Η φυσική είναι η επιστήμη της φύσης. Φυσικά σώματα και φυσικά φαινόμενα - Υπεραγορά γνώσης. Οπτικά φαινόμενα: παραδείγματα στη φύση και ενδιαφέροντα γεγονότα Τύποι φυσικών φαινομένων με παραδείγματα

Τα φυσικά σώματα είναι οι «δρώντες» των φυσικών φαινομένων. Ας γνωρίσουμε μερικά από αυτά.

Μηχανικά φαινόμενα

Τα μηχανικά φαινόμενα είναι η κίνηση των σωμάτων (Εικ. 1.3) και η δράση τους μεταξύ τους, για παράδειγμα η απώθηση ή η έλξη. Η δράση των σωμάτων μεταξύ τους ονομάζεται αλληλεπίδραση.

Τα μηχανικά φαινόμενα θα γνωρίσουμε αναλυτικότερα αυτή την ακαδημαϊκή χρονιά.

Ρύζι. 1.3. Παραδείγματα μηχανικών φαινομένων: κίνηση και αλληλεπίδραση σωμάτων κατά τη διάρκεια αθλητικών αγώνων (α, β. γ). κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο και περιστροφή της γύρω από τον άξονά της (g)

Ηχητικά φαινόμενα

Τα ηχητικά φαινόμενα, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι φαινόμενα που περιλαμβάνουν 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, εμφανίζεται 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 (η μετατροπή ενός στερεού σε υγρό).

Τα θερμικά φαινόμενα είναι εξαιρετικά διαδεδομένα: για παράδειγμα, καθορίζουν 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 θερμαίνεται από τις ακτίνες του ήλιου, εξατμίζεται. Καθώς ο ατμός ανεβαίνει, ψύχεται και μετατρέπεται 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» θερμικών φαινομένων είναι η κουζίνα: αν μαγειρεύεται σούπα στη σόμπα, αν βράζει νερό σε βραστήρα, αν τα τρόφιμα είναι παγωμένα στο ψυγείο - όλα αυτά είναι παραδείγματα θερμικών φαινομένων.

Η λειτουργία ενός κινητήρα αυτοκινήτου καθορίζεται επίσης από θερμικά φαινόμενα: όταν καίγεται βενζίνη, σχηματίζεται ένα πολύ καυτό αέριο, το οποίο σπρώχνει το έμβολο (τμήμα κινητήρα). Και η κίνηση του εμβόλου μεταδίδεται μέσω ειδικών μηχανισμών 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) έγιναν δυνατοί χάρη στη χρήση 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) περιστρέφεται 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). Οι καθρέφτες (γ) αντανακλούν το φως ιδιαίτερα καλά. ένα από τα πιο όμορφα οπτικά φαινόμενα - ουράνιο τόξο (δ)

Είμαστε περιτριγυρισμένοι από έναν απείρως ποικιλόμορφο κόσμο ουσιών και φαινομένων.

Σε αυτό συντελούνται συνεχώς αλλαγές.

Οποιεσδήποτε αλλαγές συμβαίνουν στα σώματα ονομάζονται φαινόμενα.Η γέννηση των αστεριών, η αλλαγή της ημέρας και της νύχτας, το λιώσιμο των πάγων, το πρήξιμο των μπουμπουκιών στα δέντρα, η λάμψη του κεραυνού κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, και ούτω καθεξής - όλα αυτά είναι φυσικά φαινόμενα.

Ας θυμηθούμε ότι τα σώματα αποτελούνται από ουσίες. Σημειώστε ότι κατά τη διάρκεια ορισμένων φαινομένων οι ουσίες των σωμάτων δεν αλλάζουν, αλλά κατά τη διάρκεια άλλων αλλάζουν. Για παράδειγμα, αν σκίσετε ένα κομμάτι χαρτί στη μέση, τότε, παρά τις αλλαγές που έχουν συμβεί, το χαρτί θα παραμείνει χαρτί. Εάν κάψετε το χαρτί, θα μετατραπεί σε στάχτη και καπνό.

Φαινόμενα στα οποίατο μέγεθος, το σχήμα των σωμάτων, η κατάσταση των ουσιών μπορεί να αλλάξει, αλλά Οι ουσίες παραμένουν ίδιες, δεν μετατρέπονται σε άλλες, ονομάζονται φυσικά φαινόμενα(εξάτμιση νερού, λάμψη λάμπας, ήχος από τις χορδές ενός μουσικού οργάνου κ.λπ.).

Τα φυσικά φαινόμενα είναι εξαιρετικά διαφορετικά. Ανάμεσά τους υπάρχουν μηχανικό, θερμικό, ηλεκτρικό, ελαφρύκαι τα λοιπά.

Ας θυμηθούμε πώς τα σύννεφα επιπλέουν στον ουρανό, ένα αεροπλάνο πετά, ένα αυτοκίνητο οδηγεί, ένα μήλο πέφτει, ένα καρότσι κυλάει κ.λπ. Σε όλα τα παραπάνω φαινόμενα, τα αντικείμενα (σώματα) κινούνται. Τα φαινόμενα που σχετίζονται με την αλλαγή της θέσης ενός σώματος σε σχέση με άλλα σώματα ονομάζονται μηχανικός(μεταφρασμένο από τα ελληνικά «μηχανή» σημαίνει μηχανή, όπλο).

Πολλά φαινόμενα προκαλούνται από την εναλλαγή ζέστης και κρύου. Σε αυτή την περίπτωση, συμβαίνουν αλλαγές στις ιδιότητες των ίδιων των σωμάτων. Αλλάζουν σχήμα, μέγεθος, αλλάζει η κατάσταση αυτών των σωμάτων. Για παράδειγμα, όταν θερμαίνεται, ο πάγος μετατρέπεται σε νερό, το νερό σε ατμό. Όταν πέφτει η θερμοκρασία, ο ατμός μετατρέπεται σε νερό και το νερό σε πάγο. Τα φαινόμενα που σχετίζονται με τη θέρμανση και την ψύξη των σωμάτων ονομάζονται θερμικός(Εικ. 35).

Ρύζι. 35. Φυσικό φαινόμενο: μετάβαση μιας ουσίας από τη μια κατάσταση στην άλλη. Εάν παγώσετε σταγόνες νερού, θα σχηματιστεί ξανά πάγος

Ας σκεφτούμε ηλεκτρικόςπρωτοφανής. Η λέξη "ηλεκτρισμός" προέρχεται από την ελληνική λέξη "ηλεκτρόνιο" - κεχριμπάρι.Θυμηθείτε ότι όταν βγάζετε γρήγορα το μάλλινο πουλόβερ σας, ακούτε έναν ελαφρύ ήχο τραύματος. Αν κάνετε το ίδιο σε απόλυτο σκοτάδι, θα δείτε και σπίθες. Αυτό είναι το απλούστερο ηλεκτρικό φαινόμενο.

Για να εξοικειωθείτε με ένα άλλο ηλεκτρικό φαινόμενο, κάντε το παρακάτω πείραμα.

Σκίστε μικρά κομμάτια χαρτιού και τοποθετήστε τα στην επιφάνεια του τραπεζιού. Χτενίστε καθαρά και στεγνά μαλλιά με μια πλαστική χτένα και πιάστε τα στα κομμάτια χαρτιού. Τι συνέβη?

Ρύζι. 36. Μικρά κομμάτια χαρτιού έλκονται από τη χτένα

Τα σώματα που είναι ικανά να προσελκύουν ελαφρά αντικείμενα μετά το τρίψιμο ονομάζονται ηλεκτρισμένη(Εικ. 36). Αστραπές κατά τη διάρκεια καταιγίδας, σέλας, ηλεκτρισμός χαρτιού και συνθετικών υφασμάτων είναι όλα ηλεκτρικά φαινόμενα. Η λειτουργία του τηλεφώνου, του ραδιοφώνου, της τηλεόρασης και διαφόρων οικιακών συσκευών είναι παραδείγματα ανθρώπινης χρήσης ηλεκτρικών φαινομένων.

Τα φαινόμενα που σχετίζονται με το φως ονομάζονται φωτεινά φαινόμενα. Το φως εκπέμπεται από τον Ήλιο, τα αστέρια, τις λάμπες και μερικά ζωντανά πλάσματα, όπως οι πυγολαμπίδες. Τέτοια σώματα ονομάζονται λαμπερός.

Βλέπουμε υπό την προϋπόθεση της έκθεσης στο φως στον αμφιβληστροειδή του ματιού. Στο απόλυτο σκοτάδι δεν μπορούμε να δούμε. Τα αντικείμενα που δεν εκπέμπουν από μόνα τους φως (για παράδειγμα, δέντρα, γρασίδι, οι σελίδες αυτού του βιβλίου κ.λπ.) είναι ορατά μόνο όταν λαμβάνουν φως από κάποιο φωτεινό σώμα και το αντανακλούν από την επιφάνειά τους.

Το φεγγάρι, για το οποίο μιλάμε συχνά ως νυχτερινό φωτιστικό, είναι στην πραγματικότητα μόνο ένα είδος ανακλαστήρα του ηλιακού φωτός.

Μελετώντας τα φυσικά φαινόμενα της φύσης, ο άνθρωπος έμαθε να τα χρησιμοποιεί στην καθημερινή ζωή.

1. Τι ονομάζονται φυσικά φαινόμενα;

2. Διαβάστε το κείμενο. Καταγράψτε ποια φυσικά φαινόμενα ονομάζονται σε αυτό: «Ήρθε η άνοιξη. Ο ήλιος γίνεται όλο και πιο ζεστός. Το χιόνι λιώνει, ρυάκια κυλούν. Τα μπουμπούκια στα δέντρα έχουν φουσκώσει και οι πύργοι έχουν φτάσει».

3. Ποια φαινόμενα ονομάζονται φυσικά;

4. Από τα φυσικά φαινόμενα που αναφέρονται παρακάτω, σημειώστε τα μηχανικά φαινόμενα στην πρώτη στήλη. στο δεύτερο - θερμικό? στο τρίτο - ηλεκτρικό? στο τέταρτο – φωτεινά φαινόμενα.

Φυσικά φαινόμενα: αστραπή. λιώσιμο χιονιού? ακτή; τήξη μετάλλων? λειτουργία ηλεκτρικού κουδουνιού. ουράνιο τόξο στον ουρανό? ηλιόλουστο λαγουδάκι? κινούμενες πέτρες, άμμος με νερό. βραστό νερό.

Από την αρχαιότητα, οι αντικατοπτρισμοί και οι φιγούρες που τρεμοπαίζουν στον αέρα ανησυχούσαν και τρομοκρατούσαν τους ανθρώπους. Στις μέρες μας, οι επιστήμονες έχουν αποκαλύψει πολλά μυστικά της φύσης, συμπεριλαμβανομένων των οπτικών φαινομένων. Δεν εκπλήσσονται από φυσικά μυστήρια, η ουσία των οποίων έχει μελετηθεί από καιρό. Στο γυμνάσιο σήμερα, τα οπτικά φαινόμενα διδάσκονται στη φυσική στην 8η τάξη, έτσι ώστε κάθε μαθητής να μπορεί να κατανοήσει τη φύση τους.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Οι επιστήμονες της αρχαιότητας πίστευαν ότι το ανθρώπινο μάτι βλέπει νιώθοντας αντικείμενα με τα πιο λεπτά πλοκάμια. Η οπτική εκείνη την εποχή ήταν η μελέτη της όρασης.

Στο Μεσαίωνα, η οπτική μελετούσε το φως και την ουσία του.

Σήμερα, η οπτική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τη διάδοση του φωτός μέσω διαφόρων μέσων και την αλληλεπίδρασή του με άλλες ουσίες. Όλα τα θέματα που σχετίζονται με την όραση μελετώνται από τη φυσιολογική οπτική.

Τα οπτικά φαινόμενα είναι εκδηλώσεις ποικίλων ενεργειών που εκτελούνται από ακτίνες φωτός. Μελετώνται από την ατμοσφαιρική οπτική.

Ασυνήθιστες διεργασίες στην ατμόσφαιρα

Ο πλανήτης Γη περιβάλλεται από ένα αέριο κέλυφος που ονομάζεται ατμόσφαιρα. Το πάχος του είναι εκατοντάδες χιλιόμετρα. Πιο κοντά στη Γη, η ατμόσφαιρα είναι πιο πυκνή και αραιώνει προς τα πάνω. Οι φυσικές ιδιότητες του ατμοσφαιρικού κελύφους αλλάζουν συνεχώς, τα στρώματα αναμειγνύονται. Αλλαγή ενδείξεων θερμοκρασίας. Μετατόπιση πυκνότητας και βαθμού διαφάνειας.

Οι ακτίνες φωτός προέρχονται από τον Ήλιο και άλλα ουράνια σώματα προς τη Γη. Περνούν μέσα από την ατμόσφαιρα της Γης, η οποία για αυτούς χρησιμεύει ως ένα συγκεκριμένο οπτικό σύστημα που αλλάζει τα χαρακτηριστικά της. αντανακλώνται, διασκορπίζονται, περνούν από την ατμόσφαιρα και φωτίζουν τη γη. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, η διαδρομή των ακτίνων λυγίζει, οπότε προκύπτουν διάφορα φαινόμενα. Οι φυσικοί θεωρούν ότι τα πιο πρωτότυπα οπτικά φαινόμενα είναι:

• ηλιοβασίλεμα του ήλιου?
• η εμφάνιση ενός ουράνιου τόξου.
• βόρειο σέλας;
• αντικατοπτρισμός;
• φωτοστέφανος.

Ας τους ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά.

Φωτοστέφανο γύρω από τον Ήλιο

Η ίδια η λέξη «φωτοστέφανο» σημαίνει «κύκλος» στα ελληνικά. Ποιο οπτικό φαινόμενο βρίσκεται στη βάση του;

Το φωτοστέφανο είναι μια διαδικασία διάθλασης και ανάκλασης του φωτός που συμβαίνει σε κρυστάλλους σύννεφων ψηλά στην ατμόσφαιρα. Το φαινόμενο μοιάζει με φωτεινές ακτίνες κοντά στον Ήλιο, περιορισμένες σε ένα σκοτεινό διάστημα. Τα φωτοστέφανα σχηματίζονται συνήθως πριν από τους κυκλώνες και μπορεί να είναι οι πρόδρομοί τους.

Οι σταγόνες νερού παγώνουν στον αέρα και παίρνουν ένα κανονικό πρισματικό σχήμα με έξι πλευρές. Όλοι είναι εξοικειωμένοι με τα παγάκια που εμφανίζονται στα κατώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα. Στην κορυφή, τέτοιες βελόνες πάγου πέφτουν ελεύθερα προς την κατακόρυφη κατεύθυνση. Οι κρυσταλλικοί πάγοι στροβιλίζονται και κατεβαίνουν στο έδαφος, ενώ είναι παράλληλοι με το έδαφος. Ένα άτομο κατευθύνει την όραση μέσω κρυστάλλων, οι οποίοι λειτουργούν ως φακοί και διαθλούν το φως.

Άλλα πρίσματα είναι επίπεδα ή μοιάζουν με αστέρια με έξι ακτίνες. Οι ακτίνες φωτός που χτυπούν τους κρυστάλλους μπορεί να μην υποστούν διάθλαση ή να υποστούν μια σειρά από άλλες διεργασίες. Σπάνια συμβαίνει όλες οι διεργασίες να είναι ξεκάθαρα ορατές· συνήθως το ένα ή το άλλο μέρος του φαινομένου εμφανίζεται πιο καθαρά, ενώ άλλα παρουσιάζονται ελάχιστα.

Το δευτερεύον φωτοστέφανο είναι ένας κύκλος γύρω από τον ήλιο με ακτίνα περίπου 22 μοιρών. Το χρώμα του κύκλου είναι κοκκινωπό από μέσα, μετά ρέει σε κίτρινο, λευκό και αναμειγνύεται με τον γαλάζιο ουρανό. Η εσωτερική περιοχή του κύκλου είναι σκοτεινή. Σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διάθλασης του φωτός σε βελόνες πάγου που πετούν στον αέρα. Οι ακτίνες στα πρίσματα εκτρέπονται σε γωνία 22 μοιρών, έτσι αυτές που πέρασαν μέσα από τους κρυστάλλους φαίνονται στον παρατηρητή εκτρέπονται κατά 22 μοίρες. Επομένως φαίνεται σκοτεινό.

Το κόκκινο χρώμα διαθλάται λιγότερο και φαίνεται λιγότερο αποκλίνον από τον ήλιο. Ακολουθεί το κίτρινο. Άλλες ακτίνες αναμειγνύονται και φαίνονται λευκές στο μάτι.

Υπάρχει ένα φωτοστέφανο με γωνία 46 μοιρών, βρίσκεται γύρω από ένα φωτοστέφανο 22 μοιρών. Η εσωτερική του περιοχή είναι επίσης κοκκινωπή επειδή το φως υφίσταται διάθλαση στις βελόνες πάγου, οι οποίες στρέφονται κατά 90 μοίρες προς τον ήλιο.

Είναι επίσης γνωστό ένα φωτοστέφανο 90 ​​μοιρών· λάμπει αχνά, δεν έχει σχεδόν καθόλου χρώμα ή έχει κόκκινο χρώμα εξωτερικά. Οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη μελετήσει πλήρως αυτό το είδος.

Φωτοστέφανο γύρω από τη Σελήνη και άλλα είδη

Αυτό το οπτικό φαινόμενο είναι συχνά ορατό εάν υπάρχουν ελαφρά σύννεφα και πολλά μικροσκοπικά κρυστάλλινα πέτρες πάγου στον ουρανό. Κάθε τέτοιος κρύσταλλος είναι ένα είδος πρίσματος. Βασικά το σχήμα τους είναι επιμήκη εξάγωνα. Το φως εισέρχεται στην μπροστινή κρυσταλλική περιοχή και εξέρχεται από την αντίθετη περιοχή και διαθλάται 22 μοίρες.

Το χειμώνα, μπορείτε να δείτε ένα φωτοστέφανο στον κρύο αέρα κοντά σε λάμπες του δρόμου. Εμφανίζεται λόγω του φωτός ενός φαναριού.

Ένα φωτοστέφανο μπορεί επίσης να σχηματιστεί γύρω από τον Ήλιο σε παγωμένο, χιονισμένο αέρα. Οι νιφάδες χιονιού είναι στον αέρα, το φως περνά μέσα από τα σύννεφα. Στο ηλιοβασίλεμα αυτό το φως γίνεται κόκκινο. Στους περασμένους αιώνες, οι δεισιδαίμονες άνθρωποι τρομοκρατούνταν από τέτοια φαινόμενα.

Ένα φωτοστέφανο μπορεί να εμφανίζεται ως ένας κύκλος στο χρώμα του ουράνιου τόξου γύρω από τον Ήλιο. Φαίνεται αν υπάρχουν πολλοί κρύσταλλοι με έξι πλευρές στην ατμόσφαιρα, αλλά δεν αντανακλούν, αλλά διαθλούν τις ακτίνες του ήλιου. Οι περισσότερες ακτίνες είναι διάσπαρτες, δεν φτάνουν στο βλέμμα μας. Οι υπόλοιπες ακτίνες φτάνουν στα ανθρώπινα μάτια και παρατηρούμε έναν κύκλο ουράνιου τόξου γύρω από τον Ήλιο. Η ακτίνα του είναι περίπου 22 μοίρες ή 46 μοίρες.

Ψεύτικος Ήλιος

Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι ο κύκλος του φωτοστέφανου είναι πάντα πιο φωτεινός στις πλευρές. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ένα κάθετο και οριζόντιο φωτοστέφανο συναντώνται εδώ. Ψεύτικοι ήλιοι μπορεί να εμφανίζονται εκεί που τέμνονται. Αυτό συμβαίνει ιδιαίτερα συχνά όταν ο Ήλιος βρίσκεται κοντά στον ορίζοντα, οπότε δεν βλέπουμε πλέον μέρος του κατακόρυφου κύκλου.

Ο ψεύτικος ήλιος είναι επίσης ένα οπτικό φαινόμενο, ένας τύπος φωτοστέφανου. Εμφανίζεται λόγω κρυστάλλων πάγου με έξι πλευρές, σε σχήμα νυχιών. Τέτοιοι κρύσταλλοι επιπλέουν στην ατμόσφαιρα σε κάθετη κατεύθυνση, το φως διαθλάται στις πλευρικές τους όψεις.

Ένας τρίτος «ήλιος» μπορεί επίσης να σχηματιστεί εάν μόνο το επιφανειακό μέρος του κύκλου του φωτοστέφανου είναι ορατό πάνω από τον αληθινό ήλιο. Μπορεί να είναι ένα τμήμα ενός τόξου ή ένα φωτεινό σημείο ακατανόητου σχήματος. Μερικές φορές οι ψεύτικοι ήλιοι είναι τόσο φωτεινοί που δεν μπορούν να διακριθούν από τον πραγματικό Ήλιο.

ΟΥΡΑΝΙΟ ΤΟΞΟ

Αυτή είναι η μορφή ενός ημιτελούς κύκλου με διαφορετικά χρώματα.

Οι θρησκείες της αρχαιότητας θεωρούνταν από τον ουρανό μέχρι τη γη. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι ένα ουράνιο τόξο εμφανίζεται λόγω της αντανάκλασης των σταγόνων του ηλιακού φωτός. Ποιο άλλο οπτικό φαινόμενο μπορεί να ευχαριστήσει έναν άνθρωπο όσο ένα ουράνιο τόξο;

Τον 17ο αιώνα, ο Ντεκάρτ μελέτησε τη φύση του ουράνιου τόξου. Αργότερα, ο Νεύτων διεξήγαγε πειράματα με το φως και επέκτεινε τη θεωρία του Ντεκάρτ, αλλά δεν μπόρεσε να καταλάβει τον σχηματισμό πολλών ουράνιων τόξων και την απουσία μεμονωμένων χρωματικών αποχρώσεων σε αυτά.

Η πλήρης θεωρία του ουράνιου τόξου παρουσιάστηκε τον 19ο αιώνα από τον Άγγλο αστρονόμο D. Airy. Ήταν αυτός που κατάφερε να αποκαλύψει όλες τις διαδικασίες του ουράνιου τόξου. Η θεωρία που ανέπτυξε είναι ακόμη και σήμερα αποδεκτή.

Ένα ουράνιο τόξο εμφανίζεται όταν το φως του ήλιου χτυπά μια κουρτίνα βρόχινου νερού στην περιοχή του ουρανού μακριά από τον Ήλιο. Το κέντρο του ουράνιου τόξου βρίσκεται σε ένα σημείο στην απέναντι πλευρά του Ήλιου, δηλαδή δεν είναι ορατό στο ανθρώπινο μάτι. Το τόξο του ουράνιου τόξου είναι το τμήμα του κύκλου γύρω από αυτό το κεντρικό σημείο.

Τα χρώματα στο ουράνιο τόξο τοποθετούνται με συγκεκριμένη σειρά. Είναι σταθερός. Κόκκινο - κατά μήκος της πάνω άκρης, μοβ - κατά μήκος του κάτω μέρους. Ανάμεσά τους τα χρώματα είναι σε αυστηρή διάταξη. Το ουράνιο τόξο δεν περιέχει όλα τα υπάρχοντα χρώματα. Η κυριαρχία του πράσινου χρώματος υποδηλώνει μια μετάβαση σε ευνοϊκό καιρό.

Πολικά φώτα

Αυτή είναι μια λάμψη στα ανώτερα μαγνητικά στρώματα της ατμόσφαιρας λόγω της αλληλεπίδρασης των ατόμων και των στοιχείων του ηλιακού ανέμου. Τυπικά, τα σέλας έχουν πράσινες ή μπλε αποχρώσεις διάσπαρτες με ροζ και κόκκινο. Μπορεί να έχουν τη μορφή κορδέλας ή σημείου. Οι εκρήξεις τους συνοδεύονται συχνά από θορυβώδεις ήχους.

Αντικατοπτρισμός

Οι απλές απάτες αντικατοπτρισμού είναι γνωστές σε κάθε άτομο. Για παράδειγμα, όταν οδηγείτε σε θερμαινόμενη άσφαλτο, εμφανίζεται ένας αντικατοπτρισμός καθώς Αυτό δεν εκπλήσσει κανέναν. Ποιο οπτικό φαινόμενο εξηγεί την εμφάνιση των αντικατοπτρισμών; Ας δούμε αυτό το θέμα με περισσότερες λεπτομέρειες.

Ο αντικατοπτρισμός είναι ένα οπτικό φυσικό φαινόμενο στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα το μάτι να βλέπει αντικείμενα κρυμμένα κάτω από κανονικές συνθήκες. Αυτό εξηγείται από τη διάθλαση μιας δέσμης φωτός καθώς ρέει μέσα από στρώματα αέρα. Τα αντικείμενα που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση μπορεί να ανεβαίνουν ή να πέφτουν σε σχέση με την πραγματική τους θέση, ή μπορεί να παραμορφωθούν και να λάβουν παράξενα σχήματα.

Brocken Ghost

Πρόκειται για ένα φαινόμενο κατά το οποίο, κατά τη δύση του ηλίου ή την ανατολή του ηλίου, η σκιά ενός ατόμου που βρίσκεται σε ένα λόφο αποκτά ακατανόητες διαστάσεις, καθώς πέφτει σε σύννεφα κοντά. Αυτό οφείλεται στην ανάκλαση και τη διάθλαση των ακτίνων φωτός από σταγονίδια νερού σε συνθήκες ομίχλης. Το φαινόμενο πήρε το όνομά του από ένα από τα ύψη των γερμανικών βουνών Harz.

Φωτιά του Αγίου Έλμο

Πρόκειται για φωτεινές βούρτσες μπλε ή μοβ χρώματος στους ιστούς των θαλάσσιων σκαφών. Τα φώτα μπορούν να εμφανιστούν σε ορεινά ύψη, σε κτίρια εντυπωσιακού ύψους. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει λόγω ηλεκτρικών εκκενώσεων στα άκρα των αγωγών λόγω του γεγονότος ότι αυξάνεται η ηλεκτρική τάση.

Αυτά είναι τα οπτικά φαινόμενα που συζητούνται στα μαθήματα της 8ης τάξης. Ας μιλήσουμε για οπτικές συσκευές.

Σχέδια στην οπτική

Οι οπτικές συσκευές είναι συσκευές που μετατρέπουν την ακτινοβολία φωτός. Συνήθως αυτές οι συσκευές λειτουργούν σε ορατό φως.

Όλες οι οπτικές συσκευές μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους:

1. Συσκευές στις οποίες παράγεται μια εικόνα σε μια οθόνη. Πρόκειται για κάμερες, κινηματογραφικές μηχανές, συσκευές προβολής.
2. Συσκευές που αλληλεπιδρούν με το ανθρώπινο μάτι αλλά δεν παράγουν εικόνες στην οθόνη. Αυτοί είναι μεγεθυντικοί φακοί, μικροσκόπια, τηλεσκόπια. Αυτές οι συσκευές θεωρούνται οπτικές.

Η κάμερα είναι μια οπτικο-μηχανική συσκευή που χρησιμοποιείται για τη λήψη εικόνων ενός αντικειμένου σε φωτογραφικό φιλμ. Ο σχεδιασμός της κάμερας περιλαμβάνει μια κάμερα και φακούς που σχηματίζουν το φακό. Ο φακός δημιουργεί μια ανεστραμμένη, μειωμένη εικόνα του αντικειμένου, που αποτυπώνεται σε φιλμ. Αυτό συμβαίνει λόγω της δράσης του φωτός.

Η εικόνα είναι αρχικά αόρατη, αλλά χάρη στην αναπτυσσόμενη λύση γίνεται ορατή. Αυτή η εικόνα ονομάζεται αρνητική, στην οποία οι φωτεινές περιοχές εμφανίζονται σκοτεινές και αντίστροφα. Το αρνητικό μετατρέπεται σε θετικό σε φωτοευαίσθητο χαρτί. Χρησιμοποιώντας μια μεγέθυνση φωτογραφιών, η εικόνα μεγεθύνεται.

Ο μεγεθυντικός φακός είναι ένας φακός ή σύστημα φακών που έχει σχεδιαστεί για να μεγεθύνει αντικείμενα ενώ τα βλέπει. Ο μεγεθυντικός φακός τοποθετείται δίπλα στο μάτι και επιλέγεται η απόσταση από την οποία φαίνεται καθαρά το αντικείμενο. Η χρήση μεγεθυντικού φακού βασίζεται στην αύξηση της γωνίας θέασης από την οποία παρατηρείται ένα αντικείμενο.

Για να επιτευχθεί μεγαλύτερη γωνιακή μεγέθυνση, χρησιμοποιείται μικροσκόπιο. Σε αυτή τη συσκευή, τα αντικείμενα μεγεθύνονται χάρη σε ένα οπτικό σύστημα που αποτελείται από έναν φακό και έναν προσοφθάλμιο φακό. Πρώτα, η γωνία θέασης αυξάνεται από τον φακό και μετά από τον προσοφθάλμιο.

Έτσι, εξετάσαμε τα κύρια οπτικά φαινόμενα και συσκευές, τις ποικιλίες και τα χαρακτηριστικά τους.

«Οπτικά φαινόμενα στη φύση»

1. Εισαγωγή

α) Η έννοια της οπτικής

β) Ταξινόμηση οπτικών

γ) Η οπτική στην ανάπτυξη της σύγχρονης φυσικής

2. Φαινόμενα που σχετίζονται με την αντανάκλαση του φωτός

4. Σέλας

Εισαγωγή

Έννοια οπτικών

Οι πρώτες ιδέες των αρχαίων επιστημόνων για το φως ήταν πολύ αφελείς. Νόμιζαν ότι οι οπτικές εντυπώσεις προκύπτουν όταν τα αντικείμενα γίνονται αισθητά με ειδικά λεπτά πλοκάμια που βγαίνουν από τα μάτια. Η οπτική ήταν η επιστήμη της όρασης, έτσι μπορεί να μεταφραστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια αυτή η λέξη.

Σταδιακά στο Μεσαίωνα, η οπτική μετατράπηκε από την επιστήμη της όρασης στην επιστήμη του φωτός, με τη διευκόλυνση της εφεύρεσης των φακών και της κάμερας obscura. Επί του παρόντος, η οπτική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά την εκπομπή του φωτός και τη διάδοσή του σε διάφορα μέσα, καθώς και την αλληλεπίδρασή του με την ύλη. Ζητήματα που σχετίζονται με την όραση, τη δομή και τη λειτουργία του ματιού, έγιναν ξεχωριστό επιστημονικό πεδίο - φυσιολογική οπτική.

Ταξινόμηση οπτικών

Οι ακτίνες φωτός είναι γεωμετρικές γραμμές κατά μήκος των οποίων διαδίδεται η φωτεινή ενέργεια· όταν εξετάζετε πολλά οπτικά φαινόμενα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ιδέα τους. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για γεωμετρική (ακτινική) οπτική. Η γεωμετρική οπτική έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη στη μηχανική φωτισμού, καθώς και όταν εξετάζονται οι ενέργειες πολλών οργάνων και συσκευών - από μεγεθυντικούς φακούς και γυαλιά έως τα πιο περίπλοκα οπτικά τηλεσκόπια και μικροσκόπια.

Η εντατική έρευνα για τα φαινόμενα παρεμβολής, περίθλασης και πόλωσης του φωτός που είχαν ανακαλυφθεί προηγουμένως ξεκίνησε στις αρχές του 19ου αιώνα. Αυτές οι διαδικασίες δεν εξηγήθηκαν στο πλαίσιο της γεωμετρικής οπτικής, επομένως ήταν απαραίτητο να εξεταστεί το φως με τη μορφή εγκάρσιων κυμάτων. Ως αποτέλεσμα, εμφανίστηκαν οπτικά κύματος. Αρχικά, πιστευόταν ότι το φως είναι ελαστικά κύματα σε ένα ορισμένο μέσο (κοσμικός αιθέρας) που γεμίζει τον παγκόσμιο χώρο.

Όμως ο Άγγλος φυσικός Τζέιμς Μάξγουελ το 1864 δημιούργησε την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του φωτός, σύμφωνα με την οποία τα κύματα φωτός είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα με αντίστοιχο εύρος μηκών.

Και ήδη στις αρχές του 20ου αιώνα, νέες μελέτες έδειξαν ότι για να εξηγηθούν ορισμένα φαινόμενα, για παράδειγμα το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, υπάρχει ανάγκη να αναπαρασταθεί μια δέσμη φωτός με τη μορφή ενός ρεύματος περίεργων σωματιδίων - κβάντα φωτός. Ο Ισαάκ Νεύτων είχε παρόμοια άποψη για τη φύση του φωτός πριν από 200 χρόνια στη «θεωρία της έκχυσης του φωτός». Τώρα η κβαντική οπτική το κάνει αυτό.

Ο ρόλος της οπτικής στην ανάπτυξη της σύγχρονης φυσικής.

Η οπτική έπαιξε επίσης σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της σύγχρονης φυσικής. Η εμφάνιση δύο από τις πιο σημαντικές και επαναστατικές θεωρίες του εικοστού αιώνα (κβαντομηχανική και θεωρία της σχετικότητας) συνδέεται κατ' αρχήν με την οπτική έρευνα. Οι οπτικές μέθοδοι για την ανάλυση της ύλης σε μοριακό επίπεδο έχουν δημιουργήσει ένα ειδικό επιστημονικό πεδίο - τη μοριακή οπτική, η οποία περιλαμβάνει επίσης την οπτική φασματοσκοπία, που χρησιμοποιείται στη σύγχρονη επιστήμη των υλικών, την έρευνα πλάσματος και την αστροφυσική. Υπάρχουν επίσης οπτικά ηλεκτρονίων και νετρονίων.

Στο παρόν στάδιο ανάπτυξης, έχουν δημιουργηθεί ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και ένα κάτοπτρο νετρονίων και έχουν αναπτυχθεί οπτικά μοντέλα ατομικών πυρήνων.

Η οπτική, επηρεάζοντας την ανάπτυξη διαφόρων τομέων της σύγχρονης φυσικής, βρίσκεται σήμερα η ίδια σε μια περίοδο ραγδαίας ανάπτυξης. Η κύρια ώθηση για αυτή την εξέλιξη ήταν η εφεύρεση των λέιζερ - έντονες πηγές συνεκτικού φωτός. Ως αποτέλεσμα, η οπτική κυμάτων ανέβηκε σε ένα υψηλότερο επίπεδο, το επίπεδο της συνεκτικής οπτικής.

Χάρη στην έλευση των λέιζερ, έχουν αναδυθεί πολλοί επιστημονικοί και τεχνικοί τομείς ανάπτυξης. Μεταξύ των οποίων είναι η μη γραμμική οπτική, η ολογραφία, η ραδιοοπτική, η οπτική picosecond, η προσαρμοστική οπτική κ.λπ.

Η ραδιοοπτική προέρχεται από τη διασταύρωση της ραδιομηχανικής και της οπτικής και ασχολείται με τη μελέτη οπτικών μεθόδων για τη μετάδοση και την επεξεργασία πληροφοριών. Αυτές οι μέθοδοι συνδυάζονται με τις παραδοσιακές ηλεκτρονικές μεθόδους. Το αποτέλεσμα ήταν μια επιστημονική και τεχνική κατεύθυνση που ονομάζεται οπτοηλεκτρονική.

Το θέμα των οπτικών ινών είναι η μετάδοση φωτεινών σημάτων μέσω διηλεκτρικών ινών. Χρησιμοποιώντας τα επιτεύγματα της μη γραμμικής οπτικής, είναι δυνατό να αλλάξει το μέτωπο κύματος μιας δέσμης φωτός, η οποία τροποποιείται καθώς το φως διαδίδεται σε ένα συγκεκριμένο μέσο, ​​για παράδειγμα, στην ατμόσφαιρα ή στο νερό. Κατά συνέπεια, η προσαρμοστική οπτική έχει εμφανιστεί και αναπτύσσεται εντατικά. Στενά συνδεδεμένη με αυτό είναι η φωτοενέργεια, η οποία αναδύεται μπροστά στα μάτια μας και ασχολείται, ειδικότερα, με τα ζητήματα της αποτελεσματικής μετάδοσης της φωτεινής ενέργειας κατά μήκος μιας δέσμης φωτός. Η σύγχρονη τεχνολογία λέιζερ καθιστά δυνατή την παραγωγή παλμών φωτός με διάρκεια μόνο picosecond. Τέτοιοι παλμοί αποδεικνύονται ένα μοναδικό «εργαλείο» για τη μελέτη μιας σειράς γρήγορων διεργασιών στην ύλη, και ιδιαίτερα στις βιολογικές δομές. Μια ειδική κατεύθυνση έχει προκύψει και αναπτύσσεται – οπτική picosecond. Η φωτοβιολογία σχετίζεται στενά με αυτό. Μπορεί να ειπωθεί χωρίς υπερβολή ότι η ευρεία πρακτική χρήση των επιτευγμάτων της σύγχρονης οπτικής αποτελεί προϋπόθεση για την επιστημονική και τεχνολογική πρόοδο. Η οπτική άνοιξε το δρόμο προς τον μικρόκοσμο για τον ανθρώπινο νου, και του επέτρεψε επίσης να διεισδύσει στα μυστικά των αστρικών κόσμων. Η οπτική καλύπτει όλες τις πτυχές της πρακτικής μας.

Φαινόμενα που σχετίζονται με την αντανάκλαση του φωτός.

Το αντικείμενο και η αντανάκλασή του

Το γεγονός ότι το τοπίο που αντανακλάται σε στάσιμα νερά δεν διαφέρει από το πραγματικό, αλλά μόνο αναποδογυρίζεται, δεν είναι αλήθεια.

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 βρίσκεται ψηλά πάνω από την επιφάνεια του το νερό. Επίσης, δεν μπορείτε ποτέ να δείτε την αντανάκλαση της κορυφής μιας πέτρας, μέρος της οποίας είναι βυθισμένο στο νερό.

Το τοπίο φαίνεται στον παρατηρητή σαν να το βλέπει κανείς από ένα σημείο που βρίσκεται τόσο κάτω 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.

Οι άνθρωποι συχνά πιστεύουν ότι η αντανάκλαση των θάμνων και των δέντρων σε μια λίμνη έχει φωτεινότερα χρώματα και πιο πλούσιους τόνους. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί επίσης να παρατηρηθεί παρατηρώντας την αντανάκλαση των αντικειμένων σε έναν καθρέφτη. Εδώ η ψυχολογική αντίληψη παίζει μεγαλύτερο ρόλο από τη φυσική πλευρά του φαινομένου. Το πλαίσιο του καθρέφτη και οι όχθες της λίμνης περιορίζουν μια μικρή περιοχή του τοπίου, προστατεύοντας την πλευρική όραση ενός ατόμου από το υπερβολικό διάσπαρτο φως που προέρχεται από ολόκληρο τον ουρανό και τυφλώνει τον παρατηρητή, δηλαδή κοιτάζει σε μια μικρή περιοχή το τοπίο σαν μέσα από έναν σκοτεινό στενό σωλήνα. Η μείωση της φωτεινότητας του ανακλώμενου φωτός σε σύγκριση με το άμεσο φως διευκολύνει τους ανθρώπους να παρατηρούν τον ουρανό, τα σύννεφα και άλλα έντονα φωτισμένα αντικείμενα που, όταν παρατηρούνται άμεσα, είναι πολύ φωτεινά για το μάτι.

Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τη γωνία πρόσπτωσης του φωτός.

Στο όριο δύο διαφανών μέσων, το φως ανακλάται εν μέρει, εν μέρει περνά σε άλλο μέσο και διαθλάται και εν μέρει απορροφάται από το μέσο. Ο λόγος της ανακλώμενης ενέργειας προς την προσπίπτουσα ενέργεια ονομάζεται συντελεστής ανάκλασης. Ο λόγος της ενέργειας του φωτός που μεταδίδεται μέσω μιας ουσίας προς την ενέργεια του προσπίπτοντος φωτός ονομάζεται διαπερατότητα.

Οι συντελεστές ανάκλασης και διαπερατότητας εξαρτώνται από τις οπτικές ιδιότητες, τα γειτονικά μέσα και τη γωνία πρόσπτωσης του φωτός. Έτσι, εάν το φως πέφτει σε μια γυάλινη πλάκα κάθετα (γωνία πρόσπτωσης α = 0), τότε μόνο το 5% της φωτεινής ενέργειας ανακλάται και το 95% διέρχεται από τη διεπαφή. Καθώς η γωνία πρόσπτωσης αυξάνεται, το κλάσμα της ανακλώμενης ενέργειας αυξάνεται. Στη γωνία πρόσπτωσης α=90˚ ισούται με μονάδα.

Η εξάρτηση της έντασης του φωτός που ανακλάται και μεταδίδεται μέσω μιας γυάλινης πλάκας μπορεί να εντοπιστεί τοποθετώντας την πλάκα σε διαφορετικές γωνίες ως προς τις ακτίνες φωτός και εκτιμώντας την ένταση με το μάτι.

Είναι επίσης ενδιαφέρον να αξιολογήσουμε με το μάτι την ένταση του φωτός που ανακλάται από την επιφάνεια μιας δεξαμενής, ανάλογα με τη γωνία πρόσπτωσης, να παρατηρήσουμε την αντανάκλαση των ακτίνων του ήλιου από τα παράθυρα ενός σπιτιού σε διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης κατά τη διάρκεια της ημέρας, στο ηλιοβασίλεμα και στην ανατολή.

Γυαλιά ασφαλείας

Το συμβατικό τζάμι παραθύρων μεταδίδει εν μέρει τις ακτίνες θερμότητας. Αυτό είναι καλό για χρήση σε βόρειες περιοχές, καθώς και για θερμοκήπια. Στο νότο, τα δωμάτια υπερθερμαίνονται τόσο πολύ που είναι δύσκολο να εργαστείτε σε αυτά. Η προστασία από τον ήλιο οφείλεται είτε στη σκίαση του κτιρίου με δέντρα είτε στην επιλογή ενός ευνοϊκού προσανατολισμού του κτιρίου κατά την ανακατασκευή. Και τα δύο είναι μερικές φορές δύσκολα και όχι πάντα εφικτά.

Για να αποτραπεί η μετάδοση ακτίνων θερμότητας από το γυαλί, επικαλύπτεται με λεπτές διαφανείς μεμβράνες οξειδίων μετάλλων. Έτσι, ένα φιλμ κασσίτερου-αντιμονίου δεν μεταδίδει περισσότερες από τις μισές θερμικές ακτίνες και οι επικαλύψεις που περιέχουν οξείδιο του σιδήρου αντανακλούν πλήρως τις υπεριώδεις ακτίνες και το 35-55% των θερμικών ακτίνων.

Διαλύματα αλάτων που σχηματίζουν φιλμ εφαρμόζονται από ένα μπουκάλι ψεκασμού στην καυτή επιφάνεια του γυαλιού κατά τη θερμική επεξεργασία ή τη χύτευση του. Σε υψηλές θερμοκρασίες, τα άλατα μετατρέπονται σε οξείδια, σφιχτά δεμένα στην επιφάνεια του γυαλιού.

Τα γυαλιά για γυαλιά ηλίου κατασκευάζονται με παρόμοιο τρόπο.

Ολική εσωτερική αντανάκλαση του φωτός

Ένα όμορφο θέαμα είναι το σιντριβάνι, του οποίου οι εκτοξευόμενοι πίδακες φωτίζονται από μέσα. Αυτό μπορεί να απεικονιστεί υπό κανονικές συνθήκες εκτελώντας το ακόλουθο πείραμα (Εικ. 1). Σε ένα ψηλό κονσερβοκούτι, ανοίξτε μια στρογγυλή τρύπα σε ύψος 5 cm από το κάτω μέρος ( ΕΝΑ) με διάμετρο 5-6 mm. Η λάμπα με την πρίζα πρέπει να τυλιχτεί προσεκτικά σε χαρτί σελοφάν και να τοποθετηθεί απέναντι από την τρύπα. Πρέπει να ρίξετε νερό στο βάζο. Άνοιγμα της τρύπας ΕΝΑ,παίρνουμε ένα πίδακα που θα φωτίζεται από μέσα. Σε ένα σκοτεινό δωμάτιο λάμπει έντονα και φαίνεται πολύ εντυπωσιακό. Στο ρεύμα μπορεί να δοθεί οποιοδήποτε χρώμα τοποθετώντας έγχρωμο γυαλί στη διαδρομή των ακτίνων φωτός σι. Εάν βάλετε το δάχτυλό σας στη διαδρομή του ρέματος, το νερό πιτσιλίζει και αυτές οι σταγόνες λάμπουν έντονα.

Η εξήγηση για αυτό το φαινόμενο είναι αρκετά απλή. Μια ακτίνα φωτός διέρχεται κατά μήκος ενός ρεύματος νερού και προσκρούει σε μια καμπύλη επιφάνεια σε γωνία μεγαλύτερη από την οριακή, βιώνει πλήρη εσωτερική ανάκλαση και στη συνέχεια χτυπά ξανά την αντίθετη πλευρά του ρεύματος με γωνία πάλι μεγαλύτερη από την περιοριστική. 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.

Κυλινδρικός οδηγός φωτός

Εάν κατευθύνετε μια δέσμη φωτός στο ένα άκρο ενός συμπαγούς γυάλινου κυρτού κυλίνδρου, θα παρατηρήσετε ότι το φως θα βγει από το άλλο άκρο του (Εικ. 2). Σχεδόν κανένα φως δεν βγαίνει από την πλευρική επιφάνεια του κυλίνδρου. Η διέλευση του φωτός από έναν γυάλινο κύλινδρο εξηγείται από το γεγονός ότι, πέφτοντας στην εσωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου σε γωνία μεγαλύτερη από την οριακή, το φως υφίσταται πλήρη ανάκλαση πολλές φορές και φτάνει στο τέλος.

Όσο πιο λεπτός είναι ο κύλινδρος, τόσο πιο συχνά θα ανακλάται η δέσμη και το μεγαλύτερο μέρος του φωτός θα πέφτει στην εσωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου σε γωνίες μεγαλύτερες από την περιοριστική.

Διαμάντια και πετράδια

Υπάρχει μια έκθεση του ρωσικού ταμείου διαμαντιών στο Κρεμλίνο.

Το φως στην αίθουσα είναι ελαφρώς χαμηλωμένο. Οι δημιουργίες των κοσμημάτων αστράφτουν στα παράθυρα. Εδώ μπορείτε να δείτε τέτοια διαμάντια όπως "Orlov", "Shah", "Maria", "Valentina Tereshkova".

Το μυστικό του υπέροχου παιχνιδιού του φωτός στα διαμάντια είναι ότι αυτή η πέτρα έχει υψηλό δείκτη διάθλασης (n=2,4173) και, ως αποτέλεσμα, μικρή γωνία συνολικής εσωτερικής ανάκλασης (α=24˚30′) και έχει μεγαλύτερη διασπορά, προκαλώντας την αποσύνθεση του λευκού φωτός σε απλά χρώματα.

Επιπλέον, το παιχνίδι του φωτός σε ένα διαμάντι εξαρτάται από την ορθότητα της κοπής του. Οι όψεις ενός διαμαντιού αντανακλούν το φως πολλές φορές μέσα στον κρύσταλλο. Λόγω της μεγάλης διαφάνειας των διαμαντιών υψηλής ποιότητας, το φως μέσα σε αυτά σχεδόν δεν χάνει την ενέργειά του, αλλά αποσυντίθεται μόνο σε απλά χρώματα, οι ακτίνες των οποίων στη συνέχεια ξεσπούν σε διάφορες, πιο απροσδόκητες κατευθύνσεις. Όταν γυρίζετε την πέτρα, τα χρώματα που προέρχονται από την πέτρα αλλάζουν και φαίνεται ότι η ίδια είναι η πηγή πολλών φωτεινών πολύχρωμων ακτίνων.

Υπάρχουν διαμάντια σε κόκκινο, μπλε και λιλά χρώμα. Η λάμψη ενός διαμαντιού εξαρτάται από την κοπή του. Αν κοιτάξετε μέσα από ένα καλά κομμένο διαφανές στο νερό διαμάντι, η πέτρα φαίνεται εντελώς αδιαφανής και μερικές από τις όψεις της φαίνονται απλά μαύρες. Αυτό συμβαίνει επειδή το φως, υπό την ολική εσωτερική ανάκλαση, βγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση ή προς τα πλάγια.

Όταν το βλέπουμε από το πλάι του φωτός, το επάνω κόψιμο λάμπει με πολλά χρώματα και είναι λαμπερό κατά τόπους. Η φωτεινή λάμψη των άνω άκρων ενός διαμαντιού ονομάζεται λάμψη διαμαντιού. Η κάτω πλευρά του διαμαντιού φαίνεται να είναι επαργυρωμένη από έξω και έχει μεταλλική γυαλάδα.

Τα πιο διάφανα και μεγάλα διαμάντια χρησιμεύουν ως διακόσμηση. Τα μικρά διαμάντια χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία ως εργαλείο κοπής ή λείανσης για μηχανές επεξεργασίας μετάλλων. Τα διαμάντια χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση των κεφαλών των εργαλείων διάτρησης για τη διάνοιξη φρεατίων σε σκληρούς βράχους. Αυτή η χρήση του διαμαντιού είναι δυνατή λόγω της μεγάλης σκληρότητάς του. Άλλοι πολύτιμοι λίθοι στις περισσότερες περιπτώσεις είναι κρύσταλλοι οξειδίου του αλουμινίου με πρόσμιξη οξειδίων χρωστικών στοιχείων - χρώμιο (ρουμπίνι), χαλκός (σμαράγδι), μαγγάνιο (αμέθυστος). Διακρίνονται επίσης από σκληρότητα, αντοχή και έχουν όμορφα χρώματα και «παιχνίδι του φωτός». Επί του παρόντος, είναι σε θέση να αποκτήσουν τεχνητά μεγάλους κρυστάλλους οξειδίου του αλουμινίου και να τους βάψουν στο επιθυμητό χρώμα.

Τα φαινόμενα της διασποράς του φωτός εξηγούνται από την ποικιλία των χρωμάτων της φύσης. Μια ολόκληρη σειρά οπτικών πειραμάτων με πρίσματα διεξήχθη από τον Άγγλο επιστήμονα Ισαάκ Νεύτωνα τον 17ο αιώνα. Αυτά τα πειράματα έδειξαν ότι το λευκό φως δεν είναι θεμελιώδες, θα πρέπει να θεωρείται ως σύνθετο («ανομοιογενές»). τα κυριότερα είναι διαφορετικά χρώματα («ομοιόμορφες» ακτίνες ή «μονόχρωμες» ακτίνες). Η αποσύνθεση του λευκού φωτός σε διαφορετικά χρώματα συμβαίνει επειδή κάθε χρώμα έχει τον δικό του βαθμό διάθλασης. Αυτά τα συμπεράσματα του Νεύτωνα συνάδουν με τις σύγχρονες επιστημονικές ιδέες.

Παράλληλα με τη διασπορά του δείκτη διάθλασης, παρατηρείται διασπορά των συντελεστών απορρόφησης, μετάδοσης και ανάκλασης του φωτός. Αυτό εξηγεί τις διάφορες επιπτώσεις όταν φωτίζονται σώματα. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει κάποιο σώμα διαφανές στο φως, για το οποίο ο συντελεστής διαπερατότητας είναι μεγάλος για το κόκκινο φως και ο συντελεστής ανάκλασης είναι μικρός, αλλά για το πράσινο φως είναι το αντίθετο: ο συντελεστής διαπερατότητας είναι μικρός και ο συντελεστής ανάκλασης είναι μεγάλος, τότε στο εκπεμπόμενο φως το σώμα θα φαίνεται κόκκινο και στο ανακλώμενο φως είναι πράσινο. Τέτοιες ιδιότητες κατέχει, για παράδειγμα, η χλωροφύλλη, μια πράσινη ουσία που περιέχεται στα φύλλα των φυτών και είναι υπεύθυνη για το πράσινο χρώμα της. Ένα διάλυμα χλωροφύλλης σε αλκοόλ εμφανίζεται κόκκινο όταν το βλέπουμε ενάντια στο φως. Στο ανακλώμενο φως, η ίδια λύση εμφανίζεται πράσινη.

Εάν ένα σώμα έχει υψηλό συντελεστή απορρόφησης και χαμηλό συντελεστή διαπερατότητας και ανάκλασης, τότε ένα τέτοιο σώμα θα φαίνεται μαύρο και αδιαφανές (για παράδειγμα, αιθάλη). Ένα πολύ λευκό, αδιαφανές σώμα (π.χ. οξείδιο του μαγνησίου) έχει ανάκλαση κοντά στη μονάδα για όλα τα μήκη κύματος και πολύ χαμηλούς συντελεστές διαπερατότητας και απορρόφησης. Ένα σώμα (γυαλί) που είναι εντελώς διαφανές στο φως έχει χαμηλούς συντελεστές ανάκλασης και απορρόφησης και διαπερατότητα κοντά στη μονάδα για όλα τα μήκη κύματος. Στο έγχρωμο γυαλί, για ορισμένα μήκη κύματος οι συντελεστές μετάδοσης και ανάκλασης είναι πρακτικά ίσοι με μηδέν και, κατά συνέπεια, ο συντελεστής απορρόφησης για τα ίδια μήκη κύματος είναι κοντά στη μονάδα.

Φαινόμενα που σχετίζονται με τη διάθλαση του φωτός

Μερικοί τύποι αντικατοπτρισμών. Από τη μεγαλύτερη ποικιλία αντικατοπτρισμών, θα ξεχωρίσουμε διάφορους τύπους: αντικατοπτρισμούς «λίμνης», που ονομάζονται και κατώτεροι αντικατοπτρισμοί, ανώτεροι μιράζ, διπλοί και τριπλοί αντικατοπτρισμοί, αντικατοπτρισμοί εξαιρετικά μακρινής όρασης.

Κάτω («λίμνη») αντικατοπτρισμοί εμφανίζονται πάνω από μια πολύ θερμαινόμενη επιφάνεια. Οι ανώτεροι αντικατοπτρισμοί, αντίθετα, εμφανίζονται σε μια πολύ δροσερή επιφάνεια, για παράδειγμα πάνω από κρύο νερό. Εάν οι κατώτεροι αντικατοπτρισμοί παρατηρούνται, κατά κανόνα, σε ερήμους και στέπες, τότε οι ανώτεροι παρατηρούνται στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη.

Οι ανώτεροι αντικατοπτρισμοί είναι διαφορετικοί. Σε ορισμένες περιπτώσεις δίνουν μια άμεση εικόνα, σε άλλες περιπτώσεις μια ανεστραμμένη εικόνα εμφανίζεται στον αέρα. Τα Mirage μπορεί να είναι διπλά, όταν παρατηρούνται δύο εικόνες, μία απλή και μία ανεστραμμένη. Αυτές οι εικόνες μπορεί να χωρίζονται από μια λωρίδα αέρα (η μία μπορεί να βρίσκεται πάνω από τη γραμμή του ορίζοντα, η άλλη κάτω από αυτήν), αλλά μπορεί να συγχωνευθούν απευθείας μεταξύ τους. Μερικές φορές εμφανίζεται μια άλλη - μια τρίτη εικόνα.

Οι αντικατοπτρισμοί όρασης εξαιρετικά μεγάλης εμβέλειας είναι ιδιαίτερα εκπληκτικοί. Ο K. Flammarion στο βιβλίο του «Atmosphere» περιγράφει ένα παράδειγμα τέτοιου αντικατοπτρισμού: «Με βάση τις μαρτυρίες πολλών αξιόπιστων προσώπων, μπορώ να αναφέρω έναν αντικατοπτρισμό που εθεάθη στην πόλη Verviers (Βέλγιο) τον Ιούνιο του 1815. Ένα πρωί , οι κάτοικοι της πόλης είδαν στον ουρανό στρατό, και ήταν τόσο ξεκάθαρο που μπορούσε κανείς να διακρίνει τα κουστούμια των πυροβολικών και ακόμη, για παράδειγμα, ένα κανόνι με σπασμένο τροχό που κόντευε να πέσει... Ήταν πρωί της Μάχης του Βατερλό!». Ο περιγραφόμενος αντικατοπτρισμός απεικονίζεται με τη μορφή έγχρωμης ακουαρέλας από έναν από τους αυτόπτες μάρτυρες. Η απόσταση από το Βατερλό έως το Βερβιέρ σε ευθεία γραμμή είναι πάνω από 100 χιλιόμετρα. Υπάρχουν γνωστές περιπτώσεις όπου παρόμοια αντικατοπτρίσματα παρατηρήθηκαν σε μεγάλες αποστάσεις - έως και 1000 km. Ο «Ιπτάμενος Ολλανδός» πρέπει να αποδοθεί ακριβώς σε τέτοιους αντικατοπτρισμούς.

Επεξήγηση του κατώτερου ("λίμνη") αντικατοπτρισμού. Εάν ο αέρας κοντά στην επιφάνεια της γης είναι πολύ ζεστός και, επομένως, η πυκνότητά του είναι σχετικά χαμηλή, τότε ο δείκτης διάθλασης στην επιφάνεια θα είναι μικρότερος από ό,τι σε υψηλότερα στρώματα αέρα. Αλλαγή του δείκτη διάθλασης του αέρα nμε ύψος ηκοντά στην επιφάνεια της γης για την υπό εξέταση περίπτωση φαίνεται στο Σχήμα 3, α.

Σύμφωνα με τον καθιερωμένο κανόνα, οι ακτίνες φωτός κοντά στην επιφάνεια της γης σε αυτή την περίπτωση θα κάμπτονται έτσι ώστε η τροχιά τους να είναι κυρτή προς τα κάτω. Ας υπάρχει ένας παρατηρητής στο σημείο Α. Μια ακτίνα φωτός από μια συγκεκριμένη περιοχή του γαλάζιου ουρανού θα εισέλθει στο μάτι του παρατηρητή, βιώνοντας την καθορισμένη καμπυλότητα. Αυτό σημαίνει ότι ο παρατηρητής θα δει το αντίστοιχο τμήμα του ουρανού όχι πάνω από τη γραμμή του ορίζοντα, αλλά κάτω από αυτόν. Θα του φαίνεται ότι βλέπει νερό, αν και στην πραγματικότητα υπάρχει μια εικόνα γαλάζιου ουρανού μπροστά του. Αν φανταστούμε ότι υπάρχουν λόφοι, φοίνικες ή άλλα αντικείμενα κοντά στη γραμμή του ορίζοντα, τότε ο παρατηρητής θα τα δει ανάποδα, χάρη στη σημειωμένη καμπυλότητα των ακτίνων, και θα τα αντιληφθεί ως αντανακλάσεις των αντίστοιχων αντικειμένων σε ανύπαρκτα νερό. Έτσι προκύπτει μια ψευδαίσθηση, που είναι ένας αντικατοπτρισμός «λίμνης».

Απλοί ανώτεροι αντικατοπτρισμοί. Μπορεί να υποτεθεί ότι ο αέρας στην ίδια την επιφάνεια της γης ή του νερού δεν θερμαίνεται, αλλά, αντίθετα, ψύχεται αισθητά σε σύγκριση με υψηλότερα στρώματα αέρα. η αλλαγή στο n με το ύψος h φαίνεται στο Σχήμα 4, α. Στην περίπτωση που εξετάζουμε, οι φωτεινές ακτίνες κάμπτονται έτσι ώστε η τροχιά τους να είναι κυρτή προς τα πάνω. Επομένως, τώρα ο παρατηρητής μπορεί να δει αντικείμενα κρυμμένα από αυτόν πίσω από τον ορίζοντα, και θα τα δει στην κορυφή, σαν να κρέμονται πάνω από τη γραμμή του ορίζοντα. Επομένως, τέτοια αντικατοπτρίσματα ονομάζονται ανώτερα.

Ο ανώτερος αντικατοπτρισμός μπορεί να παράγει τόσο όρθια όσο και ανεστραμμένη εικόνα. Η άμεση εικόνα που φαίνεται στο σχήμα εμφανίζεται όταν ο δείκτης διάθλασης του αέρα μειώνεται σχετικά αργά με το ύψος. Όταν ο δείκτης διάθλασης μειώνεται γρήγορα, σχηματίζεται μια ανεστραμμένη εικόνα. Αυτό μπορεί να επαληθευτεί λαμβάνοντας υπόψη μια υποθετική περίπτωση - ο δείκτης διάθλασης σε ένα ορισμένο ύψος h μειώνεται απότομα (Εικ. 5). Οι ακτίνες του αντικειμένου, πριν φτάσουν στον παρατηρητή Α, βιώνουν ολική εσωτερική ανάκλαση από το όριο BC, κάτω από το οποίο στην περίπτωση αυτή υπάρχει πυκνότερος αέρας. Μπορεί να φανεί ότι ο ανώτερος αντικατοπτρισμός δίνει μια ανεστραμμένη εικόνα του αντικειμένου. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει απότομο όριο μεταξύ των στρωμάτων του αέρα· η μετάβαση γίνεται σταδιακά. Αλλά αν εμφανιστεί αρκετά έντονα, τότε ο ανώτερος αντικατοπτρισμός θα δώσει μια ανεστραμμένη εικόνα (Εικ. 5).

Διπλοί και τριπλοί αντικατοπτρισμοί. Εάν ο δείκτης διάθλασης του αέρα αλλάξει πρώτα γρήγορα και μετά αργά, τότε σε αυτή την περίπτωση οι ακτίνες στην περιοχή I θα κάμπτονται πιο γρήγορα από ό,τι στην περιοχή II. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται δύο εικόνες (Εικ. 6, 7). Οι ακτίνες φωτός 1 που διαδίδονται στην περιοχή του αέρα σχηματίζουν μια ανεστραμμένη εικόνα του αντικειμένου. Οι ακτίνες 2, που διαδίδονται κυρίως εντός της περιοχής II, κάμπτονται σε μικρότερο βαθμό και σχηματίζουν μια ευθεία εικόνα.

Για να κατανοήσετε πώς εμφανίζεται ένας τριπλός αντικατοπτρισμός, πρέπει να φανταστείτε τρεις διαδοχικές περιοχές αέρα: την πρώτη (κοντά στην επιφάνεια), όπου ο δείκτης διάθλασης μειώνεται αργά με το ύψος, την επόμενη, όπου ο δείκτης διάθλασης μειώνεται γρήγορα και την τρίτη περιοχή, όπου ο δείκτης διάθλασης μειώνεται ξανά αργά. Το σχήμα δείχνει τη θεωρούμενη μεταβολή του δείκτη διάθλασης με το ύψος. Το σχήμα δείχνει πώς συμβαίνει ένας τριπλός αντικατοπτρισμός. Οι ακτίνες 1 σχηματίζουν την κάτω εικόνα του αντικειμένου, εκτείνονται εντός της περιοχής αέρα I. Οι ακτίνες 2 σχηματίζουν μια ανεστραμμένη εικόνα. Πέφτω στην περιοχή αέρα II, αυτές οι ακτίνες έχουν έντονη καμπυλότητα. Οι ακτίνες 3 σχηματίζουν την επάνω άμεση εικόνα του αντικειμένου.

Αντικατοπτρισμός όρασης εξαιρετικά μεγάλης εμβέλειας. Η φύση αυτών των αντικατοπτρισμών έχει μελετηθεί λιγότερο. Είναι σαφές ότι η ατμόσφαιρα πρέπει να είναι διαφανής, χωρίς υδρατμούς και ρύπανση. Αυτό όμως δεν είναι αρκετό. Ένα σταθερό στρώμα ψυχρού αέρα θα πρέπει να σχηματιστεί σε ένα ορισμένο ύψος πάνω από την επιφάνεια της γης. Κάτω και πάνω από αυτό το στρώμα ο αέρας πρέπει να είναι πιο ζεστός. Μια φωτεινή δέσμη που μπαίνει μέσα σε ένα πυκνό κρύο στρώμα αέρα είναι, σαν να λέγαμε, «κλειδωμένη» μέσα σε αυτό και εξαπλώνεται μέσα από αυτό σαν μέσω ενός είδους οδηγού φωτός. Η διαδρομή της δέσμης στο Σχήμα 8 είναι πάντα κυρτή προς λιγότερο πυκνές περιοχές αέρα.

Η εμφάνιση αντικατοπτρισμών εξαιρετικά μεγάλης εμβέλειας μπορεί να εξηγηθεί από τη διάδοση ακτίνων μέσα σε παρόμοιους «οδηγούς φωτός», τους οποίους δημιουργεί μερικές φορές η φύση.

Το ουράνιο τόξο είναι ένα όμορφο ουράνιο φαινόμενο που πάντα προσέλκυε την προσοχή του ανθρώπου. Σε παλαιότερες εποχές, όταν οι άνθρωποι γνώριζαν ακόμα λίγα για τον κόσμο γύρω τους, το ουράνιο τόξο θεωρούνταν «ουράνιο ζώδιο». Έτσι, οι αρχαίοι Έλληνες νόμιζαν ότι το ουράνιο τόξο ήταν το χαμόγελο της θεάς Ίριδας.

Ένα ουράνιο τόξο παρατηρείται στην αντίθετη κατεύθυνση από τον Ήλιο, με φόντο τα σύννεφα της βροχής ή τη βροχή. Το πολύχρωμο τόξο βρίσκεται συνήθως σε απόσταση 1-2 km από τον παρατηρητή και μερικές φορές μπορεί να παρατηρηθεί σε απόσταση 2-3 m με φόντο σταγόνες νερού που σχηματίζονται από βρύσες ή ψεκασμούς νερού.

Το κέντρο του ουράνιου τόξου βρίσκεται στη συνέχεια της ευθείας γραμμής που συνδέει τον Ήλιο και το μάτι του παρατηρητή - στην αντιηλιακή γραμμή. Η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης προς το κύριο ουράνιο τόξο και της αντιηλιακής γραμμής είναι 41-42º (Εικ. 9).

Τη στιγμή της ανατολής, το αντιηλιακό σημείο (σημείο Μ) βρίσκεται στη γραμμή του ορίζοντα και το ουράνιο τόξο έχει την εμφάνιση ημικυκλίου. Καθώς ο Ήλιος ανατέλλει, το αντιηλιακό σημείο κινείται κάτω από τον ορίζοντα και το μέγεθος του ουράνιου τόξου μειώνεται. Αντιπροσωπεύει μόνο μέρος ενός κύκλου.

Συχνά παρατηρείται ένα δευτερεύον ουράνιο τόξο, ομόκεντρο με το πρώτο, με γωνιακή ακτίνα περίπου 52º και τα χρώματα αντίστροφα.

Όταν το υψόμετρο του Ήλιου είναι 41º, το κύριο ουράνιο τόξο παύει να είναι ορατό και μόνο μέρος του πλευρικού ουράνιου τόξου προεξέχει πάνω από τον ορίζοντα, και όταν το υψόμετρο του Ήλιου είναι μεγαλύτερο από 52º, ούτε το πλευρικό ουράνιο τόξο είναι ορατό. Επομένως, σε γεωγραφικά πλάτη του μέσου ισημερινού αυτό το φυσικό φαινόμενο δεν παρατηρείται ποτέ κατά τις μεσημεριανές ώρες.

Το ουράνιο τόξο έχει επτά βασικά χρώματα, που μεταβαίνουν ομαλά από το ένα στο άλλο.

Ο τύπος του τόξου, η φωτεινότητα των χρωμάτων και το πλάτος των λωρίδων εξαρτώνται από το μέγεθος των σταγονιδίων νερού και τον αριθμό τους. Οι μεγάλες σταγόνες δημιουργούν ένα πιο στενό ουράνιο τόξο, με έντονα έντονα χρώματα, οι μικρές σταγόνες δημιουργούν ένα θολό, ξεθωριασμένο και ακόμη λευκό τόξο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα φωτεινό στενό ουράνιο τόξο είναι ορατό το καλοκαίρι μετά από μια καταιγίδα, κατά την οποία πέφτουν μεγάλες σταγόνες.

Η θεωρία του ουράνιου τόξου προτάθηκε για πρώτη φορά το 1637 από τον Rene Descartes. Εξήγησε τα ουράνια τόξα ως ένα φαινόμενο που σχετίζεται με την ανάκλαση και τη διάθλαση του φωτός στις σταγόνες της βροχής.

Ο σχηματισμός των χρωμάτων και η αλληλουχία τους εξηγήθηκαν αργότερα, αφού αποκαλύφθηκε η περίπλοκη φύση του λευκού φωτός και η διασπορά του στο μέσο. Η θεωρία περίθλασης των ουράνιων τόξων αναπτύχθηκε από τους Erie και Partner.

Μπορούμε να εξετάσουμε την απλούστερη περίπτωση: αφήστε μια δέσμη παράλληλων ηλιακών ακτίνων να πέσει πάνω σε σταγόνες που έχουν σχήμα μπάλας (Εικ. 10). Μια ακτίνα που προσπίπτει στην επιφάνεια μιας σταγόνας στο σημείο Α διαθλάται μέσα της σύμφωνα με το νόμο της διάθλασης:

n sin α=n sin β, όπου n=1, n≈1,33 –

αντίστοιχα, οι δείκτες διάθλασης του αέρα και του νερού, α είναι η γωνία πρόσπτωσης και β είναι η γωνία διάθλασης του φωτός.

Μέσα στη σταγόνα, η ακτίνα ΑΒ ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή. Στο σημείο Β, η δέσμη διαθλάται μερικώς και μερικώς ανακλάται. Πρέπει να σημειωθεί ότι όσο μικρότερη είναι η γωνία πρόσπτωσης στο σημείο Β, άρα και στο σημείο Α, τόσο μικρότερη είναι η ένταση της ανακλώμενης δέσμης και τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση της διαθλασμένης δέσμης.

Η δέσμη ΑΒ, μετά την ανάκλαση στο σημείο Β, εμφανίζεται σε γωνία β`=β b και προσκρούει στο σημείο Γ, όπου επίσης συμβαίνει μερική ανάκλαση και μερική διάθλαση του φωτός. Η διαθλασμένη ακτίνα αφήνει την πτώση υπό γωνία γ, και η ανακλώμενη ακτίνα μπορεί να ταξιδέψει περαιτέρω, στο σημείο D, κ.λπ. Έτσι, η ακτίνα φωτός στην πτώση υφίσταται πολλαπλή ανάκλαση και διάθλαση. Με κάθε ανάκλαση, μερικές από τις ακτίνες φωτός βγαίνουν και η έντασή τους μέσα στη σταγόνα μειώνεται. Η πιο έντονη από τις ακτίνες που αναδύονται στον αέρα είναι η ακτίνα που αναδύεται από την πτώση στο σημείο Β. Αλλά είναι δύσκολο να την παρατηρήσουμε, αφού χάνεται στο φόντο του λαμπερού άμεσου ηλιακού φωτός. Οι ακτίνες που διαθλώνται στο σημείο C μαζί δημιουργούν ένα πρωτεύον ουράνιο τόξο στο φόντο ενός σκοτεινού σύννεφου και οι ακτίνες που διαθλώνται στο σημείο D παράγουν ένα δευτερεύον ουράνιο τόξο, το οποίο είναι λιγότερο έντονο από το πρωτεύον.

Κατά την εξέταση του σχηματισμού ενός ουράνιου τόξου, πρέπει να ληφθεί υπόψη ένα ακόμη φαινόμενο - η άνιση διάθλαση κυμάτων φωτός διαφορετικού μήκους, δηλαδή ακτίνες φωτός διαφορετικών χρωμάτων. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διασπορά. Λόγω της διασποράς, οι γωνίες διάθλασης γ και η γωνία εκτροπής Θ των ακτίνων σε μια σταγόνα είναι διαφορετικές για ακτίνες διαφορετικών χρωμάτων.

Τις περισσότερες φορές βλέπουμε ένα ουράνιο τόξο. Δεν είναι ασυνήθιστο για δύο ρίγες ουράνιου τόξου να εμφανίζονται στον ουρανό ταυτόχρονα, που βρίσκονται η μία μετά την άλλη. Παρατηρούν επίσης έναν ακόμη μεγαλύτερο αριθμό ουράνιων τόξων - τρία, τέσσερα ακόμη και πέντε ταυτόχρονα. Αυτό το ενδιαφέρον φαινόμενο παρατηρήθηκε από τους Leningraders στις 24 Σεπτεμβρίου 1948, όταν το απόγευμα τέσσερα ουράνια τόξα εμφανίστηκαν ανάμεσα στα σύννεφα πάνω από τον Νέβα. Αποδεικνύεται ότι τα ουράνια τόξα μπορούν να προκύψουν όχι μόνο από άμεσες ακτίνες. Εμφανίζεται συχνά στις ανακλώμενες ακτίνες του Ήλιου. Αυτό μπορεί να το δει κανείς στις όχθες θαλάσσιων κόλπων, μεγάλων ποταμών και λιμνών. Τρία ή τέσσερα ουράνια τόξα - συνηθισμένα και αντανακλαστικά - μερικές φορές δημιουργούν μια όμορφη εικόνα. Δεδομένου ότι οι ακτίνες του Ήλιου που αντανακλώνται από την επιφάνεια του νερού πηγαίνουν από κάτω προς τα πάνω, το ουράνιο τόξο που σχηματίζεται στις ακτίνες μπορεί μερικές φορές να φαίνεται εντελώς ασυνήθιστο.

Δεν πρέπει να νομίζετε ότι τα ουράνια τόξα φαίνονται μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Συμβαίνει και το βράδυ, αν και είναι πάντα αδύναμο. Μπορείτε να δείτε ένα τέτοιο ουράνιο τόξο μετά από μια νυχτερινή βροχή, όταν η Σελήνη εμφανίζεται πίσω από τα σύννεφα.

Κάποια όψη ουράνιου τόξου μπορεί να αποκτηθεί μέσω του ακόλουθου πειράματος: Πρέπει να φωτίσετε μια φιάλη γεμάτη με νερό με ηλιακό φως ή μια λάμπα μέσα από μια τρύπα σε έναν λευκό πίνακα. Στη συνέχεια, ένα ουράνιο τόξο θα γίνει καθαρά ορατό στον πίνακα και η γωνία απόκλισης των ακτίνων σε σύγκριση με την αρχική κατεύθυνση θα είναι περίπου 41-42°. Υπό φυσικές συνθήκες, δεν υπάρχει οθόνη· η εικόνα εμφανίζεται στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού και το μάτι προβάλλει αυτή την εικόνα στα σύννεφα.

Εάν ένα ουράνιο τόξο εμφανιστεί το βράδυ πριν από τη δύση του ηλίου, τότε παρατηρείται ένα κόκκινο ουράνιο τόξο. Τα τελευταία πέντε ή δέκα λεπτά πριν από τη δύση του ηλίου, όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου εκτός από το κόκκινο εξαφανίζονται, και γίνεται πολύ φωτεινό και ορατό ακόμα και δέκα λεπτά μετά τη δύση του ηλίου.

Ένα ουράνιο τόξο στη δροσιά είναι ένα όμορφο θέαμα. Μπορεί να παρατηρηθεί με την ανατολή του ηλίου στο γρασίδι καλυμμένο με δροσιά. Αυτό το ουράνιο τόξο έχει σχήμα υπερβολής.

Σέλας

Ένα από τα πιο όμορφα οπτικά φαινόμενα της φύσης είναι το σέλας.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα σέλας έχουν μια πράσινη ή μπλε-πράσινη απόχρωση με περιστασιακές κηλίδες ή ένα περίγραμμα ροζ ή κόκκινο.

Τα σέλας παρατηρούνται σε δύο κύριες μορφές - με τη μορφή κορδέλες και με τη μορφή κηλίδων που μοιάζουν με σύννεφα. Όταν η λάμψη είναι έντονη, παίρνει τη μορφή κορδέλες. Χάνοντας την ένταση, μετατρέπεται σε κηλίδες. Ωστόσο, πολλές κασέτες εξαφανίζονται πριν προλάβουν να σπάσουν σε σημεία. Οι κορδέλες φαίνονται να κρέμονται στο σκοτεινό χώρο του ουρανού, μοιάζοντας με γιγάντια κουρτίνα ή κουρτίνα, που συνήθως εκτείνεται από την ανατολή προς τη δύση για χιλιάδες χιλιόμετρα. Το ύψος αυτής της κουρτίνας είναι αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα, το πάχος δεν ξεπερνά τις αρκετές εκατοντάδες μέτρα και είναι τόσο λεπτό και διαφανές που τα αστέρια φαίνονται μέσα από αυτό. Το κάτω άκρο της κουρτίνας είναι αρκετά ευκρινές και ξεκάθαρο και συχνά χρωματίζεται σε κόκκινο ή ροζ χρώμα, που θυμίζει περίγραμμα κουρτίνας· το πάνω άκρο χάνεται σταδιακά σε ύψος και αυτό δημιουργεί μια ιδιαίτερα εντυπωσιακή εντύπωση του βάθους του χώρου.

Υπάρχουν τέσσερις τύποι σέλας:

Ένα ομοιογενές τόξο - μια φωτεινή λωρίδα έχει το απλούστερο, πιο ήρεμο σχήμα. Είναι πιο φωτεινό από κάτω και σταδιακά εξαφανίζεται προς τα πάνω στο φόντο της λάμψης του ουρανού.

Ακτινοβόλο τόξο - η ταινία γίνεται κάπως πιο ενεργή και κινητή, σχηματίζει μικρές πτυχώσεις και ροές.

Ακτινωτή λωρίδα - με αυξανόμενη δραστηριότητα, μεγαλύτερες πτυχές επικαλύπτουν τις μικρές.

Καθώς αυξάνεται η δραστηριότητα, οι πτυχές ή οι βρόχοι επεκτείνονται σε τεράστια μεγέθη και το κάτω άκρο της κορδέλας λάμπει έντονα με ροζ λάμψη. Όταν η δραστηριότητα υποχωρεί, οι πτυχές εξαφανίζονται και η ταινία επιστρέφει σε ομοιόμορφο σχήμα. Αυτό υποδηλώνει ότι μια ομοιογενής δομή είναι η κύρια μορφή του σέλας και οι πτυχές συνδέονται με αυξανόμενη δραστηριότητα.

Συχνά εμφανίζονται ακτινοβολίες διαφορετικού τύπου. Καλύπτουν ολόκληρη την πολική περιοχή και είναι πολύ έντονες. Εμφανίζονται κατά την αύξηση της ηλιακής δραστηριότητας. Αυτά τα σέλας εμφανίζονται ως ένα λευκό-πράσινο καπέλο. Τέτοια σέλας ονομάζονται σκουλαρίκια.

Με βάση τη φωτεινότητα του σέλας, χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες, που διαφέρουν μεταξύ τους κατά μία τάξη μεγέθους (δηλαδή 10 φορές). Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει σέλας που είναι ελάχιστα αισθητά και περίπου ίση σε φωτεινότητα με τον Γαλαξία μας, ενώ τα σέλας τέταρτης κατηγορίας φωτίζουν τη Γη τόσο έντονα όσο η πανσέληνος.

Πρέπει να σημειωθεί ότι το σέλας που προκύπτει εξαπλώνεται προς τα δυτικά με ταχύτητα 1 km/sec. Τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας στην περιοχή των λάμψεων σέλας θερμαίνονται και ορμούν προς τα πάνω, γεγονός που επηρέασε την αυξημένη πέδηση των τεχνητών δορυφόρων της Γης που διέρχονται από αυτές τις ζώνες.

Κατά τη διάρκεια των σέλας, τα δινοηλεκτρικά ρεύματα εμφανίζονται στην ατμόσφαιρα της Γης, καλύπτοντας μεγάλες περιοχές. Διεγείρουν μαγνητικές καταιγίδες, τα λεγόμενα πρόσθετα ασταθή μαγνητικά πεδία. Όταν η ατμόσφαιρα λάμπει, εκπέμπει ακτίνες Χ, οι οποίες είναι πιθανότατα το αποτέλεσμα της επιβράδυνσης των ηλεκτρονίων στην ατμόσφαιρα.

Οι συχνές λάμψεις λάμψης συνοδεύονται σχεδόν πάντα από ήχους που θυμίζουν θόρυβο και τρίξιμο. Τα σέλας έχουν μεγάλη επιρροή στις έντονες αλλαγές στην ιονόσφαιρα, οι οποίες με τη σειρά τους επηρεάζουν τις συνθήκες ραδιοεπικοινωνίας, δηλαδή η ραδιοεπικοινωνία επιδεινώνεται πολύ, με αποτέλεσμα σοβαρές παρεμβολές ή ακόμη και πλήρη απώλεια λήψης.

Η εμφάνιση των σέλας.

Η Γη είναι ένας τεράστιος μαγνήτης, ο βόρειος πόλος του οποίου βρίσκεται κοντά στο νότιο γεωγραφικό πόλο και ο νότιος πόλος βρίσκεται κοντά στον βορρά. Και οι γραμμές μαγνητικού πεδίου της Γης είναι γεωμαγνητικές γραμμές που αναδύονται από την περιοχή δίπλα στον βόρειο μαγνητικό πόλο της Γης. Καλύπτουν ολόκληρη την υδρόγειο και εισέρχονται σε αυτήν στην περιοχή του νότιου μαγνητικού πόλου, σχηματίζοντας ένα δακτυλιοειδές πλέγμα γύρω από τη Γη.

Για μεγάλο χρονικό διάστημα πιστευόταν ότι η θέση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου ήταν συμμετρική σε σχέση με τον άξονα της γης. Αλλά στην πραγματικότητα, αποδείχθηκε ότι ο λεγόμενος «ηλιακός άνεμος», δηλαδή ένα ρεύμα πρωτονίων και ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από τον Ήλιο, επιτίθεται στο γεωμαγνητικό κέλυφος της Γης από ύψος περίπου 20.000 km. Το τραβάει μακριά από τον Ήλιο, σχηματίζοντας έτσι ένα είδος μαγνητικής «ουράς» στη Γη.

Μόλις βρεθεί στο μαγνητικό πεδίο της Γης, ένα ηλεκτρόνιο ή ένα πρωτόνιο κινείται σε μια σπείρα, τυλίγοντας γύρω από τη γεωμαγνητική γραμμή. Αυτά τα σωματίδια, που πέφτουν από τον ηλιακό άνεμο στο μαγνητικό πεδίο της Γης, χωρίζονται σε δύο μέρη: ένα μέρος κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου ρέει αμέσως στις πολικές περιοχές της Γης και το άλλο μπαίνει μέσα στο τεροειδή και κινείται μέσα σε αυτό. μπορεί να γίνει σύμφωνα με τον κανόνα του αριστερού χεριού, κατά μήκος της κλειστής καμπύλης ABC. Τελικά, αυτά τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια ρέουν επίσης κατά μήκος γεωμαγνητικών γραμμών στην περιοχή των πόλων, όπου εμφανίζεται η αυξημένη συγκέντρωσή τους. Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια παράγουν ιονισμό και διέγερση ατόμων και μορίων αερίων. Έχουν αρκετή ενέργεια για αυτό. Δεδομένου ότι τα πρωτόνια φτάνουν στη Γη με ενέργειες 10.000-20.000 eV (1 eV = 1,6 10 J), και τα ηλεκτρόνια με ενέργειες 10-20 eV. Αλλά για τον ιονισμό των ατόμων είναι απαραίτητο: για το υδρογόνο - 13,56 eV, για το οξυγόνο - 13,56 eV, για το άζωτο - 124,47 eV, και ακόμη λιγότερο για τη διέγερση.

Με βάση την αρχή που εμφανίζεται σε σωλήνες με σπάνιο αέριο όταν διέρχονται ρεύματα, τα διεγερμένα άτομα αερίου επιστρέφουν τη ληφθείσα ενέργεια με τη μορφή φωτός.

Η πράσινη και η κόκκινη λάμψη, σύμφωνα με τα αποτελέσματα μιας φασματικής μελέτης, ανήκουν σε διεγερμένα άτομα οξυγόνου και η υπέρυθρη και η ιώδης λάμψη ανήκουν σε ιονισμένα μόρια αζώτου. Ορισμένες γραμμές εκπομπής οξυγόνου και αζώτου σχηματίζονται σε υψόμετρο 110 km και η κόκκινη λάμψη του οξυγόνου εμφανίζεται σε υψόμετρο 200-400 km. Η επόμενη ασθενής πηγή κόκκινου φωτός είναι τα άτομα υδρογόνου, που σχηματίζονται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας από πρωτόνια που φτάνουν από τον Ήλιο. Ένα τέτοιο πρωτόνιο, αφού συλλάβει ένα ηλεκτρόνιο, μετατρέπεται σε διεγερμένο άτομο υδρογόνου και εκπέμπει κόκκινο φως.

Μετά τις ηλιακές εκλάμψεις, οι εκλάμψεις σέλας συμβαίνουν συνήθως μέσα σε μία ή δύο ημέρες. Αυτό δείχνει μια σύνδεση μεταξύ αυτών των φαινομένων. Έρευνα με χρήση πυραύλων έχει δείξει ότι σε μέρη με μεγαλύτερη ένταση σέλας, παραμένει υψηλότερο επίπεδο ιονισμού αερίων από ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η μέγιστη ένταση του σέλας επιτυγχάνεται στις ακτές των ωκεανών και των θαλασσών.

Υπάρχει μια σειρά από δυσκολίες για την επιστημονική εξήγηση όλων των φαινομένων που σχετίζονται με τα σέλας. Δηλαδή, ο μηχανισμός για την επιτάχυνση των σωματιδίων σε ορισμένες ενέργειες δεν είναι πλήρως γνωστός, οι τροχιές κίνησής τους στο διάστημα κοντά στη Γη δεν είναι σαφείς, ο μηχανισμός για το σχηματισμό διαφόρων τύπων φωταύγειας δεν είναι απολύτως σαφής, η προέλευση των ήχων είναι ασαφής , και δεν συμφωνούν όλα ποσοτικά στο ενεργειακό ισοζύγιο ιονισμού και διέγερσης των σωματιδίων.

Μεταχειρισμένα βιβλία:

1. "Φυσική στη φύση", συγγραφέας - L. V. Tarasov, Εκδοτικός Οίκος Prosveshchenie, Μόσχα, 1988.
2. "Οπτικά φαινόμενα στη φύση", συγγραφέας - V. L. Bulat, εκδοτικός οίκος "Prosveshchenie", Μόσχα, 1974.
3. "Συνομιλίες για τη Φυσική, Μέρος II", συγγραφέας - M.I. Bludov, Εκδοτικός Οίκος Prosveshchenie, Μόσχα, 1985.
4. "Φυσική 10", συγγραφείς - G. Ya. Myakishev B. B. Bukhovtsev, εκδοτικός οίκος Prosveshchenie, Μόσχα, 1987.
5. "Εγκυκλοπαιδικό λεξικό ενός νεαρού φυσικού", που συντάχθηκε από τον V. A. Chuyanov, Εκδοτικός Οίκος Pedagogika, Μόσχα, 1984.
6. «Εγχειρίδιο για τη Φυσική Σχολείων», που συντάχθηκε από τη φιλολογική εταιρεία «Slovo», Μόσχα, 1995.
7. «Φυσική 11», N. M. Shakhmaev, S. N. Shakhmaev, D. Sh. Shodiev, εκδοτικός οίκος Prosveshchenie, Μόσχα, 1991.
8. «Επίλυση προβλημάτων στη φυσική», V. A. Shevtsov, εκδοτικός οίκος βιβλίων Nizhne-Volzhskoe, Volgograd, 1999.

Ένα άτομο αντιμετωπίζει συνεχώς ελαφρά φαινόμενα. Όλα όσα σχετίζονται με την ανάδυση του φωτός, τη διάδοση και την αλληλεπίδρασή του με την ύλη ονομάζονται φαινόμενα φωτός. 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 επιστημονικές εξηγήσεις φυσικών φαινομένων και οπτικά παραδείγματα στην 7η τάξη όταν αρχίζουν να μελετούν φυσική. Για πολλούς, η οπτική θα γίνει η πιο συναρπαστική και μυστηριώδης ενότητα στο πρόγραμμα σπουδών της σχολικής φυσικής.

Τι βλέπει ένας άνθρωπος;

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 βιολετί από την άλλη. Μετά το κόκκινο έρχεται το υπέρυθρο, μετά το βιολετί έρχεται το υπεριώδες. Πολλά ζώα και έντομα μπορούν να δουν αυτά τα χρώματα, αλλά οι άνθρωποι, δυστυχώς, δεν μπορούν. Αλλά ένα άτομο μπορεί να δημιουργήσει συσκευές που λαμβάνουν και εκπέμπουν κύματα φωτός του κατάλληλου μήκους.

Διάθλαση 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 διασπαστεί στα χρώματα ή τα μήκη κύματος από τα οποία αποτελείται. Πρώτα θα εμφανιστεί κόκκινο με μεγαλύτερο μήκος κύματος, μετά πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε και τέλος βιολετί, που έχει το μικρότερο μήκος κύματος στο ορατό φως.

Εάν πάρετε ένα άλλο πρίσμα για να πιάσετε το φως του ουράνιου τόξου και να το γυρίσετε ανάποδα, θα συγχωνεύσει 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 σχετικά με τα μικρά 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 επίσης να είναι φωτεινός λευκός. Για να φαίνεται μπλε, είναι απαραίτητες κάποιες διεργασίες με το φως καθώς περνά μέσα από την ατμόσφαιρα της Γης. Να τι συμβαίνει: Μέρος του φωτός διέρχεται από τον ελεύθερο χώρο μεταξύ των μορίων αερίου στην ατμόσφαιρα, φθάνοντας στην επιφάνεια της γης και παραμένοντας το ίδιο λευκό χρώμα όπως όταν ξεκίνησε. Αλλά το φως του ήλιου συναντά 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 φως που απορροφούν και εκπέμπουν πάλι φωτόνια φωτός σε μήκη κύματος που κυμαίνονται από κόκκινο έως ιώδες. Έτσι, ένα μέρος του φωτός κατευθύνεται προς τη γη, το υπόλοιπο στέλνεται πίσω στον Ήλιο. Η φωτεινότητα του εκπεμπόμενου φωτός εξαρτάται από το χρώμα. Οκτώ φωτόνια μπλε φωτός απελευθερώνονται για κάθε φωτόνιο κόκκινου φωτός. 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 ένα ουράνιο τόξο είναι ένα από τα παραδείγματα οπτικών φαινομένων στη φυσική, αλλά δεν παύουμε ποτέ να το θαυμάζουμε κάθε φορά που το βλέπουμε στον ουρανό. Το ενδιαφέρον είναι ότι κάθε παρατηρητής βλέπει ένα διαφορετικό ουράνιο τόξο, που δημιουργείται από τις ακτίνες φωτός που έρχονται από πίσω του και από τις σταγόνες της 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 φαίνεται ο ήλιος όταν βρέχει. Θα πρέπει να είναι χαμηλά, και ο παρατηρητής πρέπει να στέκεται έτσι ώστε ο ήλιος να είναι πίσω του και να κοιτάζει το μέρος όπου βρέχει ή μόλις έβρεξε.

Μια ηλιαχτίδα που έρχεται από το μακρινό διάστημα πιάνει μια σταγόνα βροχής. Λειτουργώντας σαν πρίσμα, μια σταγόνα 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, συναντούν το εσωτερικό της τοίχωμα, το οποίο λειτουργεί σαν καθρέφτης και οι ακτίνες αντανακλώνται προς την ίδια κατεύθυνση από την οποία εισήλθαν στη σταγόνα.

Το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι τα μάτια βλέπουν ένα ουράνιο τόξο χρωμάτων να 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 την ομίχλη ή τους θαλασσινούς ατμούς.

Τι χρώμα έχει το νερό;

Η απάντηση είναι προφανής - το νερό είναι μπλε. Εάν ρίξετε καθαρό νερό σε ένα ποτήρι, όλοι θα δουν τη διαφάνειά του. Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει πολύ λίγο νερό στο ποτήρι και το χρώμα είναι πολύ χλωμό για να φαίνεται.

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 χρώματα του κόκκινου έως του πράσινου φάσματος που διέρχονται από αυτά. Και το μπλε μέρος αντανακλάται πίσω. Βλέπουμε λοιπόν το μπλε χρώμα.

Ανατολή και ηλιοβασίλεμα

Αυτά είναι επίσης παραδείγματα οπτικών φαινομένων που παρατηρούν οι άνθρωποι καθημερινά. Όταν ο ήλιος ανατέλλει και δύει, κατευθύνει τις ακτίνες του υπό γωνία προς το μέρος όπου 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 επομένως διεισδύουν πιο εύκολα στο έδαφος από τις μπλε ακτίνες, οι οποίες έχουν σύντομα κύματα που αντανακλώνται από σωματίδια σκόνης και νερού. Επομένως, κατά τη διάρκεια της πρωινής και βραδινής αυγής, ένα άτομο παρατηρεί μόνο μέρος των ακτίνων του ήλιου που φτάνουν στη γη, δηλαδή τις κόκκινες.

Επίδειξη φωτός του πλανήτη

Ένα τυπικό σέλας είναι μια πολύχρωμη επίδειξη φωτός στον νυχτερινό ουρανό που μπορεί να δει κανείς κάθε βράδυ στον Βόρειο Πόλο. Αλλάζουν σε παράξενα σχήματα, τεράστιες ζώνες γαλαζοπράσινου φωτός με πορτοκαλί και κόκκινες κηλίδες φτάνουν μερικές φορές σε πλάτος άνω των 160 km και μπορούν να εκτείνονται σε μήκος 1.600 km.

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 σε τροχιά γύρω τους. Ένα σταθερό φωτοστέφανο θερμού αερίου εξαπλώνεται στο διάστημα με τη μορφή 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 από σύγκρουση με πρωτόνια και ηλεκτρόνια από τον Ήλιο, απελευθερώνουν 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 σε πολλά χρώματα. Αυτό είναι το 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 στην καυτή άμμο ή μπορεί να είναι εκπληκτικά πολύπλοκα, δημιουργώντας οράματα κρεμαστών κάστρα ή φρεγάτες με κολόνες. Όλα αυτά τα παραδείγματα οπτικών φαινομένων δημιουργούνται από το παιχνίδι του φωτός και του αέρα.

Τα ελαφρά κύματα κάμπτονται όταν 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 διασκορπίζονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, μειώνεται και η κίνηση των μορίων.

Τα οράματα που φαίνονται μέσα από τους φακούς 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 κουβαλάει μαζί του το φωτεινό ρεύμα, για παράδειγμα ο ουρανός, μπορεί να αντανακλώνται στην καυτή άμμο και να φαίνονται σαν ένα κομμάτι νερό, που πάντα απομακρύνεται όταν πλησιάζει.

Τις περισσότερες φορές, οι αντικατοπτρισμοί μπορούν να παρατηρηθούν σε μεγάλες αποστάσεις: σε ερήμους, θάλασσες και ωκεανούς, όπου μπορεί να υπάρχουν ζεστά και κρύα στρώματα αέρα με διαφορετικές πυκνότητες ταυτόχρονα. Είναι το πέρασμα από διαφορετικά στρώματα θερμοκρασίας που μπορεί να στρίψει το φωτεινό κύμα και τελικά να οδηγήσει σε ένα όραμα που είναι αντανάκλαση κάτι και παρουσιάζεται από τη φαντασία ως πραγματικό φαινόμενο.

Φωτοστέφανος

Για τις περισσότερες οπτικές ψευδαισθήσεις που μπορούν να παρατηρηθούν με γυμνό μάτι, η εξήγηση είναι η διάθλαση του ηλιακού φωτός στην ατμόσφαιρα. Ένα από τα πιο ασυνήθιστα παραδείγματα οπτικών φαινομένων είναι το ηλιακό φωτοστέφανο. Ουσιαστικά, ένα φωτοστέφανο είναι ένα ουράνιο τόξο γύρω από τον ήλιο. Ωστόσο, διαφέρει από ένα συνηθισμένο ουράνιο τόξο τόσο στην εμφάνιση όσο και στις ιδιότητές του.

Αυτό το φαινόμενο έχει πολλές ποικιλίες, καθεμία από τις οποίες είναι όμορφη με τον δικό της τρόπο. Αλλά για να συμβεί οποιοδήποτε είδος 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. Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός κρυστάλλων πάγου στον αέρα. Διασχίζοντας τους, 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 από τη σύγχρονη επιστήμη, για τον απλό παρατηρητή συχνά παραμένουν μυστικιστικά και μυστήριο.

Έχοντας εξετάσει τα κύρια παραδείγματα οπτικών φαινομένων, μπορούμε με βεβαιότητα να πιστέψουμε ότι πολλά από αυτά μπορούν να εξηγηθούν από τη σύγχρονη επιστήμη, παρά τον μυστικισμό και το μυστήριο τους. Όμως οι επιστήμονες έχουν ακόμη πολλές ανακαλύψεις μπροστά, ενδείξεις για τα μυστηριώδη φαινόμενα που συμβαίνουν στον πλανήτη Γη και όχι μόνο.