Liceu Petru Movila

Trabalho do curso em física sobre o tema:

Fenômenos atmosféricos ópticos

O trabalho de um aluno do 11º ano

Bolyubash Irina

Chisinau 2006 -

Plano:

1. Introdução

a) O que é ótica?

b) Tipos de óptica

2. A atmosfera da Terra como um sistema óptico

3. pôr do sol ensolarado

a) mudança de cor do céu

b) raios solares

dentro) A singularidade do pôr do sol

4. Arco-íris

a) formação do arco-íris

b) Variedade de arco-íris

5. auroras

a) Tipos de auroras

b) Vento solar como causa das auroras

6. aréola

a) luz e gelo

b) Cristais de prisma

7. Miragem

a) Explicação da miragem inferior ("lago")

b) miragens superiores

dentro) Miragens duplas e triplas

G) Miragem de visão ultra-longa

e) lenda dos Alpes

e) Desfile de superstições

8. Alguns mistérios dos fenômenos ópticos

Introdução

O que é ótica?

As primeiras ideias dos cientistas antigos sobre a luz eram muito ingênuas. Acreditava-se que tentáculos finos especiais saíam dos olhos e as impressões visuais surgiam quando eles sentiam objetos. Naquela época, a óptica era entendida como a ciência da visão. Este é o significado exato da palavra "ótica". Na Idade Média, a óptica gradualmente passou da ciência da visão para a ciência da luz. Isso foi facilitado pela invenção das lentes e da câmera escura. Nos tempos modernos, a óptica é um ramo da física que estuda a emissão da luz, sua propagação em diversos meios e a interação com a matéria. Quanto às questões relacionadas à visão, à estrutura e ao funcionamento do olho, elas se destacaram em uma direção científica especial chamada de ótica fisiológica.

O conceito de "ótica", na ciência moderna, tem um significado multifacetado. Estes são a óptica atmosférica, a óptica molecular, a óptica de elétrons, a óptica de nêutrons, a óptica não linear, a holografia, a óptica de rádio, a óptica de picossegundos, a óptica adaptativa e muitos outros fenômenos e métodos de pesquisa científica intimamente relacionados aos fenômenos ópticos.

A maioria dos tipos de ótica listados, como fenômeno físico, está disponível para nossa observação apenas ao usar dispositivos técnicos especiais. Podem ser instalações de laser, emissores de raios X, radiotelescópios, geradores de plasma e muitos outros. Mas os fenômenos ópticos mais acessíveis e, ao mesmo tempo, mais coloridos são os atmosféricos. Enormes em escala, eles são o produto da interação da luz e da atmosfera da Terra.

A atmosfera da Terra como um sistema óptico

Nosso planeta é cercado por uma concha gasosa, que chamamos de atmosfera. Possuindo a maior densidade na superfície da Terra e gradualmente rarefeito à medida que sobe, atinge uma espessura de mais de cem quilômetros. E este não é um meio de gás congelado com dados físicos homogêneos. Pelo contrário, a atmosfera da Terra está em constante movimento. Sob a influência de vários fatores, suas camadas se misturam, mudam a densidade, a temperatura, a transparência, percorrem longas distâncias em diferentes velocidades.

Para raios de luz vindos do sol ou de outros corpos celestes, a atmosfera terrestre é uma espécie de sistema óptico com parâmetros em constante mudança. Estando em seu caminho, reflete parte da luz, dispersa-a, passa-a por toda a espessura da atmosfera, iluminando a superfície terrestre, sob certas condições, decompõe-a em componentes e desvia o caminho dos raios, causando diversos fenômenos atmosféricos. Os coloridos mais incomuns são o pôr do sol, arco-íris, aurora boreal, miragem, halo solar e lunar.

pôr do sol ensolarado

O fenômeno atmosférico mais simples e acessível para observação é o pôr do sol do nosso corpo celeste - o Sol. Extraordinariamente colorido, nunca se repete. E a imagem do céu e sua mudança no processo do pôr do sol é tão brilhante que desperta admiração em todas as pessoas.

Aproximando-se do horizonte, o Sol não apenas perde seu brilho, mas também começa a mudar gradualmente sua cor - a parte de comprimento de onda curto (cores vermelhas) é cada vez mais suprimida em seu espectro. Ao mesmo tempo, o céu começa a colorir. Nas proximidades do Sol, adquire tons amarelados e alaranjados, e uma faixa pálida com uma gama de cores fracamente expressa aparece acima da parte anti-solar do horizonte.

Na hora do pôr-do-sol, que já assumiu uma cor vermelho-escura, uma faixa brilhante de alvorada se estende ao longo do horizonte solar, cuja cor muda de baixo para cima, de amarelo alaranjado para azul esverdeado. Um brilho redondo, brilhante, quase incolor se espalha sobre ele. Ao mesmo tempo, no horizonte oposto, um segmento cinza-azulado da sombra da Terra começa a subir lentamente, cercado por um cinturão rosa. ("Cinturão de Vênus").

À medida que o Sol afunda mais abaixo do horizonte, aparece uma mancha rosa que se espalha rapidamente - a chamada "luz roxa", atingindo seu maior desenvolvimento a uma profundidade do Sol sob o horizonte de cerca de 4-5 o. Nuvens e picos de montanhas se enchem de tons escarlates e roxos, e se nuvens ou montanhas altas estão abaixo do horizonte, suas sombras se estendem perto do lado ensolarado do céu e ficam mais saturadas. Perto do horizonte, o céu fica vermelho e, através do céu de cores vivas, os raios de luz se estendem de horizonte a horizonte na forma de listras radiais distintas. ("Raios do Buda"). Enquanto isso, a sombra da Terra está se movendo rapidamente para o céu, seus contornos ficam borrados e a borda rosa é quase imperceptível. Gradualmente, a luz roxa desaparece, as nuvens escurecem, suas silhuetas destacam-se distintamente contra o fundo do céu que se desvanece, e apenas no horizonte, onde o Sol se esconde, é preservado um segmento brilhante e multicolorido do amanhecer. Mas também gradualmente encolhe e empalidece, e no início do crepúsculo astronômico se transforma em uma faixa estreita esverdeada-esbranquiçada. Finalmente, ela desaparece - a noite chega.

A imagem descrita deve ser considerada apenas como típica para tempo claro. De fato, a natureza do fluxo do pôr do sol está sujeita a grandes variações. Com o aumento da turbidez do ar, as cores do amanhecer geralmente ficam desbotadas, principalmente perto do horizonte, onde em vez de tons de vermelho e laranja, às vezes aparece apenas uma leve cor marrom. Muitas vezes, fenômenos de brilho simultâneos se desenvolvem de maneira diferente em diferentes partes do céu. Cada pôr do sol tem uma personalidade única e isso deve ser considerado um de seus traços mais característicos.

A extrema individualidade do fluxo do pôr-do-sol e a variedade de fenômenos ópticos que o acompanham dependem de várias características ópticas da atmosfera - principalmente seus coeficientes de atenuação e espalhamento, que se manifestam de forma diferente dependendo da distância zenital do Sol, da direção de observação e do altura do observador.

Arco-íris

O arco-íris é um belo fenômeno celestial que sempre atraiu a atenção do homem. Antigamente, quando as pessoas ainda sabiam pouco sobre o mundo ao seu redor, o arco-íris era considerado um "sinal celestial". Assim, os antigos gregos pensavam que o arco-íris é o sorriso da deusa Irida.

O arco-íris é observado na direção oposta ao Sol, contra o fundo de nuvens de chuva ou chuva. Um arco multicolorido geralmente está localizado a uma distância de 1-2 km do observador e, às vezes, pode ser observado a uma distância de 2-3 m no contexto de gotas de água formadas por fontes ou sprays de água.

O centro do arco-íris está na continuação da linha reta que liga o Sol e o olho do observador - na linha anti-solar. O ângulo entre a direção do arco-íris principal e a linha anti-solar é de 41º - 42º

Na hora do nascer do sol, o ponto anti-solar está na linha do horizonte e o arco-íris parece um semicírculo. À medida que o sol nasce, o ponto anti-solar cai abaixo do horizonte e o tamanho do arco-íris diminui. É apenas parte de um círculo.

Muitas vezes há um arco-íris secundário, concêntrico com o primeiro, com um raio angular de cerca de 52º e um arranjo inverso de cores.

O arco-íris principal é formado pela reflexão da luz em gotículas de água. Um arco-íris secundário é formado como resultado de uma dupla reflexão da luz dentro de cada gota. Nesse caso, os raios de luz saem da gota em ângulos diferentes daqueles que produzem o arco-íris principal, e as cores do arco-íris secundário estão na ordem inversa.

O caminho dos raios em uma gota de água: a - com uma reflexão, b - com duas reflexões

A uma altura do Sol de 41º, o arco-íris principal deixa de ser visível e apenas uma parte do arco-íris secundário aparece acima do horizonte, e a uma altura do Sol superior a 52º, o arco-íris secundário também não é visível. Portanto, nas latitudes equatoriais médias, esse fenômeno natural nunca é observado perto do meio-dia.

O arco-íris tem sete cores primárias que transitam suavemente de uma para outra. A forma do arco, o brilho das cores, a largura das listras dependem do tamanho das gotas de água e do seu número. Gotas grandes criam um arco-íris mais estreito, com cores nitidamente proeminentes, gotas pequenas criam um arco embaçado, desbotado e até branco. É por isso que um arco-íris estreito e brilhante é visível no verão após uma tempestade, durante a qual grandes gotas caem.

Vários fenômenos ópticos (de luz) na atmosfera são devidos ao fato de que os raios de luz do sol e de outros corpos celestes, passando pela atmosfera, experimentam espalhamento e difração. A esse respeito, vários fenômenos ópticos incrivelmente bonitos ocorrem na atmosfera:

a cor do céu, a cor do amanhecer, do crepúsculo, o cintilar das estrelas, círculos em torno da localização aparente do sol e da lua, um arco-íris, uma miragem, etc. Todos eles, refletindo certos processos físicos na atmosfera, estão intimamente relacionados com a mudança e estado do tempo e, portanto, podem se somar como bons sinais locais para sua previsão.

Como você sabe, o espectro da luz solar consiste em sete cores primárias, vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta.Várias cores de raios de luz branca são misturadas em uma proporção estritamente definida. Com qualquer violação dessa proporção, a luz passa de branca para colorida. Se os raios de luz incidem sobre partículas cujas dimensões são menores que os comprimentos de onda dos raios, então, de acordo com a lei de Rayleigh, eles são espalhados por essas partículas na proporção inversa dos comprimentos de onda à quarta potência. Essas partículas podem ser tanto moléculas de gases que compõem a atmosfera quanto as menores partículas de poeira.

As mesmas partículas espalham raios de cores diferentes de maneiras diferentes. Os raios violeta, azul e azul são espalhados mais fortemente, os vermelhos são mais fracos. É por isso que o céu é azul: no horizonte tem um tom azul claro e no zênite é quase azul.
Os raios azuis, passando pela atmosfera, são fortemente dispersos, enquanto os raios vermelhos atingem a superfície da Terra quase completamente sem dispersão. Isso explica a cor vermelha do disco solar ao pôr do sol ou imediatamente após o nascer do sol.

Quando a luz incide sobre partículas cujo diâmetro é quase igual ou maior que os comprimentos de onda, os raios de todas as cores são espalhados igualmente. Neste caso, a luz espalhada e incidente terão a mesma cor.
Portanto, se partículas maiores estiverem suspensas na atmosfera, o branco será adicionado à cor azul do céu, devido à dispersão das moléculas de gás, e o céu ficará azul com uma tonalidade esbranquiçada, aumentando à medida que o número de partículas suspensas na atmosfera aumenta.
Essa cor do céu é observada quando há muita poeira no ar.
A cor do céu torna-se esbranquiçada e, se houver grandes quantidades de produtos de condensação de vapor de água no ar na forma de gotículas de água, cristais de gelo, o céu adquire uma tonalidade avermelhada e laranja.
Esse fenômeno geralmente é observado durante a passagem de frentes ou ciclones, quando a umidade é transportada para o alto por fortes correntes de ar.

Quando o sol está perto do horizonte, os raios de luz têm que percorrer um longo caminho até a superfície da terra em uma camada de ar, muitas vezes contendo uma grande quantidade de grandes partículas de umidade e poeira. Nesse caso, a luz azul é espalhada muito fracamente, os raios vermelhos e outros são mais fortemente dispersos, colorindo a camada inferior da atmosfera em vários tons brilhantes e marrons de vermelho, amarelo e outras cores, dependendo do teor de poeira, umidade e secura do ar.

Intimamente relacionado com a cor do céu está um fenômeno chamado neblina opalescente. O fenômeno da turbidez opalescente do ar consiste no fato de que objetos terrestres distantes parecem estar envoltos em uma névoa azulada (cores violeta, azul, azul espalhadas).
Este fenômeno é observado nos casos em que o ar está em estado suspenso (muitas partículas minúsculas de poeira com diâmetro inferior a 4 mícrons.

Numerosos estudos da cor do céu usando um dispositivo especial (cianômetro) e estabeleceram visualmente a relação entre a cor do céu e a natureza da massa de ar. Descobriu-se que existe uma relação direta entre esses dois fenômenos.
A cor azul profunda indica a presença de uma massa de ar ártica na área e esbranquiçada - empoeirada continental e tropical. Quando, como resultado da condensação do vapor de água no ar, se formam partículas de água ou cristais de gelo maiores que as moléculas de ar, elas refletem todos os raios igualmente, e o céu fica esbranquiçado ou acinzentado.

Partículas sólidas e líquidas na atmosfera causam neblina significativa no ar e, portanto, reduzem bastante a visibilidade. A faixa de visibilidade em meteorologia é entendida como a distância limite na qual, sob um determinado estado da atmosfera, os objetos em consideração deixam de ser distinguíveis.

Portanto, a cor do céu e a visibilidade, que dependem em grande parte do tamanho das partículas no ar, permitem avaliar o estado da atmosfera e o clima próximo.

Uma série de sinais locais de previsão do tempo são baseados nisso:

Céus azulados escuros durante o dia (apenas perto do sol pode ser levemente esbranquiçado), visibilidade moderada a boa e clima calmo resultam em pouco vapor de água na troposfera, portanto, o clima anticiclone pode durar 12 horas ou mais.

Um céu esbranquiçado durante o dia, visibilidade média ou ruim indicam a presença de grande quantidade de vapor de água, produtos de condensação e poeira na troposfera, ou seja, a periferia do anticiclone passa aqui, em contato com o ciclone: ​​podemos esperar uma transição para clima ciclônico nas próximas 6-12 horas.

A cor do céu, que tem um tom esverdeado, indica a grande secura do ar na troposfera; No verão, pressagia clima quente e, no inverno, gelado.

Um céu cinza uniforme pela manhã precede um bom tempo claro, uma noite cinzenta e uma manhã vermelha precedem o tempo tempestuoso e ventoso.

A tonalidade esbranquiçada do céu próximo ao horizonte em baixa altitude (enquanto o resto do céu é azul) tem uma leve umidade na troposfera e pressagia um bom tempo.

Uma diminuição gradual do brilho e do azul do céu, um aumento de uma mancha esbranquiçada perto do sol, turvação do céu perto do horizonte, deterioração da visibilidade é um sinal da aproximação de uma frente quente ou uma frente de oclusão do tipo quente .

Se objetos distantes são claramente visíveis e não parecem mais próximos do que realmente são, pode-se esperar um clima anticiclônico.

Se objetos distantes são claramente visíveis, mas a distância deles parece mais próxima do que a real, então há uma grande quantidade de vapor de água na atmosfera: você precisa esperar que o tempo piore.

A má visibilidade de objetos distantes na costa indica a presença de uma grande quantidade de poeira na camada de ar inferior e é um sinal de que não deve haver precipitação nas próximas 6 a 12 horas.

Alta transparência do ar com faixa de visibilidade de 20 a 50 km ou mais é um sinal da presença de uma massa de ar do Ártico na área

A clara visibilidade da lua com um disco aparente abaulado indica alta umidade do ar na troposfera e é um sinal de piora do tempo.

Um luar cinza bem visível pressagia mau tempo. A luz de cinzas é um fenômeno quando, nos primeiros dias após a lua nova, além do estreito e brilhante crescente da lua, todo o seu disco cheio é visível, fracamente iluminado pela luz refletida da terra.

Alvorecer

Amanhecer é a cor do céu ao nascer e ao pôr do sol.

A variedade de cores do amanhecer é causada por diferentes condições da atmosfera. As listras coloridas do amanhecer, contando a partir do horizonte, são sempre observadas na ordem das cores do espectro vermelho, laranja, amarelo, azul.
Cores individuais podem estar completamente ausentes, mas a ordem de distribuição nunca muda.O horizonte abaixo do vermelho pode às vezes ter um roxo sujo cinza que parece lilás. A parte superior do amanhecer é esbranquiçada ou azul.

Os principais fatores que afetam a aparência do amanhecer são os produtos da condensação do vapor d'água e da poeira contida na atmosfera:

Quanto mais umidade no ar, mais pronunciada a cor vermelha do amanhecer. O aumento da umidade do ar costuma ser observado antes da aproximação de um ciclone, frente que traz intempéries. Portanto, com amanheceres vermelhos e alaranjados brilhantes, pode-se esperar tempo úmido com ventos fortes. A predominância de tons amarelos (dourados) do amanhecer indica uma pequena quantidade de umidade e uma grande quantidade de poeira no ar, o que indica o próximo tempo seco e ventoso.

Amanhecers brilhantes e vermelho-púrpura, semelhantes ao brilho de um incêndio distante com tons nublados, indicam alta umidade do ar e são um sinal de piora do tempo - a aproximação de um ciclone, uma frente nas próximas 6-12 horas.

A predominância do amarelo brilhante, assim como os tons dourados e rosados ​​do amanhecer da tarde, indicam baixa umidade do ar; tempo seco, muitas vezes ventoso pode ser esperado.

O céu vermelho claro (rosa) à noite indica tempo ventoso leve sem precipitação.

Uma tarde avermelhada e uma manhã cinzenta pressagiam um dia claro e uma noite com ventos fracos.

Quanto mais suave a cor vermelha das nuvens ao amanhecer, mais favorável será o clima que se aproxima.

Um amanhecer marrom-amarelado no inverno durante a geada indica sua persistência e possível intensificação.

Um amanhecer nublado rosa amarelado da noite é um sinal de uma provável deterioração do tempo.

Se o sol, aproximando-se do horizonte, pouco mudar sua cor amarelo-esbranquiçada habitual e se puser muito brilhante, o que está associado a uma alta transparência da atmosfera, baixo teor de umidade e poeira, o bom tempo continuará.

Se o sol, antes de se pôr no horizonte, ou ao nascer do sol no momento em que sua borda aparece, dá um clarão de um raio verde brilhante, então devemos esperar a preservação de um clima estável, claro e calmo; se você conseguiu notar um feixe azul ao mesmo tempo, pode esperar. Especialmente tempo calmo e claro. A duração do flash do feixe verde não é superior a 1-3 segundos.

A predominância de tons esverdeados durante a madrugada indica um tempo longo e seco e claro.

Uma faixa prateada clara sem limites nítidos, visível por muito tempo no horizonte em um céu sem nuvens após o pôr do sol, pressagia um tempo anticiclonal longo e calmo.

A suave iluminação rosa de nuvens cirros imóveis durante a configuração do sal na ausência de outras nuvens é um sinal confiável de clima anticiclônico estabelecido.

A predominância de uma cor vermelha brilhante no amanhecer da tarde, que persiste por muito tempo à medida que o sol se põe mais abaixo do horizonte, é um sinal da aproximação de uma frente quente ou uma frente de oclusão do tipo quente; deve-se esperar inclemência prolongada Tempo ventoso.

Um amanhecer suavemente rosa na forma de um círculo acima do sol que se pôs além do horizonte é um clima bom e estável. Se a cor do círculo ficar vermelho-rosado, a precipitação e o aumento do vento são possíveis.

A cor do amanhecer está intimamente relacionada com a natureza da massa de ar. A tabela compilada para as latitudes temperadas da parte européia da CEI mostra a relação entre as cores do amanhecer e as massas de ar de acordo com N. I. Kucherov:

Pôr do sol

Como os ciclones se movem principalmente dos pontos ocidentais, o aparecimento de nuvens na metade ocidental do céu geralmente é um sinal da aproximação de um ciclone e, se isso acontecer à noite, o sol se põe nas nuvens. Mas, ao mesmo tempo, é necessário levar em conta a sequência de formas de nuvens, que está associada a ciclones, frentes atmosféricas.

Se o sol se põe atrás de uma nuvem baixa e sólida que se destaca nitidamente contra o fundo de um céu esverdeado ou amarelado, isso é um sinal de tempo bom (seco, calmo e claro) próximo.

Se o sol se põe com baixa nebulosidade contínua e se camadas de nuvens cirros ou cirrostratus são observadas no horizonte e acima da nebulosidade, a precipitação cairá, o clima ciclônico ventoso ocorrerá nas próximas 6-12 horas.

O pôr do sol atrás de nuvens densas escuras com uma cor vermelha nas bordas anuncia um clima ciclônico.

Se, após o pôr do sol, um cone escuro se espalhando gradualmente para cima com uma ampla borda laranja borrada é claramente visível no leste - a sombra da terra, então um ciclone está se aproximando do lado do pôr do sol.

A sombra da terra no leste após o pôr do sol é cinza-acinzentada, sem cor de borda ou com uma cor rosa pálido - sinal da persistência do clima anticiclônico.

Este é o nome dado a um feixe de raios de luz individuais ou faixas que saem de trás das nuvens que cobrem o sol. Os raios do sol passam pelos vãos entre as nuvens, iluminam as gotículas de água que flutuam no ar em suspensão e dão um monte de faixas de luz em forma de fitas (raios Buda).

Como essa radiância é observada devido à presença de um grande número de pequenas gotículas de água no ar, pressagia um clima ciclônico chuvoso e ventoso.

O brilho que emerge de trás de uma nuvem escura, atrás da qual o sol está localizado, é um sinal do início do tempo ventoso com chuva nas próximas 3-6 horas.

A radiância devido às nuvens amarelas, observadas imediatamente após a última chuva, prenuncia a iminente retomada das chuvas e aumento do vento.

A cor vermelha do sol, lua e outros corpos celestes indica uma alta umidade na atmosfera, ou seja, estabelecimento nas próximas 6-10 horas de clima ciclônico com ventos fortes e precipitação.

A cor avermelhada do disco escurecido do sol, juntamente com a cor azulada de objetos distantes (montanhas, etc.) é um sinal da propagação do ar tropical empoeirado, e um aumento significativo na temperatura do ar deve ser esperado em breve.

Observando a abóbada do céu de um local aberto (por exemplo, no mar), você pode ver que ela tem a forma de um hemisfério, mas achatada na direção vertical. Muitas vezes parece que a distância do observador ao horizonte é três a quatro vezes maior do que ao zênite.

Isso se explica da seguinte maneira. Ao olhar para cima, sem inclinar a cabeça para trás, os objetos nos parecem encurtados em relação aos que estão na posição horizontal.

Por exemplo, postes ou árvores caídos parecem mais longos do que os verticais. Na direção horizontal, atua a perspectiva atmosférica, fazendo com que objetos envoltos em neblina (de poeira e correntes ascendentes) pareçam menos iluminados e, portanto, mais distantes.

A aparente oblação do firmamento varia de acordo com as condições climáticas. Grande transparência da atmosfera e alta umidade aumentam o achatamento do céu.

Uma abóbada baixa e achatada do céu é vista antes do tempo ciclônico.

Uma alta abóbada celeste é observada nas regiões centrais dos anticiclones; pode-se esperar que o bom tempo anticiclônico persista por 12 horas ou mais.

Para trás para a frente

Atenção! A visualização do slide é apenas para fins informativos e pode não representar toda a extensão da apresentação. Se você estiver interessado neste trabalho, faça o download da versão completa.

O objetivo da lição: formar uma idéia dos fenômenos ópticos na atmosfera.

Resultado esperado: os alunos devem conhecer/compreender e explicar como ocorrem os fenómenos atmosféricos devido à reflexão da luz solar; fenômenos elétricos.

Termos e conceitos básicos: fenômenos ópticos na atmosfera, arco-íris, miragem, halo, aurora, relâmpago, “Luzes de St. Elmo”.

Recursos:
– livro didático – pp. 106–109;
– suplemento eletrônico ao livro didático;
– apresentação para a aula.

Equipamento:
- Projetor;
- Tela;
- O computador do professor;
– Laptops em cada mesa;
– Embarcação em estilo oriental;
- Terno para o Velho Hottabych.

Durante as aulas

- Há crianças, um cobertor,
Para cobrir toda a Terra?
Para ter o suficiente para todos
Não era visível?
Não dobre, não desdobre
Não sinta, não olhe?
Deixe a chuva e a luz passarem
Existe, mas não é?
- O que é esse cobertor? (Atmosfera é o envelope de ar da Terra.)

E continuamos a estudar o tema “Atmosfera” com você. Primeiro, vou fazer algumas perguntas:

1. Em que consiste a atmosfera da Terra? (Uma mistura de gases, pequenas gotas de água e cristais de gelo, poeira, fuligem, matéria orgânica.)

2. De que forma a umidade está contida no ar? (Vapor de água, gotas de água e cristais de gelo.)

3. A atmosfera não é homogênea, possui várias camadas? (Tropo-estrato-meso-termo-exo-ionosfera.)

4. Em que camadas aparece a aurora? (Ionosfera.)

- Luzes polares, relâmpagos, miragens assustavam as pessoas nos tempos antigos. Hoje, os cientistas conseguiram descobrir os segredos desses fenômenos misteriosos. E o tema da nossa lição é “Fenômenos ópticos na atmosfera”.

E o que é esse misterioso vaso na minha mesa? Você não sabe? Vamos ver?

(Ele abre o recipiente, sai fumaça, o velho Hottabych aparece.)

– Apchi! Saudações, meu sábio senhor! (Dpalavras de beco Hottabycha, tocadas por um dos alunos estão sublinhadas.)
- De onde você é? Você é do teatro?
– Ah não, meu senhor! Eu sou deste navio!
– Então você..?
– Sim, eu sou o gênio poderoso e glorificado em todos os quatro países do mundo Hassan Abdurakhman ibn Hottab, isto é, o filho de Hottab!
- Hottabych?!
– E quem são esses lindos jovens?
- MAS são alunos da 6ª turma "A", e agora temos uma aula de geografia.
– Aula de geografia! Saiba, ó mais bela das belas, que você tem uma sorte inaudita, pois sou rico em conhecimento de geografia. Eu vou te ensinar, e você ficará famoso entre os alunos da sua escola e entre os alunos de todas as escolas da sua região!
– Estamos muito felizes com isso, querido Hottabych.
– E o que são essas caixas pretas mágicas que estão na sua frente?
– São computadores com os quais as crianças de hoje aprendem geografia. Convido você, querido Hottabych, a trabalhar conosco hoje. E vou pedir para os caras abrirem a tela da lição "Fenômenos ópticos na atmosfera. O que você acha, o que são fenômenos ópticos? (luz, visual).
Hoje vamos nos familiarizar com alguns fenômenos ópticos, preencha a tabela que está à sua frente. Bem, nosso estimado Hottabych nos dirá como os antigos cientistas representavam este ou aquele fenômeno.

Então vamos começar!

Fenômenos associados à reflexão da luz solar.

Arco-íris - A chuva de verão passou e o sol voltou a brilhar. E como por magia, um arco-íris apareceu no céu.

Eu sei que o deus da antiga Babilônia criou o arco-íris como um sinal de que ele decidiu parar o Dilúvio.

O que os cientistas modernos pensam sobre isso?

A luz do sol parece branca para nós, mas na verdade é composta de 7 cores de luz: vermelho, laranja, verde, azul, índigo e violeta. Ao passar pelas gotas d'água, o raio do sol é refratado e se decompõe em diferentes cores. É por isso que depois da chuva ou perto das cachoeiras você pode ver o arco-íris. (fazer uma entrada na tabela).

– Muitos viajantes do deserto testemunham outro fenômeno atmosférico -Miragem.

Os antigos egípcios acreditavam que uma miragem é o fantasma de um país que não existe mais.

(As crianças estudam esta seção no aplicativo eletrônico e dizem a versão moderna)

Por que as miragens ocorrem? Isso acontece quando o ar quente acima da superfície sobe. Sua densidade começa a aumentar. O ar em diferentes temperaturas tem densidades diferentes, e um feixe de luz, passando de camada em camada, se curvará, aproximando visualmente o objeto. M. surgem sobre uma superfície quente (deserto, asfalto) ou, ao contrário, sobre uma superfície gelada (água).

aréola . Em clima gelado, anéis pronunciados aparecem ao redor do Sol e da Lua -aréola.

“Isso significa que neste momento há um sábado de bruxas.

(As crianças estudam esta seção no aplicativo eletrônico e dizem a versão moderna.)

Eles ocorrem quando a luz é refletida nos cristais de gelo das nuvens cirrostratus. Coroas - vários anéis aninhados uns nos outros. (Registros.)
O ar não conduz eletricidade, mas em alguns casos verifica-se que está simplesmente transbordando de eletricidade.

Fenômenos associados à eletricidade.

Luzes polares - Os moradores das regiões polares podem admirar a aurora boreal.

- E então o ar auto-luminoso sai por um buraco na Terra.

(As crianças estudam esta seção no aplicativo eletrônico e dizem a versão moderna.)

O sol envia um fluxo de partículas eletricamente carregadas para a Terra, que colidem com partículas de ar e começam a brilhar. (Registros.)

Relâmpago - "Uma flecha de fogo está voando, ninguém vai pegá-la - nem o rei, nem a rainha, nem a bela donzela.

- É Deus Perun quem golpeia uma cobra com sua arma de pedra.

(As crianças estudam esta seção no aplicativo eletrônico e dizem a versão moderna.)

Uma descarga elétrica visível entre nuvens, ou entre uma nuvem e o solo. Relâmpago Trovão. O ar pode aquecer dentro de um raio até 30.000 gr. (Isso é 5 vezes mais do que na superfície do Sol.)

Tipos de raios (lineares e esféricos), por que são perigosos? (Registros.)

Outro fenômeno associado ao brilho elétrico da atmosfera

"Fogo de São Elmo".

Os marinheiros consideram isso um mau presságio.

(As crianças estudam esta seção no aplicativo eletrônico e dizem a versão moderna.)

Hoje nos familiarizamos com alguns fenômenos incomuns na natureza.

– Graças a Hottabych, aprendemos sobre as visões dos antigos sobre fenômenos ópticos na atmosfera.

– Bem, descobri como seus cientistas modernos explicam muitos fenômenos misteriosos.

(Se houver tempo: sugiro que você se teste com um teste.)

Hoje você fez um bom trabalho, este tópico é muito complexo e você o estudará mais profundamente no curso de física nas séries 10-11.

D.Z. : Faça o teste para esta lição.

Para aqueles que desejam: descubra de fontes adicionais de informação que caixa eletrônico incomum. fenômenos já ocorreram em sua área. Como eles são descritos?

Fenômenos elétricos e ópticos na atmosfera. fenômenos atmosféricos. Fenômenos elétricos e ópticos na atmosfera são fenômenos atmosféricos surpreendentes e às vezes perigosos.

Fenômenos elétricos na atmosfera.

3. Os fenômenos elétricos são uma manifestação da eletricidade atmosférica (trovoadas, raios, auroras).

Tempestade - fortes descargas elétricas que ocorrem na atmosfera. Acompanhado por rajadas de vento, chuva forte, flashes de luz brilhante (relâmpago) e efeitos sonoros ásperos (trovão). Os trovões podem ser ouvidos a uma distância de até vinte quilômetros. O motivo são as nuvens cumulonimbus. Descargas elétricas podem ocorrer entre nuvens, dentro das próprias nuvens, entre nuvens e a superfície da Terra. Uma tempestade pode ser frontal durante o movimento de uma frente fria ou quente de massas de ar ou intramassa. Uma tempestade intramassa é formada quando o ar é aquecido localmente. Uma tempestade é um fenômeno natural muito perigoso para os seres humanos. Em termos de número de vidas humanas reivindicadas, uma tempestade está em segundo lugar após as inundações. Cientistas curiosos determinaram que mil e quinhentos trovões ocorrem simultaneamente na Terra. Quarenta e seis relâmpagos a cada segundo! Somente nos pólos e nas regiões polares não há trovoada.

Zarnitsa Este é um fenômeno de luz em que as nuvens ou o horizonte são iluminados por raios por um curto período de tempo. O relâmpago em si não é observado. O motivo é uma tempestade de longo alcance (a uma distância de mais de vinte quilômetros). O trovão durante o relâmpago não é audível.

Luzes polares- brilho multicolorido do céu noturno em altas latitudes. A razão é uma flutuação significativa do campo magnético da Terra. Isso libera uma grande quantidade de energia. A duração desse fenômeno pode ser de vários minutos a vários dias.

Fenômenos ópticos na atmosfera.

4. Os fenômenos ópticos são o resultado da difração (refração) da luz do Sol ou da Lua (miragem, arco-íris, halo).

Miragem é o aparecimento de uma imagem imaginária de um objeto realmente existente. Normalmente objetos imaginários aparecem de cabeça para baixo ou fortemente distorcidos. O motivo é a curvatura dos raios de luz devido à falta de homogeneidade óptica do ar. A heterogeneidade atmosférica aparece quando o ar é aquecido de forma desigual em diferentes alturas.

Arco-íris- um grande arco multicolorido contra o fundo de nuvens de chuva. A parte externa do arco-íris é vermelha e a parte interna é roxa. Muitas vezes, um arco-íris secundário aparece do lado de fora do arco-íris, no qual ocorre a alternância inversa de cores. O motivo da ocorrência é a refração e reflexão dos raios de luz em gotículas de vapor de água. Arco-íris só pode ser visto quando o sol está baixo no horizonte.

aréola- arcos avermelhados claros, círculos, manchas que aparecem ao redor do Sol ou da Lua. A razão para a ocorrência é a refração e reflexão dos raios de luz dos cristais de gelo em nuvens cirrostratus.

5. Fenômenos atmosféricos não classificados são todos os fenômenos difíceis de atribuir a qualquer outro tipo (rajadas, tornados, redemoinhos, neblina).

Tempestadeé um aumento inesperado e acentuado do vento dentro de um ou dois minutos. O vento atinge velocidades superiores a 10 metros por segundo. A razão é o movimento das massas de ar ascendentes e descendentes. A tempestade é acompanhada por trovoadas, chuva forte e nuvens cumulonimbus.

Vórticeé o movimento de rotação e translação de grandes massas de ar. O diâmetro do vórtice pode chegar a vários milhares de quilômetros. Redemoinhos atmosféricos: ciclone, tufão.

Tornado ou um tornado - um vórtice muito forte, que é um funil gigante ou coluna de nuvem. O diâmetro de tal coluna acima da água pode ser de até 100 metros e acima do solo até um quilômetro. A altura do tornado chega a 10 quilômetros.

Dentro do funil ou coluna, quando o ar gira, forma-se uma zona de ar rarefeito. A velocidade do movimento do ar no funil ainda não foi determinada. Simplesmente não existe tal temerário que se atreveu a cair em um funil com dispositivos. Um tornado atrai água, areia, poeira e outros objetos e os transporta por distâncias consideráveis. A vida útil de um tornado varia de alguns minutos a uma hora e meia. É formado no calor e vem de uma nuvem cumulonimbus. As pessoas ainda não determinaram completamente o mecanismo de ocorrência de tornados.

Fenômenos ópticos na natureza

Fenômenos associados à refração da luz.

Miragens.

Em um meio não homogêneo, a luz não se propaga em linha reta. Se imaginarmos um meio em que o índice de refração muda de baixo para cima e o dividirmos mentalmente em finas camadas horizontais, então, considerando as condições de refração da luz durante a transição de camada para camada, notamos que em tal meio o feixe de luz deve mudar gradualmente sua direção.

Tal curvatura do feixe de luz sofre na atmosfera, na qual, por uma razão ou outra, principalmente devido ao seu aquecimento desigual, o índice de refração do ar muda com a altura.

O ar geralmente é aquecido pelo solo, que absorve a energia dos raios solares. Portanto, a temperatura do ar diminui com a altitude. Sabe-se também que a densidade do ar diminui com a altura. Foi estabelecido que, com o aumento da altitude, o índice de refração diminui, de modo que os raios que passam pela atmosfera são dobrados, inclinando-se para a Terra. Esse fenômeno é chamado de refração atmosférica normal. Devido à refração, os corpos celestes nos parecem um pouco "elevados" (acima de sua verdadeira altura) acima do horizonte.


Miragens são divididas em três classes.
A primeira classe inclui as mais comuns e de origem simples, as chamadas miragens do lago (ou inferiores), que causam tantas esperanças e decepções entre os viajantes do deserto.

A explicação para esse fenômeno é simples. As camadas inferiores de ar, aquecidas pelo solo, não tiveram tempo de subir; seu índice de refração é menor que os superiores. Portanto, os raios de luz que emanam dos objetos, dobrando-se no ar, entram no olho por baixo.

Para ver uma miragem, não há necessidade de ir à África. Pode ser observado em um dia quente e tranquilo de verão e sobre a superfície aquecida de uma estrada de asfalto.

Miragens da segunda classe são chamadas miragens de visão superior ou distante.

Eles aparecem no caso de as camadas superiores da atmosfera serem por algum motivo, por exemplo, quando o ar aquecido chega lá, especialmente rarefeito. Então os raios que emanam de objetos terrestres são mais fortemente dobrados e atingem a superfície da Terra, indo em um grande ângulo em relação ao horizonte. O olho do observador as projeta na direção em que entram.

Aparentemente, o deserto do Saara é o culpado pelo fato de um grande número de miragens de longo alcance serem observados na costa do Mediterrâneo. Massas de ar quente sobem acima dela, depois são levadas para o norte e criam condições favoráveis ​​​​para a ocorrência de miragens.

Miragens superiores também são observadas em países do norte quando sopram ventos quentes do sul. As camadas superiores da atmosfera são aquecidas e as camadas inferiores são resfriadas devido à presença de grandes massas de gelo e neve derretidos.

Miragens da terceira classe - visão ultralonga - são difíceis de explicar. No entanto, foram feitas suposições sobre a formação de lentes de ar gigantes na atmosfera, sobre a criação de uma miragem secundária, ou seja, uma miragem de uma miragem. É possível que a ionosfera desempenhe um papel aqui, refletindo não apenas ondas de rádio, mas também ondas de luz.

Fenômenos relacionados à dispersão da luz

O arco-íris é um belo fenômeno celestial que sempre atraiu a atenção do homem. Antigamente, quando as pessoas ainda sabiam muito pouco sobre o mundo ao seu redor, o arco-íris era considerado um "sinal celestial". Assim, os antigos gregos pensavam que cem arco-íris é o sorriso da deusa Irida. O arco-íris é observado na direção oposta ao Sol, contra o fundo de nuvens de chuva ou chuva. Um arco multicolorido geralmente está localizado a uma distância de 1-2 km do observador Ra, às vezes pode ser observado a uma distância de 2-3 m no fundo de gotas de água formadas por fontes ou pulverizadores de água

O arco-íris tem sete cores primárias que transitam suavemente de uma para outra.

A forma do arco, o brilho das cores, a largura das listras dependem do tamanho das gotas de água e do seu número. Gotas grandes criam um arco-íris mais estreito, com cores nitidamente proeminentes, gotas pequenas criam um arco embaçado, desbotado e até branco. É por isso que um arco-íris estreito e brilhante é visível no verão após uma tempestade, durante a qual grandes gotas caem.

A teoria do arco-íris foi dada pela primeira vez em 1637 por R. Descartes. Ele explicou o arco-íris como um fenômeno associado à reflexão e refração da luz nas gotas de chuva.

A formação das cores e sua sequência foram explicadas posteriormente, após desvendar a natureza complexa da luz branca e sua dispersão em um meio. A teoria da difração do arco-íris foi desenvolvida por Airy e Pertner.

Fenômenos de Interferência de Luz

Os círculos brancos de luz ao redor do Sol ou da Lua, que resultam da refração ou reflexão da luz por cristais de gelo ou neve na atmosfera, são chamados de halos. Existem pequenos cristais de água na atmosfera, e quando suas faces formam um ângulo reto com o plano que passa pelo Sol, quem observa o efeito, e os cristais, um halo branco característico ao redor do Sol torna-se visível no céu. Assim as bordas refletem os raios de luz com um desvio de 22°, formando um halo. Durante a estação fria, halos formados por cristais de gelo e neve na superfície da Terra refletem a luz do sol e a espalham em diferentes direções, formando um efeito chamado "pó de diamante".

O exemplo mais famoso de uma grande auréola é o famoso e frequentemente repetido "Brocken Vision". Por exemplo, uma pessoa de pé em uma colina ou montanha, atrás da qual o sol nasce ou se põe, descobre que sua sombra, que caiu sobre as nuvens, torna-se incrivelmente grande. Isso se deve ao fato de que as menores gotas de neblina refratam e refletem a luz solar de uma maneira especial. O fenômeno recebeu o nome do pico de Brocken na Alemanha, onde, devido a nevoeiros frequentes, esse efeito pode ser observado regularmente.

Parélia.

"Parhelion" em grego significa "sol falso". Esta é uma das formas de halo (ver ponto 6): uma ou mais imagens adicionais do Sol são observadas no céu, localizadas à mesma altura acima do horizonte que o Sol real. Milhões de cristais de gelo com uma superfície vertical, refletindo o Sol, formam este belíssimo fenômeno.

Parhelia pode ser observada em clima calmo em uma posição baixa do Sol, quando um número significativo de prismas está localizado no ar de modo que seus eixos principais são verticais, e os prismas descem lentamente como pequenos pára-quedas. Nesse caso, a luz refratada mais brilhante entra no olho em um ângulo de 220 das faces verticais e cria pilares verticais em ambos os lados do Sol ao longo do horizonte. Esses pilares podem ser particularmente brilhantes em alguns lugares, dando a impressão de um falso Sol.

Luzes polares.

Um dos fenômenos ópticos mais bonitos da natureza é a aurora boreal. É impossível transmitir em palavras a beleza das auroras, cintilantes, cintilantes, flamejantes contra o céu escuro da noite nas latitudes polares.

Na maioria dos casos, as auroras são de cor verde ou azul-esverdeada, com manchas ocasionais ou bordas de rosa ou vermelho.

As auroras são observadas em duas formas principais - na forma de fitas e na forma de manchas semelhantes a nuvens. Quando o brilho é intenso, assume a forma de fitas. Perdendo intensidade, transforma-se em manchas. No entanto, muitas fitas desaparecem antes de quebrar em pontos. As fitas parecem estar penduradas no espaço escuro do céu, lembrando uma cortina ou cortina gigante, geralmente estendendo-se de leste a oeste por milhares de quilômetros. A altura da cortina é de várias centenas de quilômetros, a espessura não excede várias centenas de metros e é tão delicada e transparente que as estrelas podem ser vistas através dela. A borda inferior da cortina é bastante distinta e nitidamente delineada e muitas vezes tingida de vermelho ou rosa, lembrando a borda da cortina, a parte superior é gradualmente perdida em altura e isso cria uma impressão particularmente eficaz da profundidade do espaço.

Existem quatro tipos de auroras:

1. Arco uniforme - a faixa luminosa tem a forma mais simples e calma. É mais brilhante de baixo e desaparece gradualmente para cima contra o fundo do brilho do céu;

2. Arco radiante - a fita torna-se um pouco mais ativa e móvel, forma pequenas dobras e riachos;

3. Banda radiante - com o aumento da atividade, dobras maiores se sobrepõem às pequenas;

4. Com o aumento da atividade, as dobras ou laços se expandem para tamanhos enormes (até centenas de quilômetros), a borda inferior da fita brilha com luz rosa. Quando a atividade diminui, as rugas desaparecem e a fita volta a ter uma forma uniforme. Isso sugere que a estrutura uniforme é a principal forma da aurora, e as dobras estão associadas a um aumento na atividade.

Muitas vezes há auroras de um tipo diferente. Eles capturam toda a região polar e são muito intensos. Eles ocorrem durante um aumento na atividade solar. Essas auroras aparecem como um brilho verde-esbranquiçado de toda a calota polar. Essas auroras são chamadas de rajadas.

Conclusão

Certa vez as miragens "Flying Dutchman" e "Fata Morgana" aterrorizaram os marinheiros. Na noite de 27 de março de 1898, no meio do Oceano Pacífico, a tripulação do Matador se assustou com uma visão quando, numa calmaria da meia-noite, avistaram um navio a 3,2 km de distância, que se debatia com uma forte tempestade. Todos esses eventos realmente ocorreram a uma distância de 1700 km.

Hoje, todos que conhecem as leis da física, ou melhor, sua seção de óptica, podem explicar todos esses fenômenos misteriosos.

Em meu trabalho, não descrevi todos os fenômenos ópticos da natureza. Há muitos deles. Admiramos a cor azul do céu, o amanhecer avermelhado, o pôr do sol flamejante - esses fenômenos são explicados pela absorção e dispersão da luz solar. Trabalhando com literatura adicional, fiquei convencido de que as perguntas que surgem ao observar o mundo ao nosso redor sempre podem ser respondidas. É verdade que é preciso conhecer os fundamentos das ciências naturais.

CONCLUSÃO: Os fenômenos ópticos na natureza são explicados pela refração ou reflexão da luz, ou pelas propriedades ondulatórias da luz - dispersão, interferência, difração, polarização ou propriedades quânticas da luz. O mundo é misterioso, mas reconhecível.