Οπτικά φαινόμενα στη φύση: ανάκλαση, εξασθένηση, συνολική εσωτερική ανάκλαση, ουράνιο τόξο, αντικατοπτρισμός.
Ρωσικό Κρατικό Αγροτικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας Γεωργική Ακαδημία με το όνομα K.A. Τιμιριάζεφ
Θέμα: Οπτικά φαινόμενα στη φύση
Εκτελέστηκε
Bakhtina Tatyana Igorevna
Δάσκαλος:
Momdzhi Sergey Georgievich
Μόσχα, 2014
1. Είδη οπτικών φαινομένων
3. Ολική εσωτερική αντανάκλαση
συμπέρασμα
1. Είδη οπτικών φαινομένων
Το οπτικό φαινόμενο κάθε ορατού γεγονότος είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης φωτός και υλικού περιβάλλοντος, φυσικού και βιολογικού. Μια πράσινη δέσμη φωτός είναι ένα παράδειγμα οπτικού φαινομένου.
Γενικά οπτικά φαινόμενα συμβαίνουν συχνά λόγω της αλληλεπίδρασης του φωτός από τον ήλιο ή τη σελήνη με την ατμόσφαιρα, τα σύννεφα, το νερό, τη σκόνη και άλλα σωματίδια. Μερικά από αυτά, σαν μια πράσινη δέσμη φωτός, είναι τόσο σπάνια που μερικές φορές θεωρούνται μυθικά.
Τα οπτικά φαινόμενα περιλαμβάνουν εκείνα που προκύπτουν από τις οπτικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας, της υπόλοιπης φύσης (άλλα φαινόμενα). από αντικείμενα, είτε φυσικής είτε ανθρώπινης φύσης (οπτικά εφέ), όπου τα μάτια μας έχουν την εντοπτική φύση των φαινομένων.
Υπάρχουν πολλά φαινόμενα που προκύπτουν είτε από την κβαντική είτε από την κυματική φύση του φωτός. Ορισμένες από αυτές είναι αρκετά λεπτές και παρατηρήσιμες μόνο μέσω ακριβών μετρήσεων με επιστημονικά όργανα.
Στη δουλειά μου, θέλω να εξετάσω και να μιλήσω για οπτικά φαινόμενα που σχετίζονται με καθρέφτες (αντανάκλαση, εξασθένηση) και με ατμοσφαιρικά φαινόμενα(Mirage, Rainbow, Auroras), που συχνά συναντάμε πολύ στην καθημερινότητα.
2. Κατοπτρικά οπτικά φαινόμενα
Φως μου, καθρεφτάκι, πες μου...
Αν πάρουμε έναν απλό και ακριβή ορισμό, τότε το Mirror είναι απαλή επιφάνειασχεδιασμένο να αντανακλά το φως (ή άλλη ακτινοβολία). Το πιο διάσημο παράδειγμα είναι ένας καθρέφτης αεροπλάνου.
Η σύγχρονη ιστορία των κατόπτρων υπολογίζεται από τον 13ο αιώνα, ή μάλλον, από το 1240, όταν στην Ευρώπη έμαθαν πώς να φυσούν γυάλινα αγγεία. Η εφεύρεση του πραγματικού γυάλινου καθρέφτη μπορεί να εντοπιστεί πίσω στο 1279, όταν ο Φραγκισκανός John Pecamum περιέγραψε έναν τρόπο να καλύπτεται το γυαλί με ένα λεπτό στρώμα κασσίτερου.
Εκτός από τους καθρέφτες που εφευρέθηκε και δημιούργησε ο άνθρωπος, ο κατάλογος των ανακλαστικών επιφανειών είναι μεγάλος και εκτενής: η επιφάνεια μιας δεξαμενής, άλλοτε πάγος, άλλοτε γυαλισμένο μέταλλο, απλώς γυαλί, αν το δεις από μια συγκεκριμένη γωνία, αλλά, παρόλα αυτά, είναι ένας τεχνητός καθρέφτης που μπορεί πρακτικά να ονομαστεί τέλεια ανακλαστική επιφάνεια.
Η αρχή της πορείας των ακτίνων που ανακλώνται από έναν καθρέφτη είναι απλή, εάν εφαρμοστούν οι νόμοι της γεωμετρικής οπτικής, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η κυματική φύση του φωτός. Μια δέσμη φωτός πέφτει σε μια επιφάνεια καθρέφτη (θεωρούμε έναν εντελώς αδιαφανή καθρέφτη) σε γωνία άλφα προς την κανονική (κάθετη) που έλκεται στο σημείο όπου η δέσμη χτυπά στον καθρέφτη. Η γωνία της ανακλώμενης δέσμης θα είναι ίσο με αυτόίδια τιμή - άλφα. Μια ακτίνα που προσπίπτει σε έναν καθρέφτη σε ορθή γωνία προς το επίπεδο του καθρέφτη θα αντανακλάται πίσω στον εαυτό της.
Για τον απλούστερο - επίπεδο - καθρέφτη, το είδωλο θα βρίσκεται πίσω από τον καθρέφτη συμμετρικά με το αντικείμενο σε σχέση με το επίπεδο του καθρέφτη, θα είναι φανταστικό, άμεσο και το ίδιο μέγεθος με το ίδιο το αντικείμενο.
Το γεγονός ότι το τοπίο που αντανακλάται σε λιμνάζοντα νερά δεν διαφέρει από το πραγματικό, αλλά μόνο «αναποδογυρίζεται» απέχει πολύ από το να ισχύει. Αν κάποιος κοιτάξει αργά το βράδυ πώς αντανακλώνται οι λάμπες στο νερό ή πώς αντανακλάται η ακτή που κατεβαίνει στο νερό, τότε η αντανάκλαση θα του φαίνεται κοντύτερη και θα «εξαφανιστεί» εντελώς αν ο παρατηρητής είναι ψηλά πάνω από την επιφάνεια. του νερού. Επίσης, δεν μπορείτε ποτέ να δείτε την αντανάκλαση της κορυφής μιας πέτρας, μέρος της οποίας είναι βυθισμένο στο νερό. Το τοπίο φαίνεται από τον παρατηρητή σαν να το βλέπει από ένα σημείο τόσο πιο βαθιά από την επιφάνεια του νερού όσο το μάτι του παρατηρητή είναι πάνω από την επιφάνεια. Η διαφορά μεταξύ του τοπίου και της εικόνας του μειώνεται καθώς το μάτι πλησιάζει την επιφάνεια του νερού, αλλά και καθώς το αντικείμενο απομακρύνεται. Συχνά φαίνεται στους ανθρώπους ότι η αντανάκλαση των θάμνων και των δέντρων σε μια λίμνη διακρίνεται από μεγαλύτερη φωτεινότητα χρωμάτων και κορεσμό τόνων. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί επίσης να παρατηρηθεί παρατηρώντας την αντανάκλαση των αντικειμένων στον καθρέφτη. Εδώ η ψυχολογική αντίληψη παίζει μεγαλύτερο ρόλο από τη φυσική πλευρά του φαινομένου. Το πλαίσιο του καθρέφτη, οι όχθες της λίμνης περιορίζουν ένα μικρό τμήμα του τοπίου, προστατεύοντας την περιφερειακή όραση ενός ατόμου από το υπερβολικό διάσπαρτο φως που προέρχεται από ολόκληρο τον ουρανό και τυφλώνει τον παρατηρητή, δηλαδή κοιτάζει ένα μικρό τμήμα του τοπίου σαν μέσα από έναν σκοτεινό στενό σωλήνα. Η μείωση της φωτεινότητας του ανακλώμενου φωτός σε σύγκριση με το άμεσο φως διευκολύνει τους ανθρώπους να βλέπουν τον ουρανό, τα σύννεφα και άλλα έντονα φωτισμένα αντικείμενα που, όταν τα δει κανείς απευθείας, είναι πολύ φωτεινά για το μάτι.
3. Ολική εσωτερική ανάκλαση φωτός
Ένα όμορφο θέαμα είναι ένα σιντριβάνι, στο οποίο οι εκτοξευόμενοι πίδακες φωτίζονται από το εσωτερικό. Αυτό μπορεί να απεικονιστεί υπό κανονικές συνθήκες κάνοντας το ακόλουθο πείραμα. Σε ένα ψηλό κασσίτερο, σε ύψος 5 cm από τον πυθμένα, είναι απαραίτητο να ανοίξετε μια στρογγυλή τρύπα με διάμετρο 5-6 mm. Ένας ηλεκτρικός λαμπτήρας με φυσίγγιο πρέπει να τυλιχτεί προσεκτικά με σελοφάν και να τοποθετηθεί απέναντι από την τρύπα. Πρέπει να ρίξετε νερό στο βάζο. Ανοίγοντας την τρύπα, παίρνουμε ένα πίδακα που θα φωτίζεται από μέσα. Σε ένα σκοτεινό δωμάτιο, λάμπει έντονα και φαίνεται πολύ εντυπωσιακό. Ο πίδακας μπορεί να δώσει οποιοδήποτε χρώμα τοποθετώντας έγχρωμο γυαλί στη διαδρομή των ακτίνων φωτός. Εάν βάλετε το δάχτυλό σας στη διαδρομή του πίδακα, τότε το νερό ψεκάζεται και αυτά τα σταγονίδια λάμπουν έντονα. Η εξήγηση για αυτό το φαινόμενο είναι αρκετά απλή. Μια δέσμη φωτός περνά κατά μήκος ενός πίδακα νερού και προσκρούει σε μια καμπύλη επιφάνεια σε γωνία μεγαλύτερη από το όριο, βιώνει ολική εσωτερική ανάκλαση και στη συνέχεια χτυπά ξανά στην αντίθετη πλευρά του πίδακα σε γωνία πάλι μεγαλύτερη από το όριο. Έτσι η δοκός περνά κατά μήκος του πίδακα, λυγίζοντας μαζί του. Αλλά αν το φως αντανακλούσε πλήρως μέσα στον πίδακα, τότε δεν θα ήταν ορατό από το εξωτερικό. Μέρος του φωτός διασκορπίζεται από νερό, φυσαλίδες αέρα και διάφορες ακαθαρσίες που υπάρχουν σε αυτό, καθώς και λόγω της ανώμαλης επιφάνειας του πίδακα, επομένως είναι ορατό από το εξωτερικό.
Θα δώσω εδώ μια φυσική εξήγηση για αυτό το φαινόμενο. Έστω ο απόλυτος δείκτης διάθλασης του πρώτου μέσου μεγαλύτερος από τον απόλυτο δείκτη διάθλασης του δεύτερου μέσου n1 > n2, δηλαδή το πρώτο μέσο είναι οπτικά πυκνότερο. Εδώ, οι απόλυτοι δείκτες των μέσων είναι αντίστοιχα ίσοι:
Στη συνέχεια, εάν μια δέσμη φωτός κατευθύνεται από ένα οπτικά πυκνότερο μέσο σε ένα οπτικά λιγότερο πυκνό μέσο, τότε καθώς αυξάνεται η γωνία πρόσπτωσης, η διαθλασμένη δέσμη θα πλησιάσει τη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων, τότε θα πάει κατά μήκος της διεπαφής και με περαιτέρω αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης, η διαθλασμένη δέσμη θα εξαφανιστεί, t .e. η προσπίπτουσα δέσμη θα αντανακλάται πλήρως από τη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων.
Η οριακή γωνία (άλφα μηδέν) είναι η γωνία πρόσπτωσης, η οποία αντιστοιχεί σε γωνία διάθλασης 90 μοιρών. Για το νερό, η οριακή γωνία είναι 49 μοίρες. Για γυαλί - 42 μοίρες. Εκδηλώσεις στη φύση: - οι φυσαλίδες αέρα στα υποβρύχια φυτά φαίνονται σαν καθρέφτες - οι σταγόνες δροσιάς αναβοσβήνουν με πολύχρωμα φώτα - "παιχνίδι" διαμαντιών στις ακτίνες του φωτός - η επιφάνεια του νερού σε ένα ποτήρι όταν βλέπει κανείς από κάτω μέσα από το τοίχωμα του γυαλιού θα λάμψει.
4. Ατμοσφαιρικά οπτικά φαινόμενα
Ο αντικατοπτρισμός είναι ένα οπτικό φαινόμενο στην ατμόσφαιρα: η αντανάκλαση του φωτός από ένα όριο μεταξύ στρωμάτων αέρα που είναι έντονα διαφορετικά σε πυκνότητα. Για έναν παρατηρητή, μια τέτοια αντανάκλαση είναι ότι, μαζί με ένα μακρινό αντικείμενο (ή ένα τμήμα του ουρανού), η φανταστική του εικόνα, μετατοπισμένη σε σχέση με, είναι ορατή.
Δηλαδή, ένας αντικατοπτρισμός δεν είναι τίποτα άλλο από ένα παιχνίδι ακτίνων φωτός. Το γεγονός είναι ότι στην έρημο η γη ζεσταίνεται πολύ. Αλλά ταυτόχρονα, η θερμοκρασία του αέρα πάνω από τη γη σε διαφορετικές αποστάσεις από αυτήν ποικίλλει πολύ. Για παράδειγμα, η θερμοκρασία ενός στρώματος αέρα δέκα εκατοστά πάνω από το επίπεδο του εδάφους είναι 30-50 βαθμούς χαμηλότερη από τη θερμοκρασία της επιφάνειας.
Όλοι οι νόμοι της φυσικής λένε ότι το φως σε ένα ομοιογενές μέσο διαδίδεται ευθύγραμμα. Ωστόσο, με τέτοια ακραίες συνθήκεςο νόμος δεν ισχύει. Τι γίνεται όμως; Οι ακτίνες σε τέτοιες διαφορές θερμοκρασίας αρχίζουν να διαθλώνται και στην ίδια τη γη γενικά αρχίζουν να αντανακλώνται, ενώ δημιουργούν ψευδαισθήσεις που συνηθίζαμε να ονομάζουμε αντικατοπτρισμούς. Δηλαδή, ο αέρας στην ίδια την επιφάνεια γίνεται καθρέφτης.
Αν και οι αντικατοπτρισμοί συνήθως συνδέονται με ερήμους, μπορούν πολύ συχνά να παρατηρηθούν πάνω από την επιφάνεια του νερού, στα βουνά και μερικές φορές ακόμη και σε μεγάλες πόλεις. Με άλλα λόγια, όπου υπάρχει μια απότομη αλλαγή στη θερμοκρασία, μπορείτε να παρατηρήσετε αυτές τις υπέροχες εικόνες.
Αυτό το φαινόμενο είναι αρκετά συχνό. Για παράδειγμα, στη μεγαλύτερη έρημο του πλανήτη μας, παρατηρούνται περίπου 160 χιλιάδες αντικατοπτρισμοί ετησίως.
Είναι πολύ ενδιαφέρον ότι παρόλο που οι αντικατοπτρισμοί θεωρούνται τα παιδιά των ερήμων, η Αλάσκα έχει από καιρό αναγνωριστεί ως ο αδιαμφισβήτητος ηγέτης στην εμφάνισή τους. Όσο πιο κρύο, τόσο πιο καθαρό και πιο όμορφο είναι ο αντικατοπτρισμός που παρατηρείται.
Όσο συνηθισμένο κι αν είναι αυτό το φαινόμενο, είναι πολύ δύσκολο να το μελετήσεις. Γιατί; Ναι, όλα είναι πολύ απλά. Κανείς δεν ξέρει πού και πότε θα εμφανιστεί, πώς θα είναι και πόσο θα ζήσει.
Αφού εμφανίστηκαν πολλά όλων των ειδών τα αρχεία για τα αντικατοπτρίσματα, φυσικά έπρεπε να ταξινομηθούν. Αποδείχθηκε ότι, παρά την ποικιλομορφία τους, εντοπίστηκαν μόνο έξι τύποι αντικατοπτρισμών: κατώτερο (λίμνη), πάνω (αναδύεται στον ουρανό), πλαϊνό, Fata Morgana, αντικατοπτρισμοί φαντασμάτων και αντικατοπτρισμοί λυκανθρώπων.
Περισσότερο σύνθετη άποψηΟ αντικατοπτρισμός ονομάζεται Fata Morgana. Δεν έχει βρεθεί ακόμη εξήγηση γι' αυτό.
Κατώτερη (λίμνη) αντικατοπτρισμός.
Αυτά είναι τα πιο συνηθισμένα αντικατοπτρίσματα. Πήραν το όνομά τους λόγω των τόπων καταγωγής τους. Παρατηρούνται στην επιφάνεια της γης και του νερού.
Ανώτεροι αντικατοπτρισμοί (μακρινοί αντικατοπτρισμοί).
Αυτός ο τύπος αντικατοπτρισμού είναι τόσο απλός στην προέλευση όσο και ο προηγούμενος. Ωστόσο, τέτοιοι αντικατοπτρισμοί είναι πολύ πιο διαφορετικοί και όμορφοι. Εμφανίζονται στον αέρα. Οι πιο εντυπωσιακές από αυτές είναι οι περίφημες πόλεις-φαντάσματα. Είναι πολύ ενδιαφέρον ότι συνήθως αναπαριστούν εικόνες αντικειμένων -πόλεων, βουνών, νησιών- που απέχουν πολλές χιλιάδες χιλιόμετρα.
Πλαϊνοί αντικατοπτρισμοί
Εμφανίζονται κοντά σε κάθετες επιφάνειες που θερμαίνονται έντονα από τον ήλιο. Αυτές μπορεί να είναι βραχώδεις ακτές της θάλασσας ή της λίμνης, όταν η ακτή είναι ήδη φωτισμένη από τον Ήλιο και η επιφάνεια του νερού και ο αέρας πάνω από αυτήν είναι ακόμα κρύοι. Αυτός ο τύπος αντικατοπτρισμού είναι πολύ συνηθισμένο φαινόμενο στη λίμνη της Γενεύης.
Φάτα Μοργκάνα
Η Fata Morgana είναι ο πιο δύσκολος τύπος αντικατοπτρισμού. Είναι ένας συνδυασμός πολλών μορφών αντικατοπτρισμών ταυτόχρονα. Ταυτόχρονα, τα αντικείμενα που απεικονίζει ο αντικατοπτρισμός πολλαπλασιάζονται και παραμορφώνονται αρκετά. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτός ο τύπος αντικατοπτρισμού πήρε το όνομά του από τη Μοργκάνα, την αδερφή του διάσημου Αρθούρου. Φέρεται να αγανακτούσε τον Λάνσελοτ επειδή την απέρριψε. Για να τον κακομάθει, εγκαταστάθηκε Υποθαλάσσιος κόσμοςκαι άρχισε να εκδικείται όλους τους ανθρώπους, εξαπατώντας τους με φανταστικά οράματα
Πολυάριθμοι «Ιπτάμενοι Ολλανδοί», τους οποίους βλέπουν ακόμη οι ναυτικοί, μπορούν επίσης να αποδοθούν στους Fata Morgans. Συνήθως δείχνουν πλοία που βρίσκονται εκατοντάδες ή και χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά από παρατηρητές.
Ίσως δεν υπάρχει τίποτα άλλο να πούμε για τις ποικιλίες των αντικατοπτρισμών.
Θα ήθελα να προσθέσω ότι αν και αυτό είναι ένα εξαιρετικά όμορφο και μυστηριώδες θέαμα, είναι επίσης πολύ επικίνδυνο. Σκοτώνω αντικατοπτρισμούς και τρελαίνω τα θύματά τους. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τους αντικατοπτρισμούς της ερήμου. Και η εξήγηση αυτού του φαινομένου δεν ανακουφίζει τη μοίρα των ταξιδιωτών.
Ωστόσο, ο κόσμος προσπαθεί να το καταπολεμήσει. Δημιουργούν ειδικούς οδηγούς, οι οποίοι υποδεικνύουν τους τόπους της συχνότερης εμφάνισης αντικατοπτρισμών, και μερικές φορές τις μορφές τους.
Παρεμπιπτόντως, οι αντικατοπτρισμοί μπαίνουν εργαστηριακές συνθήκες.
Για παράδειγμα, ένα απλό πείραμα που δημοσιεύτηκε στο βιβλίο από τον V.V. Maira «Ολική αντανάκλαση φωτός μέσα απλά πειράματα"(Μόσχα, 1986), εδώ δίνεται μια λεπτομερής περιγραφή της απόκτησης μοντέλων αντικατοπτρισμού σε διάφορα περιβάλλοντα. Ο ευκολότερος τρόπος για να παρατηρήσετε έναν αντικατοπτρισμό στο νερό (Εικ. 2). Στερεώστε ένα σκούρο, κατά προτίμηση μαύρο, κασσίτερο από κάτω από το κάτω μέρος ενός δοχείου με έναν καφέ λευκό πυθμένα Κοιτάζοντας προς τα κάτω, σχεδόν κάθετα, κατά μήκος του τοιχώματος του, ρίξτε γρήγορα σε ένα βάζο ζεστό νερό. Η επιφάνεια του βάζου θα γίνει αμέσως γυαλιστερή. Γιατί; Αυτό συμβαίνει επειδή ο δείκτης διάθλασης του νερού αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Στην καυτή επιφάνεια του βάζου, η θερμοκρασία του νερού είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι σε απόσταση. Υπάρχει λοιπόν μια καμπυλότητα της δέσμης του φωτός με τον ίδιο τρόπο όπως με τους αντικατοπτρισμούς στην έρημο ή στην καυτή άσφαλτο. Το βάζο μας φαίνεται γυαλιστερό λόγω της συνολικής αντανάκλασης του φωτός.
Κάθε σχεδιαστής θέλει να ξέρει πού να κατεβάσει το photoshop.
Ατμοσφαιρικό οπτικό και μετεωρολογικό φαινόμενο που παρατηρείται όταν ο Ήλιος (μερικές φορές η Σελήνη) φωτίζει πολλές σταγόνες νερού (βροχή ή ομίχλη). Ένα ουράνιο τόξο μοιάζει με ένα πολύχρωμο τόξο ή κύκλο που αποτελείται από τα χρώματα του φάσματος (από την εξωτερική άκρη: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί, βιολετί). Αυτά είναι τα επτά χρώματα που συνήθως διακρίνονται στο ουράνιο τόξο στη ρωσική κουλτούρα, αλλά πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι στην πραγματικότητα το φάσμα είναι συνεχές και τα χρώματά του μεταβαίνουν ομαλά το ένα στο άλλο μέσω πολλών ενδιάμεσων αποχρώσεων.
Το κέντρο του κύκλου που περιγράφεται από το ουράνιο τόξο βρίσκεται σε μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από τον παρατηρητή και τον Ήλιο, επιπλέον, όταν παρατηρούμε το ουράνιο τόξο (σε αντίθεση με το φωτοστέφανο), ο Ήλιος είναι πάντα πίσω από τον παρατηρητή και είναι αδύνατο να δεις τον Ήλιο και το ουράνιο τόξο ταυτόχρονα χωρίς τη χρήση οπτικών συσκευών. Για έναν παρατηρητή στο έδαφος, ένα ουράνιο τόξο συνήθως μοιάζει με τόξο, μέρος ενός κύκλου, και όσο υψηλότερο είναι το σημείο παρατήρησης, τόσο πληρέστερο είναι (από ένα βουνό ή ένα αεροπλάνο, μπορείτε επίσης να δείτε έναν πλήρη κύκλο). Όταν ο Ήλιος ανατέλλει πάνω από 42 μοίρες πάνω από τον ορίζοντα, το ουράνιο τόξο δεν είναι ορατό από την επιφάνεια της Γης.
Το ουράνιο τόξο προκαλείται από ηλιακό φωςδιαθλάται και ανακλάται από σταγονίδια νερού (βροχή ή ομίχλη) που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα. Αυτά τα σταγονίδια εκτρέπουν το φως διαφορετικών χρωμάτων με διαφορετικούς τρόπους (ο δείκτης διάθλασης του νερού για μεγαλύτερο μήκος κύματος (κόκκινο) φως είναι μικρότερος από ό, τι για το μικρό μήκος κύματος (ιώδες), έτσι το κόκκινο φως εκτρέπεται λιγότερο - κατά 137 ° 30 ", και το βιολετί είναι πιο ισχυρή εκτροπή κατά 139°20"). Ως αποτέλεσμα, το λευκό φως αποσυντίθεται σε ένα φάσμα (εμφανίζεται διασπορά φωτός). Ο παρατηρητής, που στέκεται με την πλάτη του στην πηγή φωτός, βλέπει μια πολύχρωμη λάμψη που προέρχεται από το διάστημα κατά μήκος ομόκεντρων κύκλων (τόξα).
Τις περισσότερες φορές, παρατηρείται ένα πρωτεύον ουράνιο τόξο, στο οποίο το φως υφίσταται μία εσωτερική αντανάκλαση. Η διαδρομή των ακτίνων φαίνεται στο σχήμα πάνω δεξιά. Στο πρωτεύον ουράνιο τόξο, το κόκκινο χρώμα είναι έξω από το τόξο, η γωνιακή του ακτίνα είναι 40-42 °.
Μερικές φορές μπορείτε να δείτε ένα άλλο, λιγότερο φωτεινό ουράνιο τόξο γύρω από το πρώτο. Αυτό είναι ένα δευτερεύον ουράνιο τόξο, το οποίο σχηματίζεται από το φως που αντανακλάται στις σταγόνες δύο φορές. Στο δευτερεύον ουράνιο τόξο, η «ανεστραμμένη» σειρά των χρωμάτων είναι το μωβ στο εξωτερικό και το κόκκινο στο εσωτερικό. Η γωνιακή ακτίνα του δευτερεύοντος ουράνιου τόξου είναι 50-53°. Ο ουρανός ανάμεσα στα δύο ουράνια τόξα είναι συνήθως αισθητά πιο σκοτεινός, αυτή η περιοχή ονομάζεται λωρίδα του Αλέξανδρου.
Η εμφάνιση ενός ουράνιου τόξου τρίτης τάξης σε φυσικές συνθήκες είναι εξαιρετικά σπάνια. Πιστεύεται ότι τα τελευταία 250 χρόνια υπήρξαν μόνο πέντε επιστημονικές αναφορές για την παρατήρηση αυτού του φαινομένου. Ακόμη πιο εκπληκτική είναι η εμφάνιση το 2011 μιας αναφοράς ότι ήταν δυνατό όχι μόνο να παρατηρηθεί ένα ουράνιο τόξο τέταρτης τάξης, αλλά και να καταγραφεί σε μια φωτογραφία. Υπό εργαστηριακές συνθήκες, είναι δυνατό να αποκτηθούν ουράνια τόξα πολύ υψηλότερων τάξεων. Έτσι, σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε το 1998, αναφέρθηκε ότι οι συγγραφείς, χρησιμοποιώντας ακτινοβολία λέιζερ, κατάφεραν να αποκτήσουν ένα ουράνιο τόξο διακοσιοστής τάξης.
Το φως από το πρωτεύον ουράνιο τόξο είναι 96% πολωμένο κατά μήκος της κατεύθυνσης του τόξου. Το φως από το δευτερεύον ουράνιο τόξο είναι 90% πολωμένο.
Σε μια φωτεινή νύχτα με φεγγάρι, μπορείτε επίσης να δείτε ένα ουράνιο τόξο από το φεγγάρι. Επειδή οι υποδοχείς χαμηλού φωτισμού του ανθρώπινου ματιού - οι "ράβδοι" - δεν αντιλαμβάνονται τα χρώματα, φεγγάρι ουράνιο τόξοφαίνεται ασπριδερό? όσο πιο φωτεινό είναι το φως, τόσο πιο «χρωματιστό» είναι το ουράνιο τόξο (στην αντίληψή του περιλαμβάνονται χρωματικοί υποδοχείς – «κώνοι»).
Κάτω από ορισμένες συνθήκες, μπορείτε να δείτε ένα διπλό, ανεστραμμένο ή ακόμη και ένα ουράνιο τόξο. Στην πραγματικότητα, αυτά είναι φαινόμενα μιας άλλης διαδικασίας - της διάθλασης του φωτός σε κρυστάλλους πάγου που είναι διάσπαρτοι στην ατμόσφαιρα, και ανήκουν στο φωτοστέφανο. Για την εμφάνιση ενός ανεστραμμένου ουράνιου τόξου στον ουρανό (τόξο κοντά στο ζενίθ, τόξο ζενίθ - ένας από τους τύπους φωτοστέφανου), συγκεκριμένα καιρός, χαρακτηριστικό των Βορείων και νότιους πόλους. Ένα ανεστραμμένο ουράνιο τόξο σχηματίζεται λόγω της διάθλασης του φωτός που διέρχεται από τα παγάκια μιας λεπτής κουρτίνας από σύννεφα σε ύψος 7 - 8 χιλιάδων μέτρων. Τα χρώματα σε ένα τέτοιο ουράνιο τόξο αντιστρέφονται επίσης: το μωβ είναι στην κορυφή και το κόκκινο είναι στο κάτω μέρος.
Πολικά φώτα
Το Aurora Borealis (Βόρειο Σέλας) είναι η λάμψη (φωταύγεια) των ανώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας των πλανητών με μαγνητόσφαιρα λόγω της αλληλεπίδρασής τους με φορτισμένα σωματίδια του ηλιακού ανέμου.
Σε μια πολύ περιορισμένη περιοχή της ανώτερης ατμόσφαιρας, τα σέλας μπορεί να προκληθούν από χαμηλής ενέργειας φορτισμένα σωματίδια του ηλιακού ανέμου που εισέρχονται στην πολική ιονόσφαιρα μέσω των βόρειων και νότιων πολικών κορυφών. Στο βόρειο ημισφαίριο, το άκρο σέλας μπορεί να παρατηρηθεί πάνω από το Σβάλμπαρντ γύρω στο μεσημέρι.
Στη σύγκρουση των ενεργητικών σωματιδίων της στιβάδας του πλάσματος με ανώτερη ατμόσφαιραυπάρχει διέγερση των ατόμων και των μορίων των αερίων που συνθέτουν τη σύνθεσή του. Η ακτινοβολία των διεγερμένων ατόμων βρίσκεται στο ορατό εύρος και παρατηρείται ως Πολικά φώτα. Τα φάσματα των σέλας εξαρτώνται από τη σύνθεση των ατμοσφαιρών των πλανητών: για παράδειγμα, εάν για τη Γη οι γραμμές εκπομπής διεγερμένου οξυγόνου και αζώτου στην ορατή περιοχή είναι οι φωτεινότερες, τότε για τον Δία, οι γραμμές εκπομπής υδρογόνου στο υπεριώδες .
Δεδομένου ότι ο ιοντισμός από φορτισμένα σωματίδια συμβαίνει πιο αποτελεσματικά στο τέλος της διαδρομής των σωματιδίων και η πυκνότητα της ατμόσφαιρας μειώνεται με την αύξηση του υψομέτρου σύμφωνα με τον βαρομετρικό τύπο, το ύψος της εμφάνισης των σέλας εξαρτάται πολύ έντονα από τις παραμέτρους της ατμόσφαιρας του πλανήτη. Έτσι για τη Γη με τη μάλλον περίπλοκη σύνθεση της ατμόσφαιρας, η κόκκινη λάμψη του οξυγόνου που παρατηρείται σε υψόμετρα 200-400 km, και η κοινή λάμψη αζώτου και οξυγόνου - σε υψόμετρο ~110 km. Επιπλέον, αυτοί οι παράγοντες καθορίζουν επίσης το σχήμα των σέλας - ένα διάχυτο άνω και μάλλον αιχμηρό κάτω όρια.
Τα σέλας παρατηρούνται κυρίως σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και των δύο ημισφαιρίων σε ωοειδείς ζώνες-ζώνες που περιβάλλουν τους μαγνητικούς πόλους της Γης - οβάλ σέλας. Η διάμετρος των ωοειδών σέλας είναι ~ 3000 km κατά τη διάρκεια του ήσυχου Ήλιου, στην πλευρά της ημέρας το όριο της ζώνης απέχει 10-16° από τον μαγνητικό πόλο και στη νυχτερινή πλευρά είναι 20-23°. Δεδομένου ότι οι μαγνητικοί πόλοι της Γης απέχουν ~12° από τους γεωγραφικούς πόλους, τα σέλας παρατηρούνται σε γεωγραφικά πλάτη 67–70°, βόρεια των ορίων της συνήθους εμφάνισής τους. Για παράδειγμα, στο νησί Stewart, το οποίο βρίσκεται μόνο στον παράλληλο 47°, εμφανίζονται τακτικά σέλας. Οι Μαορί τον αποκαλούσαν ακόμη και "Flaming".
Στο φάσμα των σέλας της Γης, η ακτινοβολία των κύριων συστατικών της ατμόσφαιρας, του αζώτου και του οξυγόνου, είναι πιο έντονη, ενώ οι γραμμές εκπομπής τους παρατηρούνται τόσο σε ατομική όσο και σε μοριακή κατάσταση (ουδέτερα μόρια και μοριακά ιόντα). Οι πιο έντονες είναι οι γραμμές εκπομπής ατομικού οξυγόνου και μορίων ιονισμένου αζώτου.
Η λάμψη του οξυγόνου οφείλεται στην εκπομπή διεγερμένων ατόμων σε μετασταθερές καταστάσεις με μήκη κύματος 557,7 nm (πράσινη γραμμή, διάρκεια ζωής 0,74 s) και διπλό 630 και 636,4 nm (κόκκινη περιοχή, διάρκεια ζωής 110 s). Ως αποτέλεσμα, το κόκκινο διπλό εκπέμπεται σε υψόμετρα 150-400 km, όπου, λόγω της υψηλής αραιότητας της ατμόσφαιρας, ο ρυθμός εξαφάνισης των διεγερμένων καταστάσεων κατά τις συγκρούσεις είναι χαμηλός. Τα μόρια ιονισμένου αζώτου εκπέμπουν στα 391,4 nm (κοντά στο υπεριώδες) 427,8 nm (ιώδες) και 522,8 nm (πράσινο). Ωστόσο, κάθε φαινόμενο έχει το δικό του μοναδικό εύρος, λόγω της ασυνέπειας χημική σύνθεσηατμόσφαιρα και καιρικοί παράγοντες.
Το φάσμα των σέλας αλλάζει με το ύψος και ανάλογα με τις γραμμές εκπομπής που επικρατούν στο φάσμα των σέλας, τα σέλας χωρίζονται σε δύο τύπους: σέλας μεγάλου υψομέτρου τύπου Α με κυριαρχία ατομικών γραμμών και σέλας τύπου Β σε σχετικά χαμηλά υψόμετρα ( 80-90 km) με επικράτηση μοριακών γραμμών στο φάσμα λόγω σβέσης από τη σύγκρουση ατομικών διεγερμένων καταστάσεων σε σχετικά πυκνή ατμόσφαιρασε αυτά τα ύψη.
Τα σέλας την άνοιξη και το φθινόπωρο εμφανίζονται πολύ πιο συχνά από ό,τι το χειμώνα και το καλοκαίρι. Η μέγιστη συχνότητα πέφτει στις περιόδους που βρίσκονται πιο κοντά στην εαρινή και φθινοπωρινή ισημερία. Κατά τη διάρκεια του σέλας για λίγοαπελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ενέργειας. Έτσι, για μία από τις διαταραχές που καταγράφηκαν το 2007, απελευθερώθηκαν 5 1014 τζάουλ, περίπου όσο και σε σεισμό μεγέθους 5,5 Ρίχτερ.
Όταν το βλέπουμε από την επιφάνεια της Γης, το σέλας εμφανίζεται ως μια γενική ταχέως μεταβαλλόμενη λάμψη του ουρανού ή κινούμενες ακτίνες, λωρίδες, κορώνες, «κουρτίνες». Η διάρκεια των σέλας κυμαίνεται από δεκάδες λεπτά έως αρκετές ημέρες.
Πιστευόταν ότι τα σέλας στα βόρεια και Νότιο ημισφαίριοείναι συμμετρικά. Ωστόσο, η ταυτόχρονη παρατήρηση του σέλας τον Μάιο του 2001 από το διάστημα από τον βόρειο και τον νότιο πόλο έδειξε ότι το βόρειο και το νότιο φως διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους.
οπτικό ελαφρύ κβαντικό ουράνιο τόξο
συμπέρασμα
Τα φυσικά οπτικά φαινόμενα είναι πολύ όμορφα και ποικίλα. Στην αρχαιότητα, όταν οι άνθρωποι δεν καταλάβαιναν τη φύση τους, τους έδιναν μυστικιστική, μαγική και θρησκευτική σημασία, τους φοβόντουσαν και τους φοβόντουσαν. Αλλά τώρα, όταν μπορούμε ακόμη και να παράγουμε κάθε ένα από τα φαινόμενα με τα χέρια μας σε εργαστηριακές (και μερικές φορές αρκετά χειροποίητες) συνθήκες, η πρωτόγονη φρίκη έχει φύγει και μπορούμε με ευχαρίστηση να παρατηρήσουμε ένα ουράνιο τόξο που αναβοσβήνει στον ουρανό στην καθημερινή ζωή, πηγαίνετε βόρεια να θαυμάσει το βόρειο σέλας και την περιέργεια να παρατηρήσει τον μυστηριώδη αντικατοπτρισμό που άστραψε στην έρημο. Και οι καθρέφτες έχουν γίνει ακόμη πιο σημαντικό μέρος της καθημερινής μας ζωής - τόσο στην καθημερινή ζωή (για παράδειγμα, στο σπίτι, στα αυτοκίνητα, σε βιντεοκάμερες), όσο και σε διάφορα επιστημονικά όργανα: φασματοφωτόμετρα, φασματόμετρα, τηλεσκόπια, λέιζερ, ιατρικό εξοπλισμό.
Παρόμοια Έγγραφα
Τι είναι η οπτική; Τα είδη και ο ρόλος του στην ανάπτυξη της σύγχρονης φυσικής. Φαινόμενα που σχετίζονται με την αντανάκλαση του φωτός. Η εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τη γωνία πρόσπτωσης του φωτός. Προστατευτικά γυαλιά. Φαινόμενα που σχετίζονται με τη διάθλαση του φωτός. Ουράνιο τόξο, αντικατοπτρισμός, σέλας.
περίληψη, προστέθηκε 06/01/2010
Τύποι οπτικών. Η ατμόσφαιρα της γης ως οπτικό σύστημα. Η δυση του ηλιου. Αλλαγή χρώματος ουρανού. Σχηματισμός ουράνιου τόξου, ποικιλία ουράνιων τόξων. Πολικά φώτα. Ο ηλιακός άνεμος ως αιτία των σέλας. Αντικατοπτρισμός. Γρίφοι οπτικών φαινομένων.
θητεία, προστέθηκε 17/01/2007
Απόψεις αρχαίων στοχαστών για τη φύση του φωτός με βάση τις απλούστερες παρατηρήσεις φυσικών φαινομένων. Στοιχεία πρίσματος και οπτικά υλικά. Επίδειξη της επίδρασης των δεικτών διάθλασης του φωτός του υλικού πρίσματος και περιβάλλονστη διάθλαση του φωτός σε ένα πρίσμα.
θητεία, προστέθηκε 26/04/2011
Έρευνα σωματιδιακών και κυματικών θεωριών του φωτός. Μελέτη των συνθηκών για μέγιστα και ελάχιστα του σχεδίου παρεμβολής. Προσθήκη δύο μονοχρωματικών κυμάτων. Το μήκος κύματος και το χρώμα του φωτός που γίνεται αντιληπτό από το μάτι. Εντοπισμός κροσσών παρεμβολής.
περίληψη, προστέθηκε 20/05/2015
Φαινόμενα που σχετίζονται με διάθλαση, διασπορά και παρεμβολή φωτός. Μιράζ μακρινής όρασης. Θεωρία περίθλασης του ουράνιου τόξου. σχηματισμός φωτοστέφανου. Εφέ σκόνης διαμαντιού. Το φαινόμενο του «Brocken vision». Παρατήρηση στον ουρανό της παρηλίας, κορώνες, σέλας.
παρουσίαση, προστέθηκε 14/01/2014
Περίθλαση μηχανικών κυμάτων. Επικοινωνία των φαινομένων της παρεμβολής φωτός στο παράδειγμα του πειράματος του Young. Η αρχή Huygens-Fresnel, η οποία είναι το κύριο αξίωμα της κυματικής θεωρίας, η οποία κατέστησε δυνατή την εξήγηση των φαινομένων περίθλασης. Όρια εφαρμογής γεωμετρικής οπτικής.
παρουσίαση, προστέθηκε 18/11/2014
Θεωρία του φαινομένου. Η περίθλαση είναι ένα σύνολο φαινομένων κατά τη διάδοση του φωτός σε ένα μέσο με έντονες ανομοιογένειες. Εύρεση και μελέτη της συνάρτησης κατανομής της έντασης φωτός κατά την περίθλαση από μια στρογγυλή οπή. Μαθηματικό μοντέλο περίθλασης.
θητεία, προστέθηκε 28/09/2007
Βασικοί νόμοι των οπτικών φαινομένων. Νόμοι ευθύγραμμης διάδοσης, ανάκλασης και διάθλασης φωτός, ανεξαρτησία δέσμης φωτός. Φυσικές αρχές για τη χρήση λέιζερ. Φυσικά φαινόμενα και αρχές μιας κβαντικής γεννήτριας συνεκτικού φωτός.
παρουσίαση, προστέθηκε 18/04/2014
Χαρακτηριστικά της φυσικής των φαινομένων φωτός και κυμάτων. Ανάλυση μερικών ανθρώπινων παρατηρήσεων των ιδιοτήτων του φωτός. Η ουσία των νόμων της γεωμετρικής οπτικής (ευθύγραμμη διάδοση του φωτός, οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός), τα κύρια μεγέθη φωτισμού.
θητεία, προστέθηκε 13/10/2012
Διερεύνηση της περίθλασης, τα φαινόμενα εκτροπής του φωτός από την ευθύγραμμη κατεύθυνση διάδοσης όταν περνάμε κοντά σε εμπόδια. Χαρακτηριστικό των κυμάτων φωτός που κάμπτονται γύρω από τα όρια αδιαφανών σωμάτων και διεισδύουν στο φως στην περιοχή μιας γεωμετρικής σκιάς.
Εισιτήριο νούμερο 1
1. Τι μελετά η φυσική. Μερικοί φυσικοί όροι. Παρατηρήσεις και πειράματα. Φυσικές ποσότητες. Μέτρηση φυσικών μεγεθών. Ακρίβεια και λάθος μετρήσεων.
Η φυσική είναι η επιστήμη των γενικότερων ιδιοτήτων των σωμάτων και των φαινομένων.
Πώς γνωρίζει ένας άνθρωπος τον κόσμο; Πώς ερευνά τα φαινόμενα της φύσης, λαμβάνοντας επιστημονική γνώσηγια αυτόν?
Η πρώτη γνώση από την οποία λαμβάνει ένα άτομο παρατηρήσεις πίσω από τη φύση.
Για να αποκτήσετε τη σωστή γνώση, μερικές φορές η απλή παρατήρηση δεν αρκεί και πρέπει να διεξάγετε πείραμα - ένα ειδικά προετοιμασμένο πείραμα .
Τα πειράματα πραγματοποιούνται από επιστήμονες προσχεδιασμένο σχέδιο με συγκεκριμένο σκοπό .
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων γίνονται μετρήσεις χρησιμοποιώντας ειδικά όργανα φυσικών μεγεθών. Παραδείγματα φυσικές ποσότητες είναι: απόσταση, όγκος, ταχύτητα, θερμοκρασία.
Έτσι, η πηγή της φυσικής γνώσης είναι οι παρατηρήσεις και τα πειράματα.
Οι φυσικοί νόμοι βασίζονται και ελέγχονται σε γεγονότα που τεκμηριώνονται από την εμπειρία. Ένας εξίσου σημαντικός τρόπος γνώσης θεωρητική περιγραφή του φαινομένου . Φυσικές θεωρίεςμας επιτρέπουν να εξηγήσουμε γνωστά φαινόμενα και να προβλέψουμε νέα που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί.
Οι αλλαγές που συμβαίνουν στα σώματα ονομάζονται φυσικά φαινόμενα.
Τα φυσικά φαινόμενα χωρίζονται σε διάφορους τύπους.
Τύποι φυσικών φαινομένων:
1. Μηχανικά φαινόμενα (για παράδειγμα, κίνηση αυτοκινήτων, αεροπλάνων, ουράνιων σωμάτων, ροή ρευστού).
2. Ηλεκτρικά φαινόμενα (για παράδειγμα, ηλεκτρική ενέργεια, αγωγοί θέρμανσης με ρεύμα, ηλεκτροδότηση σωμάτων).
3. Μαγνητικά φαινόμενα (για παράδειγμα, η επίδραση των μαγνητών στο σίδηρο, η επίδραση του μαγνητικού πεδίου της Γης σε μια βελόνα πυξίδας).
4. Οπτικά φαινόμενα (για παράδειγμα, η ανάκλαση του φωτός από τους καθρέφτες, η εκπομπή φωτεινών ακτίνων από διάφορες πηγές φωτός).
5. Θερμικά φαινόμενα (λιώσιμο πάγου, βρασμός νερού, θερμική διαστολή σωμάτων).
6. Ατομικά φαινόμενα (για παράδειγμα, η λειτουργία πυρηνικών αντιδραστήρων, η αποσύνθεση των πυρήνων, διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στα αστέρια).
7. Ήχοςφαινόμενα (κουδούνι, μουσική, βροντή, θόρυβος).
Φυσικοί όροιείναι ειδικές λέξεις που χρησιμοποιούνται στη φυσική για συντομία, βεβαιότητα και ευκολία.
Φυσικό σώμαείναι κάθε αντικείμενο που μας περιβάλλει. (Προβολή φυσικά σώματα: στυλό, βιβλίο, γραφείο)
ΟυσίαΕίναι όλα από τα οποία αποτελούνται τα φυσικά σώματα. (Εμφάνιση φυσικών σωμάτων που αποτελούνται από διαφορετικές ουσίες)
Υληείναι όλα όσα υπάρχουν στο σύμπαν ανεξάρτητα από τη συνείδησή μας ( ουράνια σώματα, φυτά, ζώα κ.λπ.)
φυσικά φαινόμεναείναι αλλαγές που συμβαίνουν στα φυσικά σώματα.
Φυσικές ποσότητεςείναι οι μετρήσιμες ιδιότητες των σωμάτων ή των φαινομένων.
Φυσικά Όργανα- Πρόκειται για ειδικές συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για τη μέτρηση φυσικών μεγεθών και τη διεξαγωγή πειραμάτων.
Φυσικές ποσότητες:
ύψος h, μάζα m, διαδρομή s, ταχύτητα v, χρόνος t, θερμοκρασία t, όγκος V, κ.λπ.
Μονάδες μέτρησης φυσικών μεγεθών:
Διεθνές σύστημα μονάδων SI:
(διεθνές σύστημα)
Κύριος:
Μήκος - 1 m - (μέτρο)
Χρόνος - 1 δευτ. - (δευτερόλεπτο)
Βάρος - 1 κιλό - (κιλό)
Παράγωγα:
Όγκος - 1 m³ - (κυβικό μέτρο)
Ταχύτητα - 1 m/s - (μέτρο ανά δευτερόλεπτο)
Σε αυτή την έκφραση:
ο αριθμός 10 είναι η αριθμητική τιμή του χρόνου,
το γράμμα "s" είναι συντομογραφία της μονάδας χρόνου (δευτερόλεπτα),
και ο συνδυασμός των 10 s είναι η χρονική τιμή.
Προθέματα στα ονόματα των μονάδων:
Για να είναι πιο βολική η μέτρηση φυσικών μεγεθών, εκτός από τις βασικές μονάδες, χρησιμοποιούνται πολλαπλές μονάδες, οι οποίες είναι 10, 100, 1000 κ.λπ. πιο βασικά
g - hecto (×100) k - kilo (× 1000) M - mega (× 1000 000)
1 km (χιλιόμετρο) 1 kg (κιλό)
1 km = 1000 m = 10³ m 1 kg = 1000 g = 10³ g
Τα φυσικά σώματα είναι «δρώντες» φυσικών φαινομένων. Ας γνωρίσουμε μερικά από αυτά.
μηχανικά φαινόμενα
Μηχανικά φαινόμενα είναι η κίνηση των σωμάτων (Εικ. 1.3) και η δράση τους μεταξύ τους, για παράδειγμα, απώθηση ή έλξη. Η δράση των σωμάτων μεταξύ τους ονομάζεται αλληλεπίδραση.
Με τα μηχανικά φαινόμενα θα εξοικειωθούμε αναλυτικότερα αυτή την ακαδημαϊκή χρονιά.
Ρύζι. 1.3. Παραδείγματα μηχανικών φαινομένων: κίνηση και αλληλεπίδραση σωμάτων κατά τη διάρκεια αθλητικών αγώνων (α, β. γ). η κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο και η περιστροφή της γύρω από τον άξονά της (r)
ηχητικά φαινόμενα
Τα ηχητικά φαινόμενα, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι φαινόμενα που συνδέονται με τον ήχο. Αυτά περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, τη διάδοση του ήχου στον αέρα ή το νερό, καθώς και την αντανάκλαση του ήχου από διάφορα εμπόδια - ας πούμε, βουνά ή κτίρια. Όταν αντανακλάται ο ήχος, παράγεται μια γνώριμη ηχώ.
θερμικά φαινόμενα
Θερμικά φαινόμενα είναι η θέρμανση και η ψύξη των σωμάτων, καθώς και, για παράδειγμα, η εξάτμιση (μετατροπή ενός υγρού σε ατμό) και η τήξη (μετατροπή ενός στερεού σε υγρό).
Τα θερμικά φαινόμενα είναι εξαιρετικά διαδεδομένα: για παράδειγμα, προκαλούν τον κύκλο του νερού στη φύση (Εικ. 1.4).
Ρύζι. 1.4. Ο κύκλος του νερού στη φύση
Το νερό των ωκεανών και των θαλασσών που θερμαίνονται από τις ακτίνες του ήλιου εξατμίζεται. Ανεβαίνοντας, ο ατμός ψύχεται, μετατρέποντας σε σταγονίδια νερού ή σε κρυστάλλους πάγου. Σχηματίζουν σύννεφα από τα οποία το νερό επιστρέφει στη Γη με τη μορφή βροχής ή χιονιού.
Το πραγματικό «εργαστήριο» των θερμικών φαινομένων είναι η κουζίνα: αν η σούπα μαγειρεύεται στη σόμπα, αν βράζει νερό σε βραστήρα, αν τα τρόφιμα είναι παγωμένα στο ψυγείο - όλα αυτά είναι παραδείγματα θερμικών φαινομένων.
Τα θερμικά φαινόμενα καθορίζουν επίσης τη λειτουργία ενός κινητήρα αυτοκινήτου: όταν καίγεται βενζίνη, σχηματίζεται ένα πολύ καυτό αέριο που σπρώχνει ένα έμβολο (ένα μέρος του κινητήρα). Και η κίνηση του εμβόλου μέσω ειδικών μηχανισμών μεταδίδεται στους τροχούς του αυτοκινήτου.
Ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα
Το πιο εντυπωσιακό (με την κυριολεκτική έννοια της λέξης) παράδειγμα ηλεκτρικού φαινομένου είναι ο κεραυνός (Εικ. 1.5, α). Ο ηλεκτρικός φωτισμός και η ηλεκτρική μεταφορά (Εικ. 1.5, β) κατέστη δυνατή μέσω της χρήσης ηλεκτρικών φαινομένων. Παραδείγματα μαγνητικών φαινομένων είναι η έλξη αντικειμένων από σίδηρο και χάλυβα από μόνιμους μαγνήτες, καθώς και η αλληλεπίδραση μόνιμων μαγνητών.
Ρύζι. 1.5. Ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα και χρήσεις τους
Η βελόνα της πυξίδας (Εικ. 1.5, γ) γυρίζει έτσι ώστε το «βόρειο» άκρο της να δείχνει βόρεια ακριβώς επειδή η βελόνα είναι ένας μικρός μόνιμος μαγνήτης και η Γη είναι ένας τεράστιος μαγνήτης. Το βόρειο σέλας (Εικ. 1.5, δ) προκαλείται από το γεγονός ότι τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια που πετούν από το διάστημα αλληλεπιδρούν με τη Γη όπως με έναν μαγνήτη. Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα καθορίζουν τη λειτουργία τηλεοράσεων και υπολογιστών (Εικ. 1.5, ε, στ).
οπτικά φαινόμενα
Όπου κι αν κοιτάξουμε, θα δούμε παντού οπτικά φαινόμενα (Εικ. 1.6). Αυτά είναι φαινόμενα που σχετίζονται με το φως.
Ένα παράδειγμα οπτικού φαινομένου είναι η ανάκλαση του φωτός από διάφορα αντικείμενα. Ακτίνες φωτός που αντανακλώνται από αντικείμενα εισέρχονται στα μάτια μας, χάρη στις οποίες βλέπουμε αυτά τα αντικείμενα.
Ρύζι. 1.6. Παραδείγματα οπτικών φαινομένων: Ο ήλιος εκπέμπει φως (a); Το φεγγάρι αντανακλά το φως του ήλιου (β). αντανακλούν ιδιαίτερα καλά το φως του καθρέφτη (γ). ένα από τα πιο όμορφα οπτικά φαινόμενα - ένα ουράνιο τόξο (δ)
Η δυναμική αλλαγή είναι ενσωματωμένη στην ίδια τη φύση. Όλα αλλάζουν με τον ένα ή τον άλλο τρόπο κάθε στιγμή. Αν κοιτάξετε προσεκτικά, θα βρείτε εκατοντάδες παραδείγματα φυσικών και χημικά φαινόμενα, που είναι αρκετά φυσικοί μετασχηματισμοί.
Η αλλαγή είναι η μόνη σταθερά στο σύμπαν
Κατά ειρωνικό τρόπο, η αλλαγή είναι η μόνη σταθερά στο σύμπαν μας. Για την κατανόηση των φυσικών και χημικών φαινομένων (παραδείγματα στη φύση βρίσκονται σε κάθε στροφή), συνηθίζεται να ταξινομούνται σε τύπους, ανάλογα με τη φύση του τελικού αποτελέσματος που προκαλούνται από αυτά. Υπάρχουν φυσικές, χημικές και μικτές αλλαγές, που περιέχουν και την πρώτη και τη δεύτερη.
Φυσικά και χημικά φαινόμενα: παραδείγματα και νόημα
Τι είναι ένα φυσικό φαινόμενο; Οποιεσδήποτε αλλαγές συμβαίνουν σε μια ουσία χωρίς να αλλάζει η χημική της σύνθεση είναι φυσικές. Χαρακτηρίζονται από αλλαγές στις φυσικές ιδιότητες και την υλική κατάσταση (στερεό, υγρό ή αέριο), την πυκνότητα, τη θερμοκρασία, τον όγκο, που συμβαίνουν χωρίς να αλλάζουν τη θεμελιώδη χημική δομή του. Δεν υπάρχει δημιουργία νέων χημικών προϊόντων ή αλλαγές στη συνολική μάζα. Επιπλέον, αυτού του είδους η αλλαγή είναι συνήθως προσωρινή και σε ορισμένες περιπτώσεις εντελώς αναστρέψιμη.
Όταν αναμιγνύετε χημικές ουσίες στο εργαστήριο, μπορείτε εύκολα να δείτε την αντίδραση, αλλά συμβαίνουν πολλά στον κόσμο γύρω σας. χημικές αντιδράσειςκάθε μέρα. Μια χημική αντίδραση αλλάζει τα μόρια, ενώ μια φυσική αλλαγή μόνο τα αναδιατάσσει. Για παράδειγμα, αν πάρουμε αέριο χλώριο και μεταλλικό νάτριο και τα συνδυάσουμε, παίρνουμε επιτραπέζιο αλάτι. Η ουσία που προκύπτει είναι πολύ διαφορετική από οποιοδήποτε από τα συστατικά της. Αυτή είναι μια χημική αντίδραση. Αν στη συνέχεια διαλύσουμε αυτό το αλάτι στο νερό, απλά ανακατεύουμε τα μόρια του αλατιού με τα μόρια του νερού. Δεν υπάρχει καμία αλλαγή σε αυτά τα σωματίδια, είναι ένας φυσικός μετασχηματισμός.
Παραδείγματα φυσικών αλλαγών
Όλα αποτελούνται από άτομα. Όταν τα άτομα συνδυάζονται, σχηματίζονται διαφορετικά μόρια. Οι διαφορετικές ιδιότητες που κληρονομούν τα αντικείμενα είναι αποτέλεσμα διαφορετικών μοριακών ή ατομικών δομών. Οι κύριες ιδιότητες ενός αντικειμένου εξαρτώνται από τη μοριακή του διάταξη. Οι φυσικές αλλαγές συμβαίνουν χωρίς αλλαγή της μοριακής ή ατομικής δομής των αντικειμένων. Απλώς μεταμορφώνουν την κατάσταση ενός αντικειμένου χωρίς να αλλάζουν τη φύση του. Η τήξη, η συμπύκνωση, η αλλαγή όγκου και η εξάτμιση είναι παραδείγματα φυσικών φαινομένων.
Πρόσθετα παραδείγματα φυσικών αλλαγών: μέταλλο που διαστέλλεται όταν θερμαίνεται, μετάδοση ήχου μέσω του αέρα, παγώνει το νερό σε πάγο το χειμώνα, σύρεται χαλκός σε σύρματα, σχηματίζεται άργιλος σε διάφορα αντικείμενα, λιώνει παγωτό σε υγρό, θέρμανση μετάλλου και αλλαγή σε άλλη μορφή, ιώδιο εξάχνωση κατά τη θέρμανση, πτώση οποιουδήποτε αντικειμένου υπό την επίδραση της βαρύτητας, το μελάνι απορροφάται από κιμωλία, μαγνήτιση σιδερένιων καρφιών, χιονάνθρωπος που λιώνει στον ήλιο, φωτεινοί λαμπτήρες πυρακτώσεως, μαγνητική αιώρηση αντικειμένου.
Πώς να διακρίνετε μεταξύ φυσικών και χημικών αλλαγών;
Πολλά παραδείγματα χημικών και φυσικών φαινομένων μπορούν να βρεθούν στη ζωή. Συχνά είναι δύσκολο να διακρίνει κανείς τη διαφορά μεταξύ των δύο, ειδικά όταν και τα δύο μπορούν να συμβούν ταυτόχρονα. Για να αναγνωρίσετε τις φυσικές αλλαγές, κάντε τις ακόλουθες ερωτήσεις:
- Είναι η κατάσταση της κατάστασης ενός αντικειμένου αλλαγή (αέριο, στερεό και υγρό);
- Είναι η αλλαγή μια καθαρά περιορισμένη φυσική παράμετρος ή χαρακτηριστικό, όπως η πυκνότητα, το σχήμα, η θερμοκρασία ή ο όγκος;
- Είναι η χημική φύση ενός αντικειμένου μια αλλαγή;
- Υπάρχουν χημικές αντιδράσεις που οδηγούν στη δημιουργία νέων προϊόντων;
Εάν η απάντηση σε μία από τις δύο πρώτες ερωτήσεις είναι ναι και δεν υπάρχουν απαντήσεις στις επόμενες ερωτήσεις, πιθανότατα πρόκειται για φυσικό φαινόμενο. Αντίθετα, αν η απάντηση σε κάποιο από τα δύο τελευταίες ερωτήσειςθετικό, ενώ τα δύο πρώτα είναι αρνητικά, είναι σίγουρα χημικό φαινόμενο. Το κόλπο είναι απλώς να παρατηρείς και να αναλύεις καθαρά αυτό που βλέπεις.
Παραδείγματα χημικών αντιδράσεων στην καθημερινή ζωή
Η χημεία λαμβάνει χώρα στον κόσμο γύρω σας, όχι μόνο στο εργαστήριο. Η ύλη αλληλεπιδρά για να σχηματίσει νέα προϊόντα μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται χημική αντίδραση ή χημική αλλαγή. Κάθε φορά που μαγειρεύετε ή καθαρίζετε, είναι η χημεία σε δράση. Το σώμα σας ζει και αναπτύσσεται μέσω χημικών αντιδράσεων. Υπάρχουν αντιδράσεις όταν παίρνεις φάρμακο, ανάβεις σπίρτο και αναστενάζεις. Εδώ είναι 10 χημικές αντιδράσεις στην καθημερινή ζωή. Αυτή είναι μόνο μια μικρή επιλογή από εκείνα τα παραδείγματα φυσικών και χημικών φαινομένων στη ζωή που βλέπετε και βιώνετε πολλές φορές κάθε μέρα:
- Φωτοσύνθεση. Η χλωροφύλλη στα φύλλα των φυτών μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε γλυκόζη και οξυγόνο. Είναι μια από τις πιο κοινές καθημερινές χημικές αντιδράσεις, και επίσης μια από τις πιο σημαντικές γιατί τα φυτά παράγουν τροφή για τα ίδια και τα ζώα και μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο.
- Η αερόβια κυτταρική αναπνοή είναι μια αντίδραση με το οξυγόνο στα ανθρώπινα κύτταρα. Η αερόβια κυτταρική αναπνοή είναι η αντίθετη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η διαφορά είναι ότι τα μόρια ενέργειας συνδυάζονται με το οξυγόνο που αναπνέουμε για να απελευθερώσουν την ενέργεια που χρειάζονται τα κύτταρά μας, καθώς και διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Η ενέργεια που χρησιμοποιείται από τα κύτταρα είναι χημική ενέργεια με τη μορφή ATP.
- Αναερόβια αναπνοή. Η αναερόβια αναπνοή παράγει κρασί και άλλα τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση. Τα μυϊκά σας κύτταρα εκτελούν αναερόβια αναπνοή όταν ξεμείνετε από οξυγόνο, όπως κατά τη διάρκεια έντονης ή παρατεταμένης άσκησης. Η αναερόβια αναπνοή από μαγιά και βακτήρια χρησιμοποιείται για ζύμωση για την παραγωγή αιθανόλης, διοξειδίου του άνθρακα και άλλων χημικών ουσιών που παράγουν τυρί, κρασί, μπύρα, γιαούρτι, ψωμί και πολλά άλλα κοινά τρόφιμα.
- Η καύση είναι ένας τύπος χημικής αντίδρασης. Αυτή είναι μια χημική αντίδραση στην καθημερινή ζωή. Κάθε φορά που ανάβετε ένα σπίρτο ή ένα κερί, ανάβετε φωτιά, βλέπετε μια αντίδραση καύσης. Η αποτέφρωση συνδυάζει μόρια ενέργειας με οξυγόνο για την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και νερού.
- Η σκουριά είναι μια κοινή χημική αντίδραση. Με την πάροδο του χρόνου, ο σίδηρος αναπτύσσει μια κόκκινη, λεπιώδη επίστρωση που ονομάζεται σκουριά. Αυτό είναι ένα παράδειγμα αντίδρασης οξείδωσης. Άλλα καθημερινά παραδείγματα περιλαμβάνουν το σχηματισμό λάχανου σε χαλκό και το αμαύρωση του ασημιού.
- Η ανάμειξη χημικών προκαλεί χημικές αντιδράσεις. Το μπέικιν πάουντερ και η μαγειρική σόδα εκτελούν παρόμοιες λειτουργίες στο ψήσιμο, αλλά αντιδρούν διαφορετικά σε άλλα συστατικά, επομένως δεν μπορείτε πάντα να τα ανταλλάξετε. Εάν συνδυάσετε ξύδι και μαγειρική σόδα για ένα χημικό «ηφαίστειο» ή γάλα με μπέικιν πάουντερ σε μια συνταγή, αντιμετωπίζετε μια αντίδραση διπλής προκατάληψης ή μετάθεσης (συν μερικές άλλες). Τα συστατικά ανασυνδυάζονται για να παράγουν αέριο διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Το διοξείδιο του άνθρακα σχηματίζει φυσαλίδες και βοηθά τα αρτοσκευάσματα να «μεγαλώσουν». Αυτές οι αντιδράσεις φαίνονται απλές στην πράξη, αλλά συχνά περιλαμβάνουν πολλαπλά βήματα.
- Οι μπαταρίες είναι παραδείγματα ηλεκτροχημείας. Οι μπαταρίες χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές ή οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις για να μετατρέψουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
- Πέψη. Χιλιάδες χημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια της πέψης. Μόλις βάλετε τροφή στο στόμα σας, ένα ένζυμο στο σάλιο σας που ονομάζεται αμυλάση αρχίζει να διασπά τα σάκχαρα και τους άλλους υδατάνθρακες σε απλούστερες μορφές που μπορεί να απορροφήσει το σώμα σας. Το υδροχλωρικό οξύ στο στομάχι σας αντιδρά με την τροφή για να το διασπάσει και τα ένζυμα διασπούν τις πρωτεΐνες και τα λίπη, ώστε να μπορούν να απορροφηθούν στην κυκλοφορία του αίματος μέσω του εντερικού τοιχώματος.
- Αντιδράσεις οξέος-βάσης. Κάθε φορά που αναμιγνύετε ένα οξύ (π.χ. ξύδι, χυμό λεμονιού, θειικό οξύ, υδροχλωρικό οξύ) με ένα αλκάλιο (π.χ. μαγειρική σόδα, σαπούνι, αμμωνία, ακετόνη), εκτελείτε μια αντίδραση οξέος-βάσης. Αυτές οι διαδικασίες εξουδετερώνουν η μία την άλλη, παράγοντας αλάτι και νερό. Το χλωριούχο νάτριο δεν είναι το μόνο άλας που μπορεί να σχηματιστεί. Για παράδειγμα, εδώ είναι η χημική εξίσωση για μια αντίδραση οξέος-βάσης που παράγει χλωριούχο κάλιο, ένα κοινό υποκατάστατο για το επιτραπέζιο αλάτι: HCl + KOH → KCl + H 2 O.
- Σαπούνι και απορρυπαντικά. Καθαρίζονται με χημικές αντιδράσεις. Το σαπούνι γαλακτωματοποιεί τη βρωμιά, πράγμα που σημαίνει ότι οι λιπαροί λεκέδες συνδέονται με το σαπούνι έτσι ώστε να μπορούν να αφαιρεθούν με νερό. Απορρυπαντικάμειώστε την επιφανειακή τάση του νερού, ώστε να μπορούν να αλληλεπιδράσουν με έλαια, να τα απομονώσουν και να τα ξεπλύνουν.
- Χημικές αντιδράσεις στην παρασκευή τροφίμων. Η μαγειρική είναι ένα μεγάλο πρακτικό πείραμα χημείας. Το μαγείρεμα χρησιμοποιεί θερμότητα για να προκαλέσει χημικές αλλαγέςστο φαγητό. Για παράδειγμα, όταν βράζετε ένα αυγό σκληρά, το υδρόθειο που παράγεται από τη θέρμανση του ασπράδιου μπορεί να αντιδράσει με το σίδηρο από τον κρόκο του αυγού, σχηματίζοντας έναν γκριζοπράσινο δακτύλιο γύρω από τον κρόκο. Όταν μαγειρεύετε κρέας ή ψημένα προϊόντα, η αντίδραση Maillard μεταξύ αμινοξέων και σακχάρων δίνει καφέ χρώμακαι την επιθυμητή γεύση.
Άλλα παραδείγματα χημικών και φυσικών φαινομένων
Φυσικές ιδιότητεςπεριγράφουν χαρακτηριστικά που δεν αλλάζουν την ουσία. Για παράδειγμα, μπορείτε να αλλάξετε το χρώμα του χαρτιού, αλλά εξακολουθεί να είναι χαρτί. Μπορείτε να βράσετε νερό, αλλά όταν μαζεύετε και συμπυκνώνετε τον ατμό, είναι ακόμα νερό. Μπορείτε να προσδιορίσετε τη μάζα ενός φύλλου χαρτιού και είναι ακόμα χαρτί.
Οι χημικές ιδιότητες είναι εκείνες που δείχνουν πώς μια ουσία αντιδρά ή δεν αντιδρά με άλλες ουσίες. Όταν το μέταλλο νατρίου τοποθετείται σε νερό, αντιδρά βίαια για να σχηματίσει υδροξείδιο του νατρίου και υδρογόνο. Παράγεται επαρκής θερμότητα από το υδρογόνο που διαφεύγει στη φλόγα αντιδρώντας με το οξυγόνο του αέρα. Από την άλλη πλευρά, όταν βάζετε ένα κομμάτι χαλκού μετάλλου στο νερό, δεν υπάρχει καμία αντίδραση. Άρα η χημική ιδιότητα του νατρίου είναι ότι αντιδρά με το νερό, αλλά η χημική ιδιότητα του χαλκού είναι ότι δεν αντιδρά.
Ποια άλλα παραδείγματα χημικών και φυσικών φαινομένων μπορούν να δοθούν; Οι χημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα πάντα μεταξύ ηλεκτρονίων στα κελύφη σθένους των ατόμων των στοιχείων του περιοδικού πίνακα. Φυσικά φαινόμενα σε χαμηλά επίπεδα επίπεδα ενέργειαςπεριλαμβάνουν απλώς μηχανικές αλληλεπιδράσεις - τυχαίες συγκρούσεις ατόμων χωρίς χημικές αντιδράσεις, όπως άτομα ή μόρια αερίου. Όταν οι ενέργειες σύγκρουσης είναι πολύ υψηλές, η ακεραιότητα του πυρήνα των ατόμων σπάει, οδηγώντας σε διαίρεση ή σύντηξη των εμπλεκόμενων ειδών. Η αυθόρμητη ραδιενεργή διάσπαση θεωρείται συνήθως φυσικό φαινόμενο.
Ένα άτομο αντιμετωπίζει συνεχώς ελαφρά φαινόμενα. Όλα όσα συνδέονται με την εμφάνιση του φωτός, τη διάδοσή του και την αλληλεπίδρασή του με την ύλη, ονομάζονται φωτεινά φαινόμενα. Ζωντανά παραδείγματα οπτικών φαινομένων μπορεί να είναι: ένα ουράνιο τόξο μετά τη βροχή, ο κεραυνός κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, η λάμψη των αστεριών στον νυχτερινό ουρανό, το παιχνίδι του φωτός σε ένα ρεύμα νερού, η μεταβλητότητα του ωκεανού και του ουρανού και πολλά άλλα.
Οι μαθητές λαμβάνουν μια επιστημονική εξήγηση των φυσικών φαινομένων και οπτικών παραδειγμάτων στην 7η τάξη, όταν αρχίζουν να σπουδάζουν φυσική. Για πολλούς, η οπτική θα γίνει το πιο συναρπαστικό και μυστηριώδες τμήμα σχολικό πρόγραμμα σπουδώνη φυσικη.
Τι βλέπει το άτομο;
Τα ανθρώπινα μάτια είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να αντιληφθεί μόνο τα χρώματα του ουράνιου τόξου. Σήμερα είναι ήδη γνωστό ότι το φάσμα του ουράνιου τόξου δεν περιορίζεται στο κόκκινο στη μία πλευρά και στο μωβ από την άλλη. Το κόκκινο ακολουθείται από το υπέρυθρο και το βιολετί ακολουθεί το υπεριώδες. Πολλά ζώα και έντομα μπορούν να δουν αυτά τα χρώματα, αλλά δυστυχώς οι άνθρωποι δεν μπορούν. Αλλά από την άλλη πλευρά, ένα άτομο μπορεί να δημιουργήσει συσκευές που λαμβάνουν και εκπέμπουν κύματα φωτός του κατάλληλου μήκους.
διάθλαση των ακτίνων
Το ορατό φως είναι ένα ουράνιο τόξο χρωμάτων και το λευκό φως, όπως το ηλιακό φως, είναι ένας απλός συνδυασμός αυτών των χρωμάτων. Εάν τοποθετήσετε ένα πρίσμα σε μια δέσμη φωτεινού λευκού φωτός, θα χωριστεί σε χρώματα ή κύματα. διαφορετικά μήκη, από το οποίο αποτελείται. Πρώτα έρχεται το κόκκινο με το μεγαλύτερο μήκος κύματος, μετά το πορτοκαλί, το κίτρινο, το πράσινο, το μπλε και τέλος το ιώδες, που έχει το μικρότερο μήκος κύματος στο ορατό φως.
Αν πάρετε ένα άλλο πρίσμα για να πιάσετε το φως του ουράνιου τόξου και να το γυρίσετε ανάποδα, θα συνδυάσει όλα τα χρώματα σε λευκό. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα οπτικών φαινομένων στη φυσική, ας εξετάσουμε μερικά από αυτά.
Γιατί ο ουρανός είναι μπλε;
Οι νέοι γονείς συχνά μπερδεύονται με τις πιο απλές, με την πρώτη ματιά, ερωτήσεις του μικρού τους γιατί. Μερικές φορές είναι το πιο δύσκολο να απαντηθούν. Σχεδόν όλα τα παραδείγματα οπτικών φαινομένων στη φύση μπορούν να εξηγηθούν από τη σύγχρονη επιστήμη.
Το φως του ήλιου που φωτίζει τον ουρανό κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι λευκό, πράγμα που σημαίνει ότι, θεωρητικά, ο ουρανός πρέπει να είναι και φωτεινός λευκός. Για να φαίνεται μπλε, είναι απαραίτητες κάποιες διεργασίες με το φως τη στιγμή της διέλευσης του από την ατμόσφαιρα της Γης. Να τι συμβαίνει: μέρος του φωτός διέρχεται από τον ελεύθερο χώρο μεταξύ των μορίων αερίου στην ατμόσφαιρα, φτάνοντας η επιφάνεια της γηςκαι παραμένοντας το ίδιο λευκό χρώμα όπως στην αρχή του ταξιδιού. Όμως το ηλιακό φως χτυπά μόρια αερίου, τα οποία, όπως και το οξυγόνο, απορροφώνται και στη συνέχεια διασκορπίζονται προς όλες τις κατευθύνσεις.
Τα άτομα στα μόρια του αερίου ενεργοποιούνται από το απορροφούμενο φως και εκπέμπουν ξανά φωτόνια φωτός σε κύματα διάφορα μήκη- από κόκκινο σε μοβ. Έτσι, ένα μέρος του φωτός πηγαίνει στη γη, το υπόλοιπο πηγαίνει πίσω στον ήλιο. Η φωτεινότητα του εκπεμπόμενου φωτός εξαρτάται από το χρώμα. Οκτώ φωτόνια μπλε φωτός απελευθερώνονται για κάθε φωτόνιο κόκκινου. Επομένως, το μπλε φως είναι οκτώ φορές πιο φωτεινό από το κόκκινο. Έντονο μπλε φως εκπέμπεται από όλες τις κατευθύνσεις από δισεκατομμύρια μόρια αερίου και φτάνει στα μάτια μας.
πολύχρωμη καμάρα
Μια φορά κι έναν καιρό, οι άνθρωποι νόμιζαν ότι τα ουράνια τόξα ήταν σημάδια που τους έστελναν οι θεοί. Πράγματι, όμορφες πολύχρωμες κορδέλες εμφανίζονται πάντα στον ουρανό από το πουθενά, και μετά εξαφανίζονται εξίσου μυστηριωδώς. Σήμερα γνωρίζουμε ότι το ουράνιο τόξο είναι ένα από τα παραδείγματα οπτικών φαινομένων στη φυσική, αλλά δεν σταματάμε να το θαυμάζουμε κάθε φορά που το βλέπουμε στον ουρανό. Το ενδιαφέρον είναι ότι κάθε παρατηρητής βλέπει ένα διαφορετικό ουράνιο τόξο, που δημιουργείται από ακτίνες φωτός που προέρχονται από πίσω του και από σταγόνες βροχής μπροστά του.
Από τι είναι φτιαγμένα τα ουράνια τόξα;
Η συνταγή για αυτά τα οπτικά φαινόμενα στη φύση είναι απλή: σταγονίδια νερού στον αέρα, φως και ένας παρατηρητής. Δεν αρκεί όμως να εμφανίζεται ο ήλιος κατά τη διάρκεια της βροχής. Θα πρέπει να είναι χαμηλό και ο παρατηρητής πρέπει να στέκεται έτσι ώστε ο ήλιος να είναι πίσω του και να κοιτάζει το μέρος όπου βρέχει ή απλώς βρέχει.
Μια ηλιαχτίδα που έρχεται από το μακρινό διάστημα προσπερνά μια σταγόνα βροχής. Λειτουργώντας σαν πρίσμα, η σταγόνα της βροχής διαθλά κάθε χρώμα που κρύβεται στο λευκό φως. Έτσι, όταν μια λευκή ακτίνα περνά μέσα από μια σταγόνα βροχής, ξαφνικά χωρίζεται σε όμορφες πολύχρωμες ακτίνες. Μέσα στη σταγόνα χτυπούν το εσωτερικό τοίχωμα της σταγόνας, που λειτουργεί σαν καθρέφτης και οι ακτίνες αντανακλώνται προς την ίδια κατεύθυνση από την οποία εισήλθαν στη σταγόνα.
Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα ουράνιο τόξο χρωμάτων που αψιδώνεται στον ουρανό - το φως λυγίζει και αντανακλάται από εκατομμύρια μικροσκοπικές σταγόνες βροχής. Μπορούν να λειτουργήσουν σαν μικρά πρίσματα, χωρίζοντας το λευκό φως σε ένα φάσμα χρωμάτων. Αλλά η βροχή δεν είναι πάντα απαραίτητη για να δεις ένα ουράνιο τόξο. Το φως μπορεί επίσης να διαθλαστεί από ομίχλη ή αναθυμιάσεις από τη θάλασσα.
Τι χρώμα έχει το νερό;
Η απάντηση είναι προφανής - το νερό έχει μπλε χρώμα. Εάν ρίξετε καθαρό νερό σε ένα ποτήρι, όλοι θα δουν τη διαφάνειά του. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχει πολύ λίγο νερό στο ποτήρι και το χρώμα του είναι πολύ χλωμό για να το δείτε.
Όταν γεμίζετε ένα μεγάλο γυάλινο δοχείο, μπορείτε να δείτε τη φυσική μπλε απόχρωση του νερού. Το χρώμα του εξαρτάται από το πώς τα μόρια του νερού απορροφούν ή αντανακλούν το φως. Το λευκό φως αποτελείται από ένα ουράνιο τόξο χρωμάτων και τα μόρια του νερού απορροφούν τα περισσότερα από τα κόκκινα έως πράσινα χρώματα που περνούν μέσα από αυτά. Και το μπλε μέρος αντανακλάται πίσω. Έτσι βλέπουμε μπλε.
Ανατολή και ηλιοβασίλεμα
Αυτά είναι επίσης παραδείγματα οπτικών φαινομένων που παρατηρεί ένας άνθρωπος καθημερινά. Όταν ο ήλιος ανατέλλει και δύει, κατευθύνει τις ακτίνες του υπό γωνία προς το σημείο που βρίσκεται ο παρατηρητής. Έχουν μακρύτερη διαδρομή από όταν ο ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του.
Τα στρώματα αέρα πάνω από την επιφάνεια της Γης περιέχουν συχνά πολλή σκόνη ή μικροσκοπικά σωματίδια υγρασίας. Οι ακτίνες του ήλιου περνούν υπό γωνία ως προς την επιφάνεια και φιλτράρονται. Οι κόκκινες ακτίνες έχουν το μεγαλύτερο μήκος κύματος ακτινοβολίας και ως εκ τούτου κατευθύνονται προς το έδαφος πιο εύκολα από τις μπλε ακτίνες, οι οποίες έχουν σύντομα κύματα που χτυπιούνται από σωματίδια σκόνης και νερού. Επομένως, κατά τη διάρκεια της πρωινής και βραδινής αυγής, ένα άτομο παρατηρεί μόνο ένα μέρος του ακτίνες ηλίουπου φτάνουν στο έδαφος, δηλαδή τα κόκκινα.
έκθεση φωτός του πλανήτη
Ένα τυπικό σέλας είναι ένα πολύχρωμο σέλας στον νυχτερινό ουρανό που μπορεί να παρατηρηθεί κάθε βράδυ στον Βόρειο Πόλο. Μετατοπίζοντας σε παράξενα σχήματα, τεράστιες λωρίδες γαλαζοπράσινου φωτός με πορτοκαλί και κόκκινο χρώμα μερικές φορές φτάνουν πάνω από 160 km σε πλάτος και μπορούν να τεντωθούν για 1.600 km σε μήκος.
Πώς να εξηγήσετε αυτό το οπτικό φαινόμενο, που είναι ένα θέαμα που κόβει την ανάσα; Τα σέλας εμφανίζονται στη Γη, αλλά προκαλούνται από διεργασίες που συμβαίνουν στον μακρινό Ήλιο.
Πως πάνε τα πράγματα?
Ο ήλιος είναι μια τεράστια μπάλα αερίου, που αποτελείται κυρίως από άτομα υδρογόνου και ηλίου. Όλα έχουν πρωτόνια με θετικό φορτίο και ηλεκτρόνια με αρνητικό φορτίο που περιστρέφονται γύρω τους. Ένα φωτοστέφανο θερμού αερίου εξαπλώνεται συνεχώς στο διάστημα με τη μορφή του ηλιακού ανέμου. Αυτός ο αμέτρητος αριθμός πρωτονίων και ηλεκτρονίων ορμάει με ταχύτητα 1000 km το δευτερόλεπτο.
Όταν τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου φτάνουν στη Γη, έλκονται από το ισχυρό μαγνητικό πεδίο του πλανήτη. Η Γη είναι ένας τεράστιος μαγνήτης με μαγνητικές γραμμές που συγκλίνουν στον Βόρειο και τον Νότιο Πόλο. Τα ελκόμενα σωματίδια ρέουν κατά μήκος αυτών των αόρατων γραμμών κοντά στους πόλους και συγκρούονται με τα άτομα αζώτου και οξυγόνου που συνθέτουν την ατμόσφαιρα της Γης.
Μερικά από τα άτομα της γης χάνουν τα ηλεκτρόνια τους, άλλα φορτίζονται με νέα ενέργεια. Μετά τη σύγκρουση με τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια του Ήλιου, εκπέμπουν φωτόνια φωτός. Για παράδειγμα, το άζωτο που έχει χάσει ηλεκτρόνια προσελκύει το ιώδες και το μπλε φως, ενώ το φορτισμένο άζωτο λάμπει σκούρο κόκκινο. Το φορτισμένο οξυγόνο εκπέμπει πράσινο και κόκκινο φως. Έτσι, τα φορτισμένα σωματίδια προκαλούν τον αέρα να λαμπυρίζει με πολλά χρώματα. Αυτό είναι το βόρειο σέλας.
Μιράζ
Θα πρέπει αμέσως να διαπιστωθεί ότι οι αντικατοπτρισμοί δεν είναι αποκύημα της ανθρώπινης φαντασίας, μπορούν ακόμη και να φωτογραφηθούν, είναι σχεδόν μυστικιστικά παραδείγματα οπτικών φυσικών φαινομένων.
Υπάρχουν πολλά στοιχεία για την παρατήρηση των αντικατοπτρισμών, αλλά η επιστήμη μπορεί να δώσει μια επιστημονική εξήγηση για αυτό το θαύμα. Μπορεί να είναι τόσο απλά όσο ένα κομμάτι νερού ανάμεσα σε καυτή άμμο ή μπορεί να είναι εκπληκτικά πολύπλοκα, δημιουργώντας οράματα με πυλώνες κάστρα ή φρεγάτες. Όλα αυτά τα παραδείγματα οπτικών φαινομένων δημιουργούνται από το παιχνίδι του φωτός και του αέρα.
Τα ελαφρά κύματα κάμπτονται καθώς περνούν πρώτα από ζεστό και μετά κρύο αέρα. Ο ζεστός αέρας είναι πιο σπάνιος από τον ψυχρό αέρα, επομένως τα μόριά του είναι πιο ενεργά και αποκλίνουν σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, μειώνεται και η κίνηση των μορίων.
Τα οράματα που φαίνονται μέσω των φακών της γήινης ατμόσφαιρας μπορεί να αλλοιωθούν σε μεγάλο βαθμό, να συμπιεστούν, να διασταλούν ή να αντιστραφούν. Αυτό συμβαίνει επειδή οι ακτίνες φωτός κάμπτονται καθώς περνούν μέσα από ζεστό και μετά κρύο αέρα και αντίστροφα. Και εκείνες οι εικόνες που κουβαλά μαζί του ένα φωτεινό ρεύμα, για παράδειγμα, ο ουρανός, μπορεί να αντανακλώνται σε καυτή άμμο και να φαίνονται σαν ένα κομμάτι νερό, το οποίο πάντα απομακρύνεται όταν πλησιάζει.
Τις περισσότερες φορές, οι αντικατοπτρισμοί μπορούν να παρατηρηθούν σε μεγάλες αποστάσεις: σε ερήμους, θάλασσες και ωκεανούς, όπου μπορούν να εντοπιστούν ταυτόχρονα ζεστά και κρύα στρώματα αέρα με διαφορετικές πυκνότητες. Είναι το πέρασμα από διαφορετικά στρώματα θερμοκρασίας που μπορεί να στρίψει κύμα φωτόςκαι καταλήγουν σε ένα όραμα που είναι αντανάκλαση κάτι και παρουσιάζεται από τη φαντασία ως πραγματικό φαινόμενο.
Φωτοστέφανος
Για τις περισσότερες οπτικές ψευδαισθήσεις που μπορούν να φανούν με γυμνό μάτι, η εξήγηση είναι η διάθλαση των ακτίνων του ήλιου στην ατμόσφαιρα. Ένα από τα πιο ασυνήθιστα παραδείγματα οπτικών φαινομένων είναι ηλιακό φωτοστέφανο. Βασικά, ένα φωτοστέφανο είναι ένα ουράνιο τόξο γύρω από τον ήλιο. Ωστόσο, διαφέρει από ένα συνηθισμένο ουράνιο τόξο και στα δύο εμφάνιση, καθώς και τις ιδιότητες του.
Αυτό το φαινόμενο έχει πολλές ποικιλίες, καθεμία από τις οποίες είναι όμορφη με τον δικό της τρόπο. Αλλά για την εμφάνιση οποιουδήποτε είδους αυτής της οπτικής ψευδαίσθησης, απαιτούνται ορισμένες προϋποθέσεις.
Ένα φωτοστέφανο εμφανίζεται στον ουρανό όταν συμπίπτουν πολλοί παράγοντες. Τις περισσότερες φορές μπορεί να παρατηρηθεί σε παγωμένο καιρό με υψηλή υγρασία. Στον αέρα, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός απόκρυστάλλους πάγου. Διαπερνώντας τα, το ηλιακό φως διαθλάται με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζει ένα τόξο γύρω από τον Ήλιο.
Και παρόλο που τα τελευταία 3 παραδείγματα οπτικών φαινομένων εξηγούνται εύκολα σύγχρονη επιστήμη, για έναν απλό παρατηρητή, συχνά παραμένουν μυστικιστές και μυστήριο.
Έχοντας εξετάσει τα κύρια παραδείγματα οπτικών φαινομένων, μπορούμε να υποθέσουμε με ασφάλεια ότι πολλά από αυτά εξηγούνται από τη σύγχρονη επιστήμη, παρά τον μυστικισμό και το μυστήριο τους. Αλλά μπροστά από τους επιστήμονες υπάρχουν ακόμη πολλές ανακαλύψεις, ενδείξεις για τα μυστηριώδη φαινόμενα που συμβαίνουν στον πλανήτη Γη και όχι μόνο.