Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 727
Скачиваний: 23
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, дорогой, согласно которой ангелы сходят с небес набирать воду из рек. Славяне считали, то что радуга пьет воду с рек, озер а также иных водоемов, а затем проливает ее в облике ливня на землю
В 1666 году аргументировал Исаак Ньютон. Когда проблески солнечного освещение проходят через воздух, мы видим их как белый свет. Однако если в их пути попадается дождевая частичка (именно она согласно форме схожа к призме), и солнечный свет протекает через стеклянную призму либо через каплю, составляющие его многоцветные проблески меняют собственное направление, отклоняются на неодинаковые углы - расходятся в виде веера (преломляются). При этом каждый цвет преломляется по-разному - менее всего отклоняется от собственного начального направления красный, а более всего - фиолетовый. Непосредственно по этой причине внешний край дуги как правило красный, а внутренний – фиолетовый. В центре размещаются другие цвета - оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий.
Так же Интересным явлениям является лунная радуга.
Как оказалось, и такое подобное волшебство тоже бывает. О данном я выяснили в сети Интернет.
Мало кому известно, что солнечная радуга – это далеко не единственное явление, связанное с преломлением света. Помимо вышеописанной лунной радуги в природе существует еще огненная и туманная радуги. Первая представляет собой горизонтальную радугу, появляющуюся на фоне перистых облаков. Ну а вторая – это преломление света в очень маленьких капелька воды и появляется при попадании солнечного света в туман в виде белой дуги.
Цвета лунной радуги сложно рассмотреть, вследствие того то что ее свет очень слабый. В результате лунная радуга как правило видится белой. Но в снимках с долгой экспозицией возможно извлечь цвета.
2.3 Миражи
Миражи доводили путников пустыни, изнывавших от зноя и жажды, до смерти. Путешественники видели в 2-3 километрах от себя блестящую поверхность воды, брели к ней из последних сил, но вода отступала, а потом и вовсе исчезала. Так, в пустыне Северной Африки однажды погиб целый караван из 60 человек и 90 верблюдов, который вел опытный проводник. Люди последовали к миражу, увлекшим их на 60 км в сторону от колодца.
Чтобы уберечь путников пустыни от риска заблудиться и погибнуть от жажды, составлялись специальные карты с отметкой мест, в которых появлялись миражи. На этих путеводителях указывалось, где могут привидеться колодцы, пальмовые рощи или горные цепи. То есть уже в древности люди стали замечать, что часто миражи появляются в определенных местах, а значит, для их появления необходимы какие-то определенные условия.
Так что же такое мираж в оптике ?
Мираж – это оптическое явление в атмосфере: преломление потоков света на границе между резко различными по плотности и температуре слоями воздуха. Физической причиной всех видов миражей является рефракция - изменение направления луча на границе раздела двух сред, при котором свет переходит во вторую среду. Таким образом, когда луч света проходит через слои теплого и холодного воздуха, он преломляется, тем самым заставляя нас видеть какой-либо объект, который в действительности находится в другом месте
Миражи бывают, условно говоря, трех видов. Условно - потому что эти атмосферные явления по своей форме и по причинам, вызывающим их, очень разнообразны.
Атмосферные миражи делятся на нижние - возникают над достаточно тёплой поверхностью, при постепенном понижении температуры с высотой. Обычно, в пустынях или над асфальтированной дорогой. Поверхность горячая, а воздух над ней прохладнее - в результате возникает мираж воды на поверхности. Исчезает он сразу, как только приблизишься к этому месту. Наиболее часто они возникают в пустынях, где состояние воздуха, при котором возникают нижние миражи, крайне неустойчивое. Ведь внизу, у земли, лежит сильно нагретый, а значит, более легкий воздух, а выше него — более холодный и тяжелый.
Верхние (видимые над объектом) - обратное физическое явление: холодный воздух находится ниже нагретого. Фантом формируется ранним утром либо при внезапных порывах южного ветра над холодным водоемом. В небе плывут холмы, корабли, постройки. Верхнее явление возникает при дугообразном движении потоков света, отраженных от земных объектов, их опускании на расстоянии от исходной точки.
Боковые - о существовании бокового миража обычно даже не подозревают. Это — отражение от нагретой отвесной стены. Этот вид миражей может возникнуть в тех случаях, когда слои воздуха одинаковой плотности располагаются в атмосфере не горизонтально, как обычно, а наклонно или даже вертикально. Такие условия создаются летом, утром вскоре после восхода Солнца у скалистых берегов моря или озера, когда берег уже освещен Солнцем, а поверхность воды и воздух над ней еще холодные.
Более сложные виды миражей называется "Фата-Моргана"- возникают, когда одновременно есть условия для появления как верхнего, так и нижнего миража, например, при значительной температурной инверсии на некоторой высоте над относительно теплым морем. Плотность воздуха с высотой сначала увеличивается (температура воздуха понижается), а затем также быстро уменьшается (температура воздуха повышается).
При таком распределении плотности воздуха состояние атмосферы весьма неустойчивое и подвержено внезапным изменениям.
Поэтому вид миража меняется на глазах. Самые обыкновенные скалы и дома вследствие многократных искажений и увеличения на глазах превращаются в чудесные замки феи Морганы.
Физик Роберт Вуд - гений физического эксперимента, человек, обладавший необыкновенно оригинальный мышлением. Вуд внес огромный вклад в физическую оптику. Чтобы устроить себе миниатюрный оазис, Роберт Вуд взял четыре плоских железных листа длиной около 4 футов (1,2 метра) и шириной 8 дюймов (0,2 метра). Из этих листов он соорудил длинную плоскую горизонтальную площадку, которую посыпал песком. На дальнем конце площадки было укреплено зеркало, которое отражало изображение неба в окне. Ряд миниатюрных гор и несколько пальм, вырезанных из бумаги и размещенных на песке перед зеркалом, изображали горизонт пустынного ландшафта, который снизу, под железными листами, подогревался рядом маленьких газовых горелок. Вуда интересовало: «Будет ли действовать установка в таком масштабе?» Он зажег горелки и стал наблюдать. Горы и пальмы давали отчетливый силуэт на ярком фоне неба, но вдруг перед ними у самого подножья гор появилась сверкающая поверхность воды. Когда Вуд поднимал глаза на дюйм или два над уровнем песка, «озеро» исчезало и опять появлялось, как только взгляд приближался к поверхности «пустыни». Точно также поведет себя настоящий мираж, если подниматься на холм. По мере нагревания песка «озеро» увеличивалось, и в нем появлялось отражение гор, а когда исследователь опускал глаза еще ниже, подножье гор исчезало в кажущемся озере, как при гигантском наводнении.
2.3 Полярное сияние
Одним из красивейших оптических явлений природы является полярное сияние . В большинстве случаев полярные сияния имеют зеленый или сине-зеленый оттенок с изредка появляющимися пятнами или каймой розового или красного цвета. Полярные сияния наблюдают в двух основных формах – в виде лент и в виде облакоподобных пятен. Когда сияние интенсивно, оно приобретает форму лент. Теряя интенсивность, оно превращается в пятна. Однако многие ленты исчезают, не успев разбиться на пятна. Ленты как бы висят в темном пространстве неба, напоминая гигантский занавес или драпировку, протянувшуюся обычно с востока на запад на тысячи километров. Высота этого занавеса составляет несколько сотен километров, толщина не превышает нескольких сотен метров, причем так нежен и прозрачен, что сквозь него видны звезды. Нижний край занавеса довольно резко и отчетливо очерчен и часто подкрашен в красный или розоватый цвет, напоминающий кайму занавеса, верхний – постепенно теряется в высоте и это создает особенно эффектное впечатление глубины пространства. Различают четыре типа полярных сияний: Однородная дуга – светящаяся полоса имеет наиболее простую, спокойную форму. Она более ярка снизу и постепенно исчезает кверху на фоне свечения неба;
Лучистая дуга – лента становится несколько более активной и подвижной, она образует мелкие складки и струйки;
Лучистая полоса – с ростом активности более крупные складки накладываются на мелкие; При повышении активности складки или петли расширяются до огромных размеров, нижний край ленты ярко сияет розовым свечением. Когда активность спадает, складки исчезают и лента возвращается к однородной форме. Это наводит на мысль, что однородная структура является основной формой полярного сияния, а складки связаны с возрастанием активности. Часто возникают сияния иного вида. Они захватывают весь полярный район и оказываются очень интенсивными. Происходят они во время увеличения солнечной активности. Эти сияния представляются в виде беловато-зеленой шапки Такие сияния называют шквалами.
Возникновение полярного сияния
Весь процесс формирования свечения начинается, когда планета сталкивается с потоками заряженных частиц от звезды. Магнитное поле, как щит, отводит их в стороны. Такое давление от звезды как бы «сдувает» часть силовых линий магнитосферы, из-за чего планета становится похожа на комету. В области магнитных полюсов и хвосте этой «кометы» часть заряженных частиц от Солнца проникает под защитный слой планеты и начинает с огромной скоростью перемещаться вокруг нее. Так формируются радиационные пояса в атмосфере Земли на высоте 4000 и 17000 км. Иногда частицы из радиационного пояса опускаются ниже и взаимодействуют на нашей планете с атомами кислорода и азота, что и вызывает характерное свечение. На Юпитере в результате того же процесса возбуждаются атомы водорода. Но светятся они в ультрафиолетовом диапазоне.
Каждое полярное сияние на Земле уникально. Оно имеет разный диапазон свечения, форму и продолжительность. Это связано с неравномерным составом атмосферы и погодными явлениями .
2.4 Мыльные пузыри
Радужные мыльные пузыри – это не просто красиво, великий Исаак Ньютон смог сделать замечательное открытие из этого явления. Так в чем же причина появления расцветки мыльных пузырей?
Это потому, что световые волны, отраженные от противоположных сторон тонкой стенки мыльного пузыря, интерферируют друг с другом, то есть происходит перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн. Некоторые длины волн (цвета) нейтрализуют друг друга, а другие усиливаются. Стенка мыльного пузыря на самом деле представляет собой тонкую пленку воды
, защищенную от разрушения слоем молекул моющего средства с каждой стороны. А какие цвета усилены, зависит от толщины водяной пленки.
Добавим, что это явление не то же самое, что происхождение цветов радуги (вызванное преломлением внутреннего отраженного света), а скорее то же самое, что явление, вызывающее цвета масляного пятна на мокрой дороге.
Предположим, что на поверхность пузыря, образованного плёнкой постоянной толщины, падает пучок белого света, и различные участки поверхности пузыря пучок встречает под различными углами. Это означает, что в условия, при которых отражённый луч усиливается, будут попадать лучи с различной длиной волны и различные участки пузыря будут отсвечивать различными цветами радуги: лиловый, красный, синий, зелёный, жёлтый цвет. Это может произойти и по другой причине: различные участки плёнки пузыря со временем меняют свою толщину (теперь уже меняется толщина), и именно поэтому «то в нём синеет море, то в нём горит пожар». Если приглядеться к мыльному пузырю, можно отчётливо увидеть потоки жидкости, меняющие его окраску.
Чтобы закончить рассказ об оптике мыльного пузыря, обязательно надо сказать о чёрных полосах и пятнах в окраске пузыря. Они особенно отчётливо видны, когда пузырю осталось жить всего несколько мгновений.
Если вы внимательно посмотрите на пузырьки в ванне, вы заметите, что цвета постепенно меняются по мере того, как водяные пленки стекают под действием силы тяжести. Исаак Ньютон заметил то же самое однажды, когда принимал ванну, и использовал это наблюдение с пользой, поставив эксперимент, в котором вся вода в конечном итоге стекала с вершины пузыря. После этого осталось черное пятно (теперь называемое «черной пленкой Ньютона»), состоящее всего из двух слоев молекул моющего средства. Проследив за изменением цвета, Ньютон смог рассчитать размер молекул моющего средства – поистине замечательное достижение.
II. Практическая часть
Световые явления представляются нам очень интересными и красивыми. Они встречаются во всём нашем мире, от неизведанного космоса, до нашей любимой планеты. Оптика, безусловно, один из самых важных разделов физики для нашего понимания, ведь многое происходящее в природе можно объяснить именно благодаря её законам. Но слова зачастую подводят и очень сложно усваиваются, особенно когда дело доходит до физики. Поставив перед собой такую гипотезу, я пришла к выводу, что необходимо продемонстрировать световое явления наглядно.
В 1666 году аргументировал Исаак Ньютон. Когда проблески солнечного освещение проходят через воздух, мы видим их как белый свет. Однако если в их пути попадается дождевая частичка (именно она согласно форме схожа к призме), и солнечный свет протекает через стеклянную призму либо через каплю, составляющие его многоцветные проблески меняют собственное направление, отклоняются на неодинаковые углы - расходятся в виде веера (преломляются). При этом каждый цвет преломляется по-разному - менее всего отклоняется от собственного начального направления красный, а более всего - фиолетовый. Непосредственно по этой причине внешний край дуги как правило красный, а внутренний – фиолетовый. В центре размещаются другие цвета - оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий.
Так же Интересным явлениям является лунная радуга.
Как оказалось, и такое подобное волшебство тоже бывает. О данном я выяснили в сети Интернет.
Мало кому известно, что солнечная радуга – это далеко не единственное явление, связанное с преломлением света. Помимо вышеописанной лунной радуги в природе существует еще огненная и туманная радуги. Первая представляет собой горизонтальную радугу, появляющуюся на фоне перистых облаков. Ну а вторая – это преломление света в очень маленьких капелька воды и появляется при попадании солнечного света в туман в виде белой дуги.
Цвета лунной радуги сложно рассмотреть, вследствие того то что ее свет очень слабый. В результате лунная радуга как правило видится белой. Но в снимках с долгой экспозицией возможно извлечь цвета.
2.3 Миражи
Миражи доводили путников пустыни, изнывавших от зноя и жажды, до смерти. Путешественники видели в 2-3 километрах от себя блестящую поверхность воды, брели к ней из последних сил, но вода отступала, а потом и вовсе исчезала. Так, в пустыне Северной Африки однажды погиб целый караван из 60 человек и 90 верблюдов, который вел опытный проводник. Люди последовали к миражу, увлекшим их на 60 км в сторону от колодца.
Чтобы уберечь путников пустыни от риска заблудиться и погибнуть от жажды, составлялись специальные карты с отметкой мест, в которых появлялись миражи. На этих путеводителях указывалось, где могут привидеться колодцы, пальмовые рощи или горные цепи. То есть уже в древности люди стали замечать, что часто миражи появляются в определенных местах, а значит, для их появления необходимы какие-то определенные условия.
Так что же такое мираж в оптике ?
Мираж – это оптическое явление в атмосфере: преломление потоков света на границе между резко различными по плотности и температуре слоями воздуха. Физической причиной всех видов миражей является рефракция - изменение направления луча на границе раздела двух сред, при котором свет переходит во вторую среду. Таким образом, когда луч света проходит через слои теплого и холодного воздуха, он преломляется, тем самым заставляя нас видеть какой-либо объект, который в действительности находится в другом месте
Миражи бывают, условно говоря, трех видов. Условно - потому что эти атмосферные явления по своей форме и по причинам, вызывающим их, очень разнообразны.
Атмосферные миражи делятся на нижние - возникают над достаточно тёплой поверхностью, при постепенном понижении температуры с высотой. Обычно, в пустынях или над асфальтированной дорогой. Поверхность горячая, а воздух над ней прохладнее - в результате возникает мираж воды на поверхности. Исчезает он сразу, как только приблизишься к этому месту. Наиболее часто они возникают в пустынях, где состояние воздуха, при котором возникают нижние миражи, крайне неустойчивое. Ведь внизу, у земли, лежит сильно нагретый, а значит, более легкий воздух, а выше него — более холодный и тяжелый.
Верхние (видимые над объектом) - обратное физическое явление: холодный воздух находится ниже нагретого. Фантом формируется ранним утром либо при внезапных порывах южного ветра над холодным водоемом. В небе плывут холмы, корабли, постройки. Верхнее явление возникает при дугообразном движении потоков света, отраженных от земных объектов, их опускании на расстоянии от исходной точки.
Боковые - о существовании бокового миража обычно даже не подозревают. Это — отражение от нагретой отвесной стены. Этот вид миражей может возникнуть в тех случаях, когда слои воздуха одинаковой плотности располагаются в атмосфере не горизонтально, как обычно, а наклонно или даже вертикально. Такие условия создаются летом, утром вскоре после восхода Солнца у скалистых берегов моря или озера, когда берег уже освещен Солнцем, а поверхность воды и воздух над ней еще холодные.
Более сложные виды миражей называется "Фата-Моргана"- возникают, когда одновременно есть условия для появления как верхнего, так и нижнего миража, например, при значительной температурной инверсии на некоторой высоте над относительно теплым морем. Плотность воздуха с высотой сначала увеличивается (температура воздуха понижается), а затем также быстро уменьшается (температура воздуха повышается).
При таком распределении плотности воздуха состояние атмосферы весьма неустойчивое и подвержено внезапным изменениям.
Поэтому вид миража меняется на глазах. Самые обыкновенные скалы и дома вследствие многократных искажений и увеличения на глазах превращаются в чудесные замки феи Морганы.
Физик Роберт Вуд - гений физического эксперимента, человек, обладавший необыкновенно оригинальный мышлением. Вуд внес огромный вклад в физическую оптику. Чтобы устроить себе миниатюрный оазис, Роберт Вуд взял четыре плоских железных листа длиной около 4 футов (1,2 метра) и шириной 8 дюймов (0,2 метра). Из этих листов он соорудил длинную плоскую горизонтальную площадку, которую посыпал песком. На дальнем конце площадки было укреплено зеркало, которое отражало изображение неба в окне. Ряд миниатюрных гор и несколько пальм, вырезанных из бумаги и размещенных на песке перед зеркалом, изображали горизонт пустынного ландшафта, который снизу, под железными листами, подогревался рядом маленьких газовых горелок. Вуда интересовало: «Будет ли действовать установка в таком масштабе?» Он зажег горелки и стал наблюдать. Горы и пальмы давали отчетливый силуэт на ярком фоне неба, но вдруг перед ними у самого подножья гор появилась сверкающая поверхность воды. Когда Вуд поднимал глаза на дюйм или два над уровнем песка, «озеро» исчезало и опять появлялось, как только взгляд приближался к поверхности «пустыни». Точно также поведет себя настоящий мираж, если подниматься на холм. По мере нагревания песка «озеро» увеличивалось, и в нем появлялось отражение гор, а когда исследователь опускал глаза еще ниже, подножье гор исчезало в кажущемся озере, как при гигантском наводнении.
2.3 Полярное сияние
Одним из красивейших оптических явлений природы является полярное сияние . В большинстве случаев полярные сияния имеют зеленый или сине-зеленый оттенок с изредка появляющимися пятнами или каймой розового или красного цвета. Полярные сияния наблюдают в двух основных формах – в виде лент и в виде облакоподобных пятен. Когда сияние интенсивно, оно приобретает форму лент. Теряя интенсивность, оно превращается в пятна. Однако многие ленты исчезают, не успев разбиться на пятна. Ленты как бы висят в темном пространстве неба, напоминая гигантский занавес или драпировку, протянувшуюся обычно с востока на запад на тысячи километров. Высота этого занавеса составляет несколько сотен километров, толщина не превышает нескольких сотен метров, причем так нежен и прозрачен, что сквозь него видны звезды. Нижний край занавеса довольно резко и отчетливо очерчен и часто подкрашен в красный или розоватый цвет, напоминающий кайму занавеса, верхний – постепенно теряется в высоте и это создает особенно эффектное впечатление глубины пространства. Различают четыре типа полярных сияний: Однородная дуга – светящаяся полоса имеет наиболее простую, спокойную форму. Она более ярка снизу и постепенно исчезает кверху на фоне свечения неба;
Лучистая дуга – лента становится несколько более активной и подвижной, она образует мелкие складки и струйки;
Лучистая полоса – с ростом активности более крупные складки накладываются на мелкие; При повышении активности складки или петли расширяются до огромных размеров, нижний край ленты ярко сияет розовым свечением. Когда активность спадает, складки исчезают и лента возвращается к однородной форме. Это наводит на мысль, что однородная структура является основной формой полярного сияния, а складки связаны с возрастанием активности. Часто возникают сияния иного вида. Они захватывают весь полярный район и оказываются очень интенсивными. Происходят они во время увеличения солнечной активности. Эти сияния представляются в виде беловато-зеленой шапки Такие сияния называют шквалами.
Возникновение полярного сияния
Весь процесс формирования свечения начинается, когда планета сталкивается с потоками заряженных частиц от звезды. Магнитное поле, как щит, отводит их в стороны. Такое давление от звезды как бы «сдувает» часть силовых линий магнитосферы, из-за чего планета становится похожа на комету. В области магнитных полюсов и хвосте этой «кометы» часть заряженных частиц от Солнца проникает под защитный слой планеты и начинает с огромной скоростью перемещаться вокруг нее. Так формируются радиационные пояса в атмосфере Земли на высоте 4000 и 17000 км. Иногда частицы из радиационного пояса опускаются ниже и взаимодействуют на нашей планете с атомами кислорода и азота, что и вызывает характерное свечение. На Юпитере в результате того же процесса возбуждаются атомы водорода. Но светятся они в ультрафиолетовом диапазоне.
Каждое полярное сияние на Земле уникально. Оно имеет разный диапазон свечения, форму и продолжительность. Это связано с неравномерным составом атмосферы и погодными явлениями .
2.4 Мыльные пузыри
Радужные мыльные пузыри – это не просто красиво, великий Исаак Ньютон смог сделать замечательное открытие из этого явления. Так в чем же причина появления расцветки мыльных пузырей?
Это потому, что световые волны, отраженные от противоположных сторон тонкой стенки мыльного пузыря, интерферируют друг с другом, то есть происходит перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн. Некоторые длины волн (цвета) нейтрализуют друг друга, а другие усиливаются. Стенка мыльного пузыря на самом деле представляет собой тонкую пленку воды
, защищенную от разрушения слоем молекул моющего средства с каждой стороны. А какие цвета усилены, зависит от толщины водяной пленки.
Добавим, что это явление не то же самое, что происхождение цветов радуги (вызванное преломлением внутреннего отраженного света), а скорее то же самое, что явление, вызывающее цвета масляного пятна на мокрой дороге.
Предположим, что на поверхность пузыря, образованного плёнкой постоянной толщины, падает пучок белого света, и различные участки поверхности пузыря пучок встречает под различными углами. Это означает, что в условия, при которых отражённый луч усиливается, будут попадать лучи с различной длиной волны и различные участки пузыря будут отсвечивать различными цветами радуги: лиловый, красный, синий, зелёный, жёлтый цвет. Это может произойти и по другой причине: различные участки плёнки пузыря со временем меняют свою толщину (теперь уже меняется толщина), и именно поэтому «то в нём синеет море, то в нём горит пожар». Если приглядеться к мыльному пузырю, можно отчётливо увидеть потоки жидкости, меняющие его окраску.
Чтобы закончить рассказ об оптике мыльного пузыря, обязательно надо сказать о чёрных полосах и пятнах в окраске пузыря. Они особенно отчётливо видны, когда пузырю осталось жить всего несколько мгновений.
Если вы внимательно посмотрите на пузырьки в ванне, вы заметите, что цвета постепенно меняются по мере того, как водяные пленки стекают под действием силы тяжести. Исаак Ньютон заметил то же самое однажды, когда принимал ванну, и использовал это наблюдение с пользой, поставив эксперимент, в котором вся вода в конечном итоге стекала с вершины пузыря. После этого осталось черное пятно (теперь называемое «черной пленкой Ньютона»), состоящее всего из двух слоев молекул моющего средства. Проследив за изменением цвета, Ньютон смог рассчитать размер молекул моющего средства – поистине замечательное достижение.
II. Практическая часть
Световые явления представляются нам очень интересными и красивыми. Они встречаются во всём нашем мире, от неизведанного космоса, до нашей любимой планеты. Оптика, безусловно, один из самых важных разделов физики для нашего понимания, ведь многое происходящее в природе можно объяснить именно благодаря её законам. Но слова зачастую подводят и очень сложно усваиваются, особенно когда дело доходит до физики. Поставив перед собой такую гипотезу, я пришла к выводу, что необходимо продемонстрировать световое явления наглядно.