Оптички феномени во природата: рефлексија, слабеење, целосна внатрешна рефлексија, виножито, фатаморгана.

Руски државен аграрен универзитет Московската земјоделска академија именувана по К.А. Тимирјазева

Тема: Оптички појави во природата

Изведена

Бахтина Татјана Игоревна

Наставник:

Момџи Сергеј Георгиевич

Москва, 2014 година

1. Видови оптички појави

3. Вкупен внатрешен одраз

Заклучок

1. Видови оптички појави

Оптичкиот феномен на секој видлив настан е резултат на интеракцијата на светлината и материјалните медиуми на физичкото и биолошкото. Зелениот зрак светлина е пример за оптички феномен.

Вообичаените оптички феномени често се случуваат поради интеракцијата на светлината од сонцето или месечината со атмосферата, облаците, водата, прашината и другите честички. Некои од нив, како зелен зрак светлина, се толку редок феномен што понекогаш се сметаат за митски.

Оптичките појави ги вклучуваат оние кои произлегуваат од оптичките својства на атмосферата, остатокот од природата (други феномени); од предмети, без разлика дали се природни или човечки по природа (оптички ефекти), каде што нашите очи имаат ентоптична природа на феномени.

Постојат многу феномени кои се јавуваат како резултат на квантната или брановата природа на светлината. Некои од нив се прилично суптилни и може да се набљудуваат само преку прецизни мерења со помош на научни инструменти.

Во мојата работа сакам да земам предвид и да зборувам за оптичките појави поврзани со огледалата (рефлексија, слабеење) и атмосферските феномени (Маража, виножито, аурори), со кои често се среќаваме во секојдневниот живот.

2. Огледални оптички феномени

Мојата светлина, огледало, кажи ми...

Ако земеме едноставна и прецизна дефиниција, тогаш Огледалото е мазна површина дизајнирана да рефлектира светлина (или друго зрачење). Најпознат пример е авионско огледало.

Современата историја на огледалата датира од 13 век, поточно од 1240 година, кога Европа научила да дува стаклени садови. Пронајдокот на вистинското стаклено огледало датира од 1279 година, кога францисканецот Џон Пекам опишал метод за обложување на стакло со тенок слој калај.

Покрај огледалата измислени и создадени од човекот, списокот на рефлектирачки површини е голем и обемен: површина на резервоар, понекогаш мраз, понекогаш полиран метал, само стакло, ако го погледнете од одреден агол, но, сепак, тоа е вештачко огледало кое може да се нарече практично идеална рефлектирачка површина.

Принципот на патеката на зраците што се рефлектираат од огледалото е едноставен ако ги примениме законите на геометриската оптика, без да ја земеме предвид брановата природа на светлината. Светлосен зрак паѓа на површината на огледалото (разгледуваме целосно нетранспарентно огледало) под агол алфа на нормалниот (нормален) нацртан до точката на инциденца на зракот на огледалото. Аголот на рефлектираниот зрак ќе биде еднаков на истата вредност - алфа. Зрак што се спушта на огледало под прав агол на рамнината на огледалото ќе се рефлектира назад кон себе.

За наједноставното - рамно - огледало, сликата ќе се наоѓа зад огледалото симетрично на објектот во однос на рамнината на огледалото; ќе биде виртуелна, права и со иста големина како и самиот објект.

Фактот дека пејзажот рефлектиран во мирна вода не се разликува од вистинскиот, туку е само превртен наопаку, е далеку од вистина. Ако некој доцна навечер погледне како светилките се рефлектираат во водата или како се рефлектира брегот што се спушта кон водата, тогаш одразот ќе му изгледа скратен и целосно ќе „исчезне“ ако набљудувачот е високо над површината на водата. Исто така, никогаш не можете да го видите одразот на врвот на камен, чиј дел е потопен во вода. Пејзажот му изгледа на набљудувачот како да е гледан од точка која се наоѓа под површината на водата колку што е окото на набљудувачот над површината. Разликата помеѓу пејзажот и неговата слика се намалува како што окото се приближува до површината на водата, а исто така и кога предметот се оддалечува. Луѓето често мислат дека одразот на грмушките и дрвјата во езерцето има посветли бои и побогати тонови. Оваа карактеристика може да се забележи и со набљудување на одразот на предметите во огледало. Тука психолошката перцепција игра поголема улога од физичката страна на феноменот. Рамката на огледалото и бреговите на езерцето ограничуваат мала површина на пејзажот, заштитувајќи го страничниот вид на човекот од вишокот расфрлана светлина што доаѓа од целото небо и го заслепува набљудувачот, односно гледа во мала област на пејзажот како низ темна тесна цевка. Намалувањето на осветленоста на рефлектираната светлина во споредба со директната светлина им олеснува на луѓето да го набљудуваат небото, облаците и другите светло осветлени објекти кои, кога се гледаат директно, се премногу светли за окото.

3. Вкупен внатрешен одраз на светлината

Прекрасна глетка е фонтаната, чии исфрлени млазници се осветлени одвнатре. Ова може да се прикаже во нормални услови со изведување на следниот експеримент. Во висока лимена конзерва, на висина од 5 см од дното, треба да издупчите тркалезна дупка со дијаметар од 5-6 мм. Сијалицата со штекерот мора внимателно да се завитка во целофан хартија и да се постави спроти дупката. Треба да истурете вода во теглата. Со отворање на дупката добиваме млаз кој ќе биде осветлен одвнатре. Во темна соба свети силно и изгледа многу импресивно. На потокот може да му се даде каква било боја со поставување обоено стакло на патеката на светлосните зраци. Ако го ставите прстот на патеката на потокот, водата прска и овие капки светат силно. Објаснувањето за овој феномен е прилично едноставно. Светлосен зрак поминува долж млаз вода и удира во закривена површина под агол поголем од ограничувачкиот, доживува целосна внатрешна рефлексија, а потоа повторно ја погодува спротивната страна на потокот под агол повторно поголем од ограничувачкиот. Значи зракот поминува по млазот, свиткувајќи се заедно со него. Но, ако светлината целосно се рефлектира во внатрешноста на млазот, тогаш таа не би била видлива однадвор. Дел од светлината се расфрла со вода, воздушни меури и разни нечистотии присутни во неа, како и поради нерамната површина на млазот, па таа е видлива однадвор.

Овде ќе дадам физичко објаснување за овој феномен. Нека апсолутниот индекс на прекршување на првата средина е поголем од апсолутниот индекс на прекршување на втората средина n1 > n2, односно првата средина е оптички погуста. Овде апсолутните показатели на медиумите се соодветно еднакви:

Потоа, ако насочите зрак светлина од оптички погуст медиум кон оптички помалку густ медиум, тогаш како што се зголемува аголот на инциденца, прекршениот зрак ќе се приближи до интерфејсот помеѓу двата медиума, потоа ќе оди по интерфејсот и со понатамошно зголемување на аголот на инциденца, прекршениот зрак ќе исчезне, т.е. инцидентниот зрак целосно ќе се рефлектира од интерфејсот помеѓу двата медиума.

Ограничувачкиот агол (алфа нула) е аголот на инциденца, кој одговара на аголот на прекршување од 90 степени. За вода, граничниот агол е 49 степени. За стакло - 42 степени. Манифестации во природата: - воздушните меури на подводните растенија изгледаат како огледало - капките роса трепкаат со повеќебојни светла - „играта“ на дијамантите во зраците на светлината - површината на водата во чашата ќе свети кога ќе се погледне одоздола низ ѕидот на стаклото.

4. Атмосферски оптички феномени

Фатаморгана е оптички феномен во атмосферата: рефлексија на светлината со граница помеѓу слоевите на воздухот кои се остро различни по густина. За набљудувач, таков одраз значи дека, заедно со далечен објект (или дел од небото), неговата виртуелна слика, поместена во однос на него, е видлива.

Тоа е, фатаморгана не е ништо повеќе од игра на светлосни зраци. Факт е дека во пустината земјата многу се загрева. Но, во исто време, температурата на воздухот над земјата на различни растојанија од него многу варира. На пример, температурата на воздушниот слој десет сантиметри над нивото на земјата е 30-50 степени помала од температурата на површината.

Сите закони на физиката велат: светлината се шири во хомогена средина во права линија. Меѓутоа, во такви екстремни услови, законот не се применува. Што се случува? При такви температурни разлики, зраците почнуваат да се прекршуваат, а на самата земја тие генерално почнуваат да се рефлектираат, а со тоа создаваат илузии дека сме навикнати да ги нарекуваме фатаморгани. Тоа е, воздухот во близина на површината станува огледало.

Иако фатаморганите обично се поврзуваат со пустини, тие често може да се забележат над површината на водата, во планините, а понекогаш дури и во големите градови. Со други зборови, секаде каде што се случуваат ненадејни температурни промени, овие прекрасни слики може да се набљудуваат.

Овој феномен е доста чест. На пример, во најголемата пустина на нашата планета, годишно се забележуваат околу 160 илјади фатаморгани.

Многу е интересно што иако фатаморганите се сметаат за деца на пустините, Алјаска одамна е препознаена како неприкосновен лидер во нивното појавување. Колку е постудено, толку појасна и поубава е забележаната фатаморгана.

Без разлика колку е вообичаен овој феномен, многу е тешко да се проучува. Зошто? Да, сè е многу едноставно. Никој не знае каде и кога ќе се појави, каков ќе биде и колку долго ќе живее.

Откако се појавија многу различни записи за фатаморгани, нормално, тие мораа да се класифицираат. Се испостави дека, и покрај сета нивна разновидност, беше можно да се идентификуваат само шест типа фатаморгани: долна (езерска), горна (се појавува на небото), странична, „Фата Моргана“, фатаморгани на духови и фатаморгани од врколак.

Покомплексен тип на фатаморгана се нарекува Фата Моргана. Сè уште не е пронајдено објаснување за тоа.

Долна (езерска) фатаморгана.

Ова се најчестите фатаморгани. Името го добиле поради местата од каде што потекнуваат. Тие се забележани на површината на земјата и водата.

Супериорни фатаморгани (миражи на далечина визија).

Овој тип на фатаморгана е едноставен по потекло како и претходниот тип. Сепак, таквите фатаморгани се многу поразновидни и поубави. Тие се појавуваат во воздухот. Најфасцинантните од нив се познатите градови на духови. Многу е интересно што тие обично претставуваат слики на објекти - градови, планини, острови - кои се наоѓаат на многу илјадници километри.

Странични фатаморгани

Тие се појавуваат во близина на вертикални површини кои се силно загреани од сонцето. Тоа може да бидат карпести брегови на морето или езерото, кога брегот е веќе осветлен од Сонцето, но површината на водата и воздухот над него се сè уште студени. Овој тип на фатаморгана е многу честа појава во Женевското Езеро.

Фата Моргана

Фата Моргана е најкомплексниот тип на фатаморгана. Тоа е комбинација од неколку форми на фатаморгани. Во исто време, предметите што ги прикажува фатаморгана се зголемуваат повеќекратно и се прилично искривени. Интересно, овој тип на фатаморгана го добил името по Моргана, сестрата на познатиот Артур. Таа, наводно, се навредила од Ланселот затоа што ја одбил. За да му се спротивстави, таа се насели во подводниот свет и почна да им се одмаздува на сите луѓе, измамувајќи ги со сенишни визии

Фата Морганас вклучува и бројни „летачки Холанѓани“, кои сè уште ги гледаат морнарите. Тие обично покажуваат бродови што се оддалечени стотици или дури илјадници километри од набљудувачите.

Можеби нема што повеќе да се каже за видовите фатаморгани.

Сакам да додадам дека иако ова е исклучително убава и мистериозна глетка, таа е и многу опасна. Убивам фатаморгани и ги излудувам моите жртви. Ова е особено точно за пустинските фатаморгани. А објаснувањето на овој феномен не им ја олеснува судбината на патниците.

Сепак, луѓето се обидуваат да се борат со ова. Тие создаваат специјални водичи кои ги означуваат местата каде што најчесто се појавуваат фатаморгани, а понекогаш и нивните форми.

Патем, миражите се добиваат во лабораториски услови.

На пример, едноставен експеримент објавен во книгата на В.В. Мајра „Вкупен одраз на светлината во едноставни експерименти“ (Москва, 1986), овде е даден детален опис за добивање модели на фатаморгани во различни средини. Најлесен начин да се набљудува фатаморгана е во вода (сл. 2). Закачете темно, по можност црно, калап за кафе на дното на садот со бело дно. Гледајќи надолу, речиси вертикално, по нејзиниот ѕид, брзо истурете топла вода во теглата. Површината на теглата веднаш ќе стане сјајна. Зошто? Факт е дека индексот на рефракција на водата се зголемува со температурата. Температурата на водата во близина на топлата површина на теглата е многу повисока отколку на далечина. Така, зракот на светлината е свиткан на ист начин како со фатаморганите во пустината или на врелиот асфалт. Теглата ни изгледа сјајна поради целосниот одраз на светлината.

Секој дизајнер сака да знае каде да преземе Photoshop.

Атмосферски оптички и метеоролошки феномен забележан кога Сонцето (понекогаш Месечината) осветлува многу капки вода (дожд или магла). Виножитото изгледа како повеќебоен лак или круг составен од боите на спектарот (од надворешниот раб: црвена, портокалова, жолта, зелена, сина, индиго, виолетова). Ова се седумте бои кои вообичаено се идентификуваат во виножитото во руската култура, но треба да се има на ум дека всушност спектарот е континуиран, а неговите бои непречено преминуваат една во друга преку многу средни нијанси.

Центарот на кругот опишан со виножито лежи на права линија што минува низ набљудувачот и Сонцето, згора на тоа, кога се набљудува виножитото (за разлика од ореол), Сонцето е секогаш зад набљудувачот и невозможно е истовремено да се види Сонце и виножито без употреба на оптички уреди. За набљудувач на земја, виножитото обично изгледа како лак, дел од круг, и колку е повисока точката на набљудување, толку е поцелосна (од планина или авион можете да видите полн круг). Кога Сонцето изгрева над 42 степени над хоризонтот, виножитото не е видливо од површината на Земјата.

Виножитата се јавуваат кога сончевата светлина се прекршува и се рефлектира од капки вода (дожд или магла) кои лебдат во атмосферата. Овие капки различно ја свиткуваат светлината од различни бои (индексот на прекршување на водата за светлина со подолга бранова должина (црвена) е помал отколку за кратка бранова должина (виолетова), така што црвената светлина најслабо се отклонува за 137°30", а виолетовата светлина најсилно за 139 °20"). Како резултат на тоа, белата светлина се распаѓа на спектар (се јавува дисперзија на светлината). Набљудувач кој стои со грб кон изворот на светлина гледа повеќебоен сјај што произлегува од вселената по концентрични кругови (лаци).

Најчесто, се забележува основно виножито, во кое светлината се подложува на еден внатрешен одраз. Патеката на зраците е прикажана на сликата горе десно. Во основното виножито, црвената боја е надвор од лакот, нејзиниот аголен радиус е 40-42 °.

Понекогаш можете да видите друго, помалку светло виножито околу првото. Ова е секундарно виножито, кое се формира од светлината што се рефлектира двапати во капки. Во секундарното виножито, редоследот на боите е „превртен“ - виолетова е однадвор, а црвената е внатре. Аголниот радиус на секундарното виножито е 50-53°. Небото меѓу две виножита обично е забележливо потемно, област наречена Александаровиот појас.

Појавата на виножито од трет ред во природни услови е исклучително ретка. Се верува дека во изминатите 250 години имало само пет научни извештаи за набљудување на овој феномен. Уште поизненадувачко е појавувањето во 2011 година на пораката дека е можно не само да се набљудува виножито од четврти ред, туку и да се регистрира на фотографија. Во лабораториски услови, можно е да се добијат виножита од многу повисоки редови. Така, во една статија објавена во 1998 година, беше наведено дека авторите, користејќи ласерско зрачење, успеале да добијат виножито од два стоти ред.

Светлината од основното виножито е 96% поларизирана долж насоката на лакот. Светлината од секундарното виножито е 90% поларизирана.

Во светла ноќ со месечина, можете да видите и виножито од Месечината. Бидејќи рецепторите на човечкото око со слаба осветленост - „прачките“ - не ја перцепираат бојата, лунарното виножито изгледа белузлаво; Колку е посветла светлината, толку повеќе е „шарено“ виножитото (рецептори за боја - „конуси“) се вклучени во неговата перцепција.

Под одредени околности, можете да видите двојно, превртено, па дури и прстенесто виножито. Всушност, ова се појави на друг процес - прекршување на светлината во ледените кристали расфрлани во атмосферата, а припаѓаат на ореолот. За да се појави на небото превртено виножито (лак во близина на зенит, лак на зенит - еден од видовите на ореол), потребни се специфични временски услови карактеристични за Северниот и Јужниот пол. Превртено виножито се формира поради прекршување на светлината што минува низ мразот на тенка завеса од облаци на надморска височина од 7 - 8 илјади метри. Боите во таквото виножито се наоѓаат и обратно: виолетова е на врвот, а црвената е на дното.

Поларните светла

Аурора (северните светла) е сјајот (луминисценцијата) на горните слоеви на атмосферите на планетите со магнетосфера поради нивната интеракција со наелектризираните честички на сончевиот ветер.

Во многу ограничена област на горниот дел од атмосферата, аурорите можат да бидат предизвикани од честичките на соларниот ветер со ниска енергија што влегуваат во поларната јоносфера преку северните и јужните поларни краци. На северната хемисфера, каспен аурори може да се набљудуваат над Шпитсберген во текот на попладневните часови.

Кога енергетските честички на плазма слојот се судираат со горната атмосфера, атомите и молекулите на гасовите вклучени во неговиот состав се возбудуваат. Зрачењето на возбудените атоми е во видлив опсег и се набљудува како поларна светлина. Спектрите на аурорите зависат од составот на атмосферите на планетите: на пример, ако за Земјата најсветли се линиите на емисија на возбуден кислород и азот во видливиот опсег, тогаш за Јупитер - линиите на емисија на водород во ултравиолетовите.

Бидејќи јонизацијата со наелектризирани честички најефективно се случува на крајот од патеката на честичката и густината на атмосферата се намалува со зголемувањето на надморската височина во согласност со барометриската формула, висината на појавата на поларните светлина многу силно зависи од параметрите на атмосферата на планетата. на пример, за Земјата со прилично сложениот атмосферски состав, црвениот сјај на кислородот се забележува на надморска височина од 200-400 km, а комбинираниот сјај на азот и кислород е на надморска височина од ~ 110 km. Покрај тоа, овие фактори го одредуваат обликот на поларните очи - нејасни горни и прилично остри долни граници.

Аурорите се забележани главно на високи географски широчини на двете хемисфери во овални зони-појаси што ги опкружуваат магнетните полови на Земјата - аурорални овали. Дијаметарот на поларните овали е ~ 3000 km за време на тивко Сонце; од дневната страна, границата на зоната е 10--16 ° од магнетниот пол, од ноќната страна - 20--23 °. Бидејќи магнетните полови на Земјата се одвоени од географските за ~ 12°, поларните зраци се забележани на географски широчини од 67--70°, меѓутоа, за време на сончевата активност, поларниот овал се шири и аурорите може да се забележат на пониски географски широчини - 20 --25° јужно или северно од границите на нивната вообичаена манифестација. На пример, на островот Стјуарт, кој се наоѓа само на паралелата од 47°, поларните светлина се појавуваат редовно. Маорите дури го нарекоа „Горни“.

Во спектарот на Земјините полови светлина, најинтензивното зрачење е од главните компоненти на атмосферата - азот и кислород, додека нивните емисиони линии се забележани и во атомска и во молекуларна состојба (неутрални молекули и молекуларни јони). Најинтензивни се емисионите линии на атомски кислород и јонизирани молекули на азот.

Сјајот на кислородот се должи на емисијата на возбудени атоми во метастабилни состојби со бранови должини од 557,7 nm (зелена линија, животен век 0,74 сек.) и дублет од 630 и 636,4 nm (црвен регион, животен век 110 сек.). Како резултат на тоа, црвениот дублет се испушта на надморска височина од 150-400 km, каде што, поради големата реткост на атмосферата, стапката на гаснење на возбудените состојби при судири е мала. Молекулите на јонизиран азот емитираат на 391,4 nm (близу ултравиолетови) 427,8 nm (виолетови) и 522,8 nm (зелени). Сепак, секој феномен има свој уникатен опсег, поради варијабилноста на хемискиот состав на атмосферата и временските фактори.

Спектарот на поларните зраци се менува со надморската височина и, во зависност од емисионите линии кои доминираат во спектарот на поларната светлина, аурорите се поделени на два вида: аурори на висока надморска височина од типот А со доминација на атомски линии и аурори од типот Б на релативно ниски височини ( 80-90 km) со доминација на молекуларни линии во спектарот поради гаснење од судири на атомски возбудени состојби во релативно густа атмосфера на овие височини.

Аурорите се појавуваат значително почесто во пролет и есен отколку во зима и лето. Врвната фреквенција се јавува во периоди најблиску до пролетната и есенската рамноденица. За време на поларната светлина за кратко време се ослободува огромна количина на енергија. Така, за време на едно од нарушувањата регистрирани во 2007 година, беа ослободени 5·1014 џули, приближно исто како и за време на земјотрес со јачина од 5,5 степени.

Кога се набљудува од површината на Земјата, поларната светлина се појавува како општ, брзо променлив сјај на небото или подвижни зраци, ленти, корони или „завеси“. Времетраењето на поларната светлина се движи од десетици минути до неколку дена.

Се веруваше дека поларните зраци на северната и јужната хемисфера се симетрични. Сепак, истовременото набљудување на поларната светлина во мај 2001 година од вселената од северниот и јужниот пол покажа дека северната и јужната светлина значително се разликуваат една од друга.

оптичко светло квантно виножито

Заклучок

Природните оптички феномени се многу убави и разновидни. Во античко време, кога луѓето не ја разбирале нивната природа, им давале мистични, магични и религиозни значења, се плашеле и се плашеле од нив. Но, сега, кога можеме дури и да го произведеме секој феномен со свои раце во лабораториски (а понекогаш дури и импровизирани) услови, примитивниот ужас исчезна и можеме среќно да забележиме виножито што трепка на небото во секојдневниот живот. на север да и се восхитуваат на поларната светлина и со љубопитност да забележат мистериозна фатаморгана што се гледа во пустината. И огледалата станаа уште позначаен дел од нашиот секојдневен живот - и во секојдневниот живот (на пример, дома, во автомобили, во видео камери), и во разни научни инструменти: спектрофотометри, спектрометри, телескопи, ласери, медицинска опрема.

Слични документи

    Што е оптика? Неговите видови и улога во развојот на модерната физика. Феномени поврзани со рефлексијата на светлината. Зависност на коефициентот на рефлексија од аголот на инциденца на светлината. Заштитни очила. Феномени поврзани со прекршување на светлината. Виножито, фатаморгана, аурори.

    апстракт, додаден на 01.06.2010 година

    Видови оптика. Земјината атмосфера е како оптички систем. Зајдисонце. Промена на бојата на небото. Формирање виножито, разновидност на виножита. Поларни светла. Сончевиот ветер како причина за аурорите. Мираж. Мистерии на оптички феномени.

    работа на курсот, додадена 17.01.2007 година

    Ставовите на античките мислители за природата на светлината се засноваат на наједноставните набљудувања на природните феномени. Призма елементи и оптички материјали. Демонстрација на влијанието на светлосните индекси на рефракција на материјалот од призмата и околината врз феноменот на прекршување на светлината во призмата.

    работа на курсот, додадена на 26.04.2011 година

    Проучување на корпускуларни и бранови теории на светлината. Проучување на условите на максимум и минимум на шемата на интерференција. Додавање на два монохроматски бранови. Брановата должина и бојата на светлината што ги перцепира окото. Локализација на рабовите на пречки.

    апстракт, додаден на 20.05.2015

    Феномени поврзани со прекршување, дисперзија и интерференција на светлината. Фатаморгани од далечна визија. Теорија на дифракција на виножита. Формирање ореол. Ефект на дијамантска прашина. Феноменот „Скршена визија“. Набљудување на пархелија, круни и поларна светлина на небото.

    презентација, додадена на 14.01.2014 година

    Дифракција на механички бранови. Врската помеѓу феномените на светлосна интерференција користејќи го примерот на Јунговиот експеримент. Принципот Хајгенс-Френел, кој е главен постулат на теоријата на бранови, што овозможува да се објаснат феномените на дифракција. Граници на применливост на геометриската оптика.

    презентација, додадена на 18.11.2014 година

    Теорија на феноменот. Дифракцијата е збир на појави при ширење на светлината во средина со остри нехомогености. Наоѓање и проучување на функцијата за дистрибуција на интензитетот на светлината при дифракција од тркалезна дупка. Математички модел на дифракција.

    работа на курсот, додадена на 28.09.2007 година

    Основни закони на оптичките појави. Закони за праволиниско ширење, рефлексија и прекршување на светлината, независност на светлосните зраци. Физички принципи на ласерска апликација. Физички феномени и принципи на квантен генератор на кохерентна светлина.

    презентација, додадена на 18.04.2014 година

    Карактеристики на физиката на светлосни и бранови феномени. Анализа на некои човечки набљудувања на својствата на светлината. Суштината на законите на геометриската оптика (праволиниско ширење на светлината, закони за рефлексија и прекршување на светлината), основни инженерски величини за осветлување.

    работа на курсот, додадена 13.10.2012

    Проучување на дифракција, феномени на отстапување на светлината од праволинискиот правец на ширење при минување покрај препреки. Карактеристики на свиткување на светлосните бранови околу границите на непроѕирните тела и навлегувањето на светлината во регионот на геометриска сенка.

Билет бр. 1

1. Што учи физиката? Некои физички термини. Набљудувања и експерименти. Физички количини. Мерење на физичките величини. Точност и грешка на мерењата.

Физиката е наука за најопштите својства на телата и појавите.

Како човек го разбира светот? Како ги истражува природните појави, добивајќи научни сознанија за тоа?

Човекот го добива своето прво знаење од набљудувања зад природата.

За да се добие точното знаење, понекогаш едноставното набљудување не е доволно и треба да го спроведете експеримент - специјално подготвен експеримент .

Експериментите ги спроведуваат научници однапред утврден план со одредена цел .

За време на експериментите се земаат мерења користејќи специјални инструменти на физички големини. Примери физичките величини се: растојание, волумен, брзина, температура.

Значи, изворот на физичкото знаење се набљудувањата и експериментите.

Физичките закони се засноваат и проверуваат на факти утврдени експериментално. Подеднакво важен начин на знаење е теоретски опис на феноменот . Физичките теории овозможуваат да се објаснат познатите појави и да се предвидат нови, сè уште неоткриени.

Промените што се случуваат кај телата се нарекуваат физички феномени.

Физичките феномени се поделени на неколку видови.

Видови физички феномени:

1. Механички појави (на пример, движење на автомобили, авиони, небесни тела, проток на течност).

2. Електрични појави (на пример, електрична струја, загревање на спроводници што носат струја, електрификација на тела).

3. Магнетни феномени (на пример, ефектот на магнетите врз железото, влијанието на магнетното поле на Земјата на иглата на компасот).

4. Оптички феномени (на пример, рефлексија на светлина од огледала, емисија на светлосни зраци од различни извори на светлина).

5. Термички појави (топење мраз, зовриена вода, термичко ширење на телата).

6. Атомски феномени (на пример, работа на атомски реактори, нуклеарно распаѓање, процеси што се случуваат внатре во ѕвездите).

7. Звукфеномени (ѕвонење, музика, гром, бучава).

Физички термини- ова се посебни зборови кои се користат во физиката за краткост, сигурност и погодност.

Физичко тело– ова е секој предмет околу нас. (Се прикажуваат физички тела: пенкало, книга, биро)

Супстанција- ова е се од што се направени физичките тела. (Прикажани се физички тела што се состојат од различни супстанции)

Материја- ова е се што постои во универзумот без разлика на нашата свест (небесни тела, растенија, животни итн.)

Физички феномени- тоа се промени кои се случуваат кај физичките тела.

Физички количини- тоа се мерливите својства на телата или појавите.

Физички уреди– тоа се специјални уреди кои се дизајнирани за мерење физички количества и спроведување експерименти.


Физички количини:
висина h, маса m, патека s, брзина v, време t, температура t, волумен V итн.

Единици за мерење на физичките величини:

Меѓународен систем на единици SI:

(меѓународен систем)

Основно:

Должина - 1 m - (метар)

Време - 1 с - (секунда)

Тежина - 1 кг - (килограм)

Деривати:

Волумен - 1 m³ - (кубен метар)

Брзина - 1 m/s - (метар во секунда)


Во овој израз:

број 10 - нумеричка вредност на времето,

буквата „s“ е кратенка за единица време (секунда),

а комбинацијата од 10 секунди е временската вредност.

Префикси на имињата на единиците:

За да биде поудобно мерењето на физичките величини, покрај основните единици, се користат и повеќе единици, кои се во 10, 100, 1000 итн. поосновно

g - хекто (×100) k – килограм (× 1000) M – мега (× 1000 000)

1 км (километар) 1 кг (килограм)

1 km = 1000 m = 10³ m 1 kg = 1000 g = 10³ g

Во природата постојано се случуваат различни промени (живи и неживи). Сонцето изгрева и заоѓа - ноќта се менува во ден. За време на невреме со грмотевици, молњите трепкаат и громот татне одново и одново. Дрвјата се покриени со зелени зеленило во пролет. Авион лета високо на небото. Со притискање на копчето на далечинскиот управувач го вклучуваме телевизорот.

Сите промени што се случуваат во природата се нарекуваат природни феномени.

Во секоја наука се користат зборови или фрази кои се имиња на одредени поими - поими. Веќе ги употребивте математичките термини „график“, „фигура“, „формула“, знаете што значат зборовите како „предмет“, „реченица“, „суфикс“, „песна“ итн. во украинскиот јазик и литература. Во физиката Има и рокови. Еден од најопштите концепти што се користат во физиката е концептот на материјата. Во физиката материјата се подразбира како се што постои во природата, без разлика дали знаеме за нејзиното постоење или не.

Промените што се случуваат во природата се манифестација на движењето на материјата. Авион лета на небото, капка дожд паѓа, чамец плови покрај брегот, ученик оди на училиште. Во сите овие случаи, гледаме дека со текот на времето позициите на авионот во однос на облакот и капката дожд на прозорското стакло се менуваат, а ученикот се приближува до училиштето.

Појавите што ги доживуваме како движење на различни предмети и нивните делови меѓусебно се нарекуваат механички феномени.

Движењето на материјата може да биде невидливо за нас: баричките се сушат по дождот, водата врие во котел, челикот се топи во печка на отворено огниште, сончевите зраци ја загреваат земјата. Ваквите појави се нарекуваат термички. Термичките феномени се поврзани со промените во микрокосмосот - невидливото движење на атомите, молекулите и нивното зрачење.

Кога паѓа темнината, ги вклучуваме светлата. Дејството на електричните уреди е последица на движењето и интеракцијата на електричните полнежи, чии носители се елементарни честички - дури и помали формации од молекулите и атомите. Во овој случај имаме работа со електрични феномени. Молњата е една од манифестациите на електричните појави што се случуваат во природата (сл. 1.1).

Магнетните појави се тесно поврзани со електричните појави. Иглата на магнетниот компас ја менува ориентацијата ако поставите жица во близина и поминете електрична струја низ неа. Магнетните феномени стануваат од големо значење за работата на електромоторите, широко користени во секојдневниот живот, индустријата и транспортот. Една од манифестациите на електричните и магнетните феномени во природата се аурорите (сл. 1.2).

Виножито по дождот (сл. 1.3), синилото на небото, сликата на екранот во кино, играта на боите на крилјата на пеперутката и површината на компактниот диск се манифестации на светлосни феномени (сл. 1.4).

Сите овие појави ги проучува физиката, поради што се нарекуваат физички феномени.

Појавите што се случуваат во природата се меѓусебно поврзани, бидејќи тоа се манифестации на движењето на материјата. Струјата што тече низ серпентина на сијалицата (електричен феномен) предизвикува таа да свети (термички феномен) и да емитува светлина (оптички феномен). Поради празнење на гром, воздухот се загрева и брзо се шири, поради што слушаме гром. Со проучување на различни појави, физичарите ја дознаваат причината за нивното потекло и врската меѓу нив.

Во физиката широко се користи терминот физичко тело или едноставно тело. На пример, ако се проучат општите карактеристики на механичкото движење, тогаш не е важно кое тело ќе се движи. Камен, топка, јаболко или кој било друг предмет што е фрлен нагоре или под агол на хоризонтот ќе го зголеми своето движење и, откако ќе ја достигне највисоката позиција, ќе почне да паѓа со зголемена брзина. Кога ги проучуваат таквите движења, физичарите велат: тело е фрлено вертикално нагоре или тело е фрлено под агол во однос на хоризонтот. Движењата на леталата што доставуваат астронаути до Меѓународната вселенска орбитална станица и бродовите што им носат нов товар подлежат на истите закони.

Загревањето на алуминиумска или челична тава е исто по својата природа. Според тоа, под поимот тело во физиката се подразбира секој предмет при проучување на механички, топлински или други појави кои се јавуваат со нивно учество. Примери за физички тела се камен, чужда, брод, вода во тенџере, гас во цилиндар, автомобил, балон и воздухот во него, Земјата.

ПРАШАЊА И ЗАДАЧИ

1. Што се подразбира под физичка појава?

2. Што е материјата?

3. Какви видови физички појави знаете?

4. Наведете два или три примери на механички, термички, електрични, оптички појави кои сте ги набљудувале во текот на денот.

5. Наведете примери на физички тела што сте ги користеле на часот по физика, дома за време на ручек, што сте ги виделе додека оделе на училиште.

Од античко време, луѓето собираат информации за светот во кој живеат. Имаше само една наука која ги обедини сите информации за природата што човештвото ги имаше акумулирано во тоа време. Во тоа време, луѓето сè уште не знаеле дека набљудуваат примери на физички феномени. Во моментов, оваа наука се нарекува „природна наука“.

Што студира физички науки?

Со текот на времето, научните идеи за светот околу нас значително се променија - ги има многу повеќе. Природните науки се подели на многу одделни науки, вклучувајќи: биологија, хемија, астрономија, географија и други. Во голем број од овие науки, физиката не го зазема последното место. Откритијата и достигнувањата на ова поле му овозможија на човештвото да стекне нови знаења. Тука спаѓаат структурата и однесувањето на различни објекти од сите големини (од џиновски ѕвезди до најмалите честички - атоми и молекули).

Физичкото тело е ...

Постои посебен термин „материја“, кој во научните кругови се однесува на сè што е околу нас. Физичко тело кое се состои од материја е секоја супстанција што зазема одредено место во просторот. Секое физичко тело во акција може да се нарече пример за физички феномен. Врз основа на оваа дефиниција, можеме да кажеме дека секој предмет е физичко тело. Примери на физички тела: копче, бележник, лустер, корниз, Месечина, момче, облаци.

Што е физички феномен

Секоја работа е во постојана промена. Некои тела се движат, други доаѓаат во контакт со други, а други ротираат. Не за џабе пред многу години филозофот Хераклит ја изговори фразата „Сè тече, сè се менува“. Научниците имаат дури и посебен термин за такви промени - сето тоа се феномени.

Физичките феномени вклучуваат сè што се движи.

Какви видови на физички феномени постојат?

  • Термички.

Тоа се појави кога, поради влијанието на температурата, некои тела почнуваат да се трансформираат (обликот, големината и состојбата се менуваат). Пример за физички феномени: под влијание на топлото пролетно сонце, мразулците се топат и се претвораат во течност; со почетокот на студеното време, баричките замрзнуваат, зовриената вода станува пареа.

  • Механички.

Овие појави ја карактеризираат промената на положбата на едно тело во однос на другите. Примери: часовник работи, топка скока, дрво се тресе, пенкало пишува, вода тече. Сите тие се во движење.

  • Електрични.

Природата на овие феномени целосно го оправдува нивното име. Зборот „електрична енергија“ има свои корени на грчки, каде што „електрон“ значи „килибар“. Примерот е прилично едноставен и веројатно познат на многумина. Кога одеднаш ќе го соблечете волнениот џемпер, ќе слушнете мало пукање. Ако го направите ова со исклучување на светлото во собата, можете да видите искри.

  • Светлина.

Телото кое учествува во феномен поврзан со светлината се нарекува прозрачно. Како пример за физички феномени, можеме да ја наведеме добро познатата ѕвезда на нашиот Сончев систем - Сонцето, како и секоја друга ѕвезда, светилка, па дури и бубачка светулка.

  • Звук.

Во овој тип на физички појави спаѓаат и ширењето на звукот, однесувањето на звучните бранови при судир со препрека, како и други појави кои некако се поврзани со звукот.

  • Оптички.

Тие се случуваат благодарение на светлината. На пример, луѓето и животните можат да гледаат бидејќи има светлина. Во оваа група спаѓаат и феномените на ширење и прекршување на светлината, нејзино одразување од предмети и поминување низ различни медиуми.

Сега знаете што се физички феномени. Сепак, вреди да се разбере дека постои одредена разлика помеѓу природните и физичките феномени. Така, за време на природен феномен, неколку физички феномени се случуваат истовремено. На пример, кога гром удира во земјата, се случуваат следните ефекти: звук, електрични, термички и светлосни.

Едно лице постојано се среќава со лесни феномени. Сè што е поврзано со појавата на светлината, нејзиното ширење и интеракција со материјата се нарекува светлосни феномени. Живописни примери на оптички феномени можат да бидат: виножито по дожд, молњи за време на грмотевици, треперење на ѕвезди на ноќното небо, игра на светлина во млаз вода, променливост на океанот и небото и многу други.

Учениците добиваат научни објаснувања за физичките појави и оптички примери во 7 одделение кога почнуваат да учат физика. За многумина, оптиката ќе стане најфасцинантниот и најмистериозниот дел во училишната програма по физика.

Што гледа човек?

Човечките очи се дизајнирани на таков начин што тој може да ги согледа само боите на виножитото. Денес веќе е познато дека спектарот на виножитото не е ограничен на црвено од една страна и виолетова од друга страна. По црвеното доаѓа инфрацрвеното, по виолетовото доаѓа ултравиолетовото. Многу животни и инсекти можат да ги видат овие бои, но луѓето, за жал, не можат. Но, едно лице може да создаде уреди кои примаат и емитуваат светлосни бранови со соодветна должина.

Рефракција на зраците

Видливата светлина е виножито од бои, а белата светлина, како што е сончевата светлина, е едноставна комбинација на овие бои. Ако поставите призма во зрак на светло бела светлина, таа ќе се распадне на боите или брановите должини од кои е составена. Прво ќе се појави црвено со поголема бранова должина, потоа портокалова, жолта, зелена, сина и на крај виолетова, која има најкратка бранова должина на видливата светлина.

Ако земете друга призма за да ја фатите светлината на виножитото и да ја превртите наопаку, таа ќе ги спои сите бои во бела. Има многу примери на оптички феномени во физиката; ајде да разгледаме некои од нив.

Зошто небото е сино?

Младите родители честопати се збунети од наједноставните, на прв поглед, прашања за нивните мали зошто. Понекогаш е најтешко да се одговори. Речиси сите примери на оптички феномени во природата можат да се објаснат со модерната наука.

Сончевата светлина што го осветлува небото во текот на денот е бела, што значи дека, теоретски, и небото треба да биде светло бело. За да изгледа сино, потребни се некои процеси со светлината додека минува низ атмосферата на Земјата. Еве што се случува: Дел од светлината поминува низ слободниот простор помеѓу молекулите на гасот во атмосферата, достигнувајќи ја површината на Земјата и останувајќи ја истата бела боја како кога започнала. Но, сончевата светлина наидува на молекули на гас, кои, како и кислородот, се апсорбираат и потоа се расфрлаат во сите правци.

Атомите во молекулите на гасот се активираат од светлината што ја апсорбираат и повторно испуштаат фотони на светлина во бранови должини кои се движат од црвена до виолетова. Така, дел од светлината е насочена кон земјата, а остатокот се враќа назад кон Сонцето. Осветленоста на емитираната светлина зависи од бојата. Осум фотони сина светлина се ослободуваат за секој фотон на црвена светлина. Затоа, сината светлина е осум пати посветла од црвената. Интензивна сина светлина се емитува од сите правци од милијарди молекули на гас и допира до нашите очи.

Разнобоен лак

Некогаш, луѓето мислеа дека виножитата се знаци испратени до нив од боговите. Навистина, убавите разнобојни ленти секогаш се појавуваат на небото од никаде, а потоа исто толку мистериозно исчезнуваат. Денес знаеме дека виножитото е еден од примерите на оптички феномени во физиката, но никогаш не престануваме да му се восхитуваме секогаш кога ќе го видиме на небото. Интересното е што секој набљудувач гледа различно виножито, создадено од светлосните зраци кои доаѓаат од зад него и од капките дожд пред него.

Од што се направени виножитата?

Рецептот за овие оптички феномени во природата е едноставен: капки вода во воздухот, светлина и набљудувач. Но, не е доволно сонцето да се појави кога врне. Треба да биде ниско, а набљудувачот да стои така што сонцето е зад него и да погледне каде врне или штотуку врнело.

Сончев зрак што доаѓа од далечната вселена фаќа капка дожд. Дејствувајќи како призма, капката дожд ја прекршува секоја боја скриена во белата светлина. Така, кога бел зрак поминува низ капка дожд, тој одеднаш се дели на прекрасни повеќебојни зраци. Внатре во капката наидуваат на нејзиниот внатрешен ѕид кој делува како огледало, а зраците се рефлектираат во истиот правец од кој влегле во капката.

Крајниот резултат е дека очите гледаат виножито од бои кои се заоблени низ небото - светлината свиткана и рефлектирана од милиони ситни капки дожд. Тие можат да делуваат како мали призми, делејќи ја белата светлина на спектар на бои. Но, дождот не е секогаш неопходен за да се види виножитото. Светлината може да се прекрши и со магла или морски пареи.

Каква боја е водата?

Одговорот е очигледен - водата е сина. Ако истурите чиста вода во чаша, сите ќе ја видат нејзината бистрина. Тоа е затоа што има премалку вода во чашата и бојата е премногу бледа за да се види.

Кога пополнувате голем стаклен сад, можете да ја видите природната сина нијанса на водата. Неговата боја зависи од тоа како молекулите на водата ја апсорбираат или рефлектираат светлината. Белата светлина е составена од виножито бои, а молекулите на водата апсорбираат најголем дел од боите на црвениот до зелениот спектар што минуваат низ нив. И синиот дел се рефлектира назад. Така ја гледаме сината боја.

Изгрејсонце и зајдисонца

Ова се исто така примери на оптички феномени кои луѓето ги набљудуваат секој ден. Кога сонцето изгрева и заоѓа, ги насочува своите зраци под агол кон местото каде што се наоѓа набљудувачот. Тие имаат подолг пат отколку кога сонцето е во својот зенит.

Слоевите на воздух над површината на Земјата често содржат многу прашина или микроскопски честички на влага. Сончевите зраци поминуваат под агол на површината и се филтрираат. Црвените зраци имаат најдолга бранова должина на зрачење и затоа полесно продираат до земјата од сините зраци, кои имаат кратки бранови кои се рефлектираат од честички од прашина и вода. Затоа, во утринските и вечерните зори, човекот набљудува само дел од сончевите зраци кои допираат до земјата, имено црвените.

Светло шоу на планетата

Типична поларна светлина е шарен приказ на светлина на ноќното небо што може да се види секоја вечер на Северниот пол. Со промена на бизарни форми, огромните ленти на сино-зелена светлина со портокалови и црвени дамки понекогаш достигнуваат повеќе од 160 километри во ширина и може да се протегаат до 1.600 километри во должина.

Како да се објасни овој оптички феномен, кој е толку воодушевувачки спектакл? Аурорите се појавуваат на Земјата, но тие се предизвикани од процесите што се случуваат на далечното Сонце.

Како оди се?

Сонцето е огромна топка гас која главно се состои од атоми на водород и хелиум. Сите тие имаат протони со позитивен полнеж и електрони со негативен полнеж кои орбитираат околу нив. Постојан ореол од топол гас се шири во вселената во форма на сончев ветер. Овој безброј протони и електрони брза со брзина од 1000 km во секунда.

Кога честичките од сончевиот ветер ќе стигнат до Земјата, тие се привлечени од силното магнетно поле на планетата. Земјата е џиновски магнет со магнетни линии кои се спојуваат на северниот и јужниот пол. Привлечените честички течат по овие невидливи линии во близина на половите и се судираат со атомите на азот и кислород кои ја сочинуваат атмосферата на Земјата.

Некои од атоми на земјата ги губат своите електрони, други се наполнети со нова енергија. По судирот со протоните и електроните од Сонцето, тие ослободуваат фотони на светлина. На пример, азот кој изгубил електрони привлекува виолетова и сина светлина, додека наелектризираниот азот свети темноцрвено. Наполнетиот кислород испушта зелено и црвено светло. Така, наелектризираните честички предизвикуваат воздухот да светка во многу бои. Ова е поларната светлина.

Миражи

Веднаш треба да се утврди дека фатаморганите не се плод на човечка имагинација, дури може да се фотографираат, тие се речиси мистични примери на оптички физички феномени.

Постојат многу докази за набљудување на фатаморгани, но науката може да даде научно објаснување за ова чудо. Тие можат да бидат едноставни како парче вода меѓу жешките песоци, или може да бидат неверојатно сложени, создавајќи визии на висечки замоци или фрегати со столбови. Сите овие примери на оптички феномени се создадени од играта на светлината и воздухот.

Светлинските бранови се наведнуваат кога минуваат прво низ топол, а потоа низ студен воздух. Топлиот воздух е поретки од студениот воздух, така што неговите молекули се поактивни и се распрснуваат на подолги растојанија. Како што се намалува температурата, се намалува и движењето на молекулите.

Визиите што се гледаат преку леќите на земјината атмосфера може да бидат значително изменети, компресирани, проширени или превртени. Тоа е затоа што светлосните зраци се наведнуваат додека минуваат низ топол, а потоа ладен воздух, и обратно. А оние слики што светлосниот поток ги носи со себе, на пример небото, може да се рефлектираат на врелиот песок и да изгледаат како парче вода, кое секогаш се оддалечува кога се приближува.

Најчесто, фатаморганите може да се забележат на долги растојанија: во пустини, мориња и океани, каде истовремено може да има топли и ладни слоеви на воздух со различна густина. Тоа е преминот низ различни температурни слоеви што може да го изврти светлосниот бран и на крајот да резултира со визија што е одраз на нешто и е претставена од фантазијата како реален феномен.

Ореол

За повеќето оптички илузии кои можат да се забележат со голо око, објаснувањето е прекршувањето на сончевата светлина во атмосферата. Еден од најнеобичните примери на оптички феномени е сончевиот ореол. Во суштина, ореол е виножито околу сонцето. Сепак, тој се разликува од обичното виножито и по изглед и по неговите својства.

Овој феномен има многу варијанти, од кои секоја е убава на свој начин. Но, за да се појави секаков вид на оптичка илузија, потребни се одредени услови.

Ореол се појавува на небото кога се совпаѓаат неколку фактори. Најчесто може да се види во ладно време со висока влажност. Во воздухот има голем број ледени кристали. Пробивајќи го својот пат низ нив, сончевата светлина се прекршува на таков начин што формира лак околу Сонцето.

И иако последните 3 примери на оптички феномени се лесно објаснети од модерната наука, за обичниот набљудувач тие често остануваат мистични и мистерија.

Откако ги испитавме главните примери на оптички феномени, можеме со сигурност да веруваме дека многу од нив можат да се објаснат од модерната наука, и покрај нивната мистичност и мистерија. Но, научниците имаат уште многу откритија пред себе, индиции за мистериозните феномени што се случуваат на планетата Земја и пошироко.