incidir, interage com as moléculas dos gases que compõem o ar. E como a energia de um quantum de luz - um fóton aumenta com a diminuição do comprimento de onda da luz, o efeito mais poderoso nas moléculas de gás, mais precisamente, nos elétrons dessas moléculas, é exercido pelos fótons das partes azul e violeta do espectro de luz. Entrando em oscilações forçadas, os elétrons devolvem na forma de um fóton de radiação a energia retirada da onda de luz. Apenas esses fótons secundários já são emitidos em todas as direções, e não apenas na direção da luz originalmente incidente. Este será o processo de dispersão da luz. Além disso, é necessário levar em consideração tanto o movimento constante do ar quanto a flutuação de sua densidade. Caso contrário, estaríamos vendo um céu negro.

E agora voltemos à radiação térmica dos corpos. A energia em seu espectro é distribuída de forma desigual e é descrita com base nas leis estabelecidas pelo físico alemão Wilhelm Wien. O espectro do nosso Sol será igualmente desigual por trás das energias dos fótons. Ou seja, haverá muito menos fótons de sua parte violeta do que fótons de sua parte azul e ainda mais azul. Se também levarmos em conta a fisiologia da visão, ou seja, a sensibilidade máxima do nosso olho à cor azul-esverdeada, acabamos com um céu azul ou azul.

Deve-se levar em conta que quanto mais longo o caminho de um raio solar na atmosfera, menos fótons não interativos das regiões espectrais do azul e do azul permanecem nele. Portanto, a cor do céu é irregular e as cores da manhã ou da noite são amarelo-avermelhadas devido ao longo caminho da luz pela atmosfera. Além disso, poeira, fumaça e outras partículas contidas no ar também afetam muito a dispersão da luz na atmosfera. Sobre este assunto, podemos recordar as famosas pinturas londrinas. Ou memórias da catástrofe de 1883, que aconteceu durante a erupção do vulcão Krakatoa. As cinzas da erupção, que caíram na atmosfera, causaram a cor azulada do Sol em muitos países da região do Pacífico, além de amanheceres vermelhos observados em toda a Terra. Mas esses efeitos já são explicados por outra teoria - a teoria do espalhamento por partículas proporcional ao comprimento de onda da luz. Essa teoria foi proposta ao mundo pelo físico alemão Gustav Mie. Sua ideia principal é que tais partículas, devido ao seu tamanho relativamente grande, espalham a luz vermelha mais fortemente do que a azul ou violeta.

Assim, a cor do céu não é apenas uma fonte de inspiração para poetas e artistas, mas uma consequência das sutis leis físicas que o gênio humano conseguiu revelar.

A luz do sol é branca, ou seja, inclui todas as cores do espectro. Parece que o céu também deveria ser branco, mas é azul.

Certamente seu filho conhece a frase "Todo caçador quer saber onde fica o faisão", que ajuda a lembrar as cores do arco-íris. E um arco-íris é a melhor maneira de entender como a luz se divide em ondas de diferentes frequências. O comprimento de onda mais longo é para o vermelho, o mais curto para o violeta e o azul.

O ar, que contém moléculas de gás, microcristais de gelo e gotas de água, espalha mais fortemente a luz com comprimento de onda mais curto, portanto, há oito vezes mais cores azul e roxa no céu do que vermelhas. Este efeito é chamado de espalhamento Rayleigh.

Faça uma analogia com bolas rolando por um papelão ondulado. Quanto maior a bola, menor a probabilidade de sair do curso ou ficar presa.

Explique por que o céu não pode ser de outras cores

Por que o céu não é roxo?

É lógico supor que o céu deve ser roxo, porque essa cor tem o menor comprimento de onda. Mas aqui entram em jogo as características da luz solar e a estrutura do olho humano. O espectro da luz solar é irregular, há menos tons de violeta do que outras cores. E parte do espectro não é visível ao olho humano, o que reduz ainda mais a porcentagem de tons de roxo no céu.

Por que o céu não é verde?

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Uma criança pode perguntar: "Já que a dispersão aumenta com a diminuição do comprimento de onda, por que o céu não é verde?" Não só os raios azuis estão espalhados na atmosfera. Sua onda é a mais curta, então eles são os mais visíveis e brilhantes. Mas se o olho humano estivesse disposto de forma diferente, o céu nos pareceria verde. Afinal, o comprimento de onda dessa cor é um pouco maior que o do azul.

A luz é organizada de forma diferente da pintura. Se você misturar tintas verdes, azuis e roxas, obterá uma cor escura. Com a luz, o oposto é verdadeiro: quanto mais cores são misturadas, mais claro é o resultado.

Conte-me sobre o pôr do sol

Vemos o céu azul quando o Sol brilha de cima. Quando se aproxima do horizonte, e o ângulo de incidência dos raios solares diminui, os raios vão tangencialmente, percorrendo um caminho muito maior. Por causa disso, as ondas do espectro azul-azul são absorvidas na atmosfera e não atingem a Terra. As cores vermelha e amarela se espalham na atmosfera. Portanto, ao pôr do sol, o céu fica vermelho.