Länge, hägringar, flimrande figurer i luften, oroade och skräckslagna människor. Nuförtiden har forskare avslöjat många naturhemligheter, inklusive optiska fenomen. De är inte förvånade över naturliga mysterier, vars kärna länge har studerats. I gymnasiet idag lär man ut optiska fenomen i fysik i 8:e klass, så alla elever kan förstå deras natur.
Grundläggande begrepp
Forntidens vetenskapsmän trodde att det mänskliga ögat ser genom att känna föremål med de tunnaste tentaklarna. Optik vid den tiden var studiet av syn.
Under medeltiden studerade optiken ljus och dess väsen.
Idag är optik en del av fysiken som studerar ljusets utbredning genom olika medier och dess interaktion med andra ämnen. Alla frågor relaterade till syn studeras av fysiologisk optik.
Optiska fenomen är manifestationer av olika handlingar som utförs av ljusstrålar. De studeras av atmosfärisk optik.
Ovanliga processer i atmosfären
Planeten Jorden är omgiven av ett gasformigt skal som kallas atmosfären. Dess tjocklek är hundratals kilometer. Närmare jorden är atmosfären tätare, i riktningenuppåt är sparsamt. Atmosfäriska skalets fysiska egenskaper förändras ständigt, skikten blandas. Ändra temperaturer. Densitet, transparensförskjutning.
Ljusstrålar går från solen och andra himlakroppar mot jorden. De passerar genom jordens atmosfär, som fungerar som ett specifikt optiskt system för dem, och ändrar dess egenskaper. Ljusstrålar reflekterar, sprids, passerar genom atmosfären, lyser upp jorden. Under vissa förhållanden är strålarnas väg böjd, så olika fenomen uppstår. Fysiker betraktar de mest originella optiska fenomenen:
- solskenssolnedgång;
- regnbågens utseende;
- norrsken;
- mirage;
- halo.
Låt oss titta närmare på dem.
Halo runt solen
Själva ordet "halo" på grekiska betyder "cirkel". Vilket optiskt fenomen ligger bakom det?
Halo är processen för brytning och reflektion av strålar som sker i molnkristaller högt uppe i atmosfären. Fenomenet ser ut som lysande strålar nära solen, begränsat av ett mörkt intervall. Halos bildas vanligtvis före cykloner och kan vara deras föregångare.
Vattendroppar fryser i luften och får rätt prismatisk form med sex sidor. Alla är bekanta med istappar som dyker upp i de lägre atmosfäriska lagren. På toppen faller sådana isnålar fritt i vertikal riktning. Kristallina isflak snurrar, sjunker till marken, medan de har ett parallellt arrangemang längsförhållande till jorden. En person styr synen genom kristaller, som fungerar som linser och bryter ljus.
Andra prismor är platta eller ser ut som stjärnor med sex strålar. Ljusstrålar som faller på kristaller kanske inte genomgår brytning eller upplever ett antal andra processer. Det händer sällan att alla processer är tydligt synliga, oftast framträder en eller annan del av fenomenet tydligare, medan andra är dåligt representerade.
En liten gloria är en cirkel runt solen med en radie på cirka 22 grader. Färgen på cirkeln är rödaktig från insidan, flyter sedan över i gult, vitt och blandas med den blå himlen. Det inre området av cirkeln är mörkt. Det bildas som ett resultat av ljusbrytning i isnålar som flyger i luften. Strålarna i prismorna avböjs i en vinkel på 22 grader, så de som har passerat genom kristallerna tycks för betraktaren vara avböjda med 22 grader. Därför ser interiören mörk ut.
Röd färg bryts mindre och visar minst avlänkt från solen. Nästa upp är gult. De andra strålarna blandas och ser vita ut.
Det finns en 46 graders gloria runt 22 graders gloria. Dess inre region är också rödaktig eftersom ljuset bryts i isnålar som är 90 grader vända mot solen.
Den 90-gradiga gloria är också känd, den lyser svagt, har nästan ingen färg eller är färgad röd på utsidan. Forskare har ännu inte helt studerat denna sort.
Halo runt månenoch andra arter
Det här optiska fenomenet ses ofta när det finns lätta moln och många kristallina isflak i miniatyr på himlen. Varje sådan kristall är ett slags prisma. I grund och botten är deras form långsträckta hexagoner. Ljus kommer in i det främre kristallina området och, när det lämnar den motsatta delen, bryts det med 22 grader.
På vintern kan en gloria ses i den kalla luften nära gatlyktorna. Det framgår av ljuset från en lykta.
En gloria runt solen kan också bildas i frostig snöig luft. Snöflingor är i luften, ljus passerar genom molnen. I kvällssolnedgången blir detta ljus rött. Under tidigare århundraden skrämdes vidskepliga människor av sådana fenomen.
Halon kan se ut som en regnbågsfärgad cirkel runt solen. Det verkar om det finns många kristaller med sex ansikten i atmosfären, men de reflekterar inte, utan bryter solens strålar. De flesta av strålarna är utspridda och når inte våra ögon. Resten av strålarna når det mänskliga ögat och vi märker en iriserande cirkel runt solen. Dess radie är ungefär 22 grader eller 46 grader.
False Sun
Forskare har noterat att halocirkeln alltid är ljusare på sidorna. Detta förklaras av att vertikala och horisontella glorier möts här. Falska solar kan dyka upp i deras korsningar. Detta händer särskilt ofta när solen är nära horisonten, då vi inte längre kan se en del av den vertikala cirkeln.
Den falska solen är också ett optiskt fenomen, en sorts gloria. Det framkommer pgaiskristaller med sex ansikten, formade som naglar. Sådana kristaller svävar i atmosfären i vertikal riktning, ljuset bryts i deras sidoytor.
En tredje "sol" kan också bildas om bara ytdelen av halocirkeln är synlig ovanför den sanna solen. Det kan vara ett segment av en båge eller en lysande plats med en obegriplig form. Ibland är falska solar så ljusa att de inte går att skilja från den riktiga solen.
Rainbow
Detta är ett atmosfäriskt optiskt fenomen i form av en ofullständig cirkel med olika färger.
Antikens religioner betraktade regnbågen som en bro från himlen till jorden. Aristoteles trodde att regnbågen dyker upp på grund av reflektionen av solljusdroppar. Vilket optiskt fenomen kan fortfarande glädja en person lika mycket som en regnbåge gör?
På 1600-talet studerade Descartes regnbågens natur. Senare experimenterade Newton med ljus och kompletterade teorin om Descartes, men kunde inte förstå bildandet av flera regnbågar, frånvaron av individuella färgnyanser i dem.
Den kompletta teorin om regnbågen presenterades på 1800-talet av en astronom från England, D. Erie. Det var han som lyckades avslöja alla regnbågens processer. Teorin han utvecklade är fortfarande accepterad idag.
En regnbåge dyker upp när solens ljus träffar en ridå av regnvatten i området på himlen mitt emot solen. Regnbågens centrum ligger vid en punkt på solens bortre sida, det vill säga den är inte synlig för det mänskliga ögat. Regnbågens båge är delen av cirkeln runt denna centrala punkt.
Färgarna i regnbågen är placerade i en viss ordning. Han är konstant. Rött är på överkanten, lila är på botten. Mellan dem går färgerna i ett strikt arrangemang. Regnbågen innehåller inte alla befintliga färger. Övervikten av grönt indikerar övergången till gynnsamt väder.
Aurora Borealis
Detta är ett sken i de övre magnetiska lagren av atmosfären på grund av ömsesidig påverkan av atomer och element i solvinden. Norrsken är vanligtvis gröna eller blå med inslag av rosa och rött. De kan vara i form av ett band eller en fläck. Deras utbrott ackompanjeras ofta av bullriga ljud.
Mirage
Enkla hägringbedrägerier är bekanta för alla. Till exempel när man kör på uppvärmd asf alt framträder en hägring som en vattenyta. Detta kommer inte som någon överraskning för någon. Vilket optiskt fenomen förklarar uppkomsten av hägringar? Låt oss uppehålla oss vid den här frågan mer i detalj.
Mirage är ett optiskt fysiskt fenomen i atmosfären, som ett resultat av vilket ögat ser föremål som är dolda under normala förhållanden. Detta beror på brytningen av ljusstrålen när den strömmar genom luftlagren. Objekt som befinner sig på avsevärt avstånd kan stiga eller falla i förhållande till sin verkliga plats, eller kan förvrängas och anta bisarra former.
Brocken Ghost
Detta är ett fenomen där skuggan av en person som befinner sig på en höjd vid solnedgång eller soluppgång får obegripliga proportioner, eftersom den faller på moln som finns i närheten. Detta förklarasreflektion och brytning av ljusstrålar av vattendroppar i dimmiga förhållanden. Fenomenet fick sitt namn efter en av höjderna i de tyska Harzbergen.
St. Elmo's Fire
De här är lysande penslar i blå eller lila färg på masterna på sjöfartyg. Ljus kan dyka upp på bergiga höjder, på byggnader av imponerande höjd. Detta fenomen uppstår på grund av elektriska urladdningar i ändarna av ledarna på grund av att den elektriska spänningen ökar.
Dessa är de optiska fenomenen som tas upp i 8:e klasserna. Låt oss prata om optiska enheter.
Designs in optics
Optiska enheter är enheter som omvandlar ljusstrålning. Vanligtvis fungerar dessa enheter i synligt ljus.
Alla optiska enheter kan delas in i två typer:
- Enheter där bilden erhålls på skärmen. Dessa är kameror, filmkameror, projektionsenheter.
- Enheter som interagerar med det mänskliga ögat, men som inte bildar bilder på skärmen. Detta är ett förstoringsglas, mikroskop, teleskop. Dessa enheter anses vara visuella.
En kamera är en opto-mekanisk enhet som används för att få bilder av ett objekt på film. Kamerans design inkluderar en kamera och linser som bildar linsen. Linsen skapar en inverterad miniatyrbild av objektet som fångas på film. Detta beror på ljusets verkan.
Bilden är från början osynlig, men tack vare framkallningslösningen blir den synlig. Denna bild kallasnegativ, i det ser ljusa platser mörka ut och vice versa. Gör ett positivt från negativt på ljuskänsligt papper. Med hjälp av en fotoförstorare förstoras bilden.
Ett förstoringsglas är en lins eller ett linssystem som är utformat för att förstora objekt medan man tittar på dem. Förstoringsglaset placeras bredvid ögat, avståndet från vilket objektet ses tydligt väljs. Användningen av ett förstoringsglas bygger på att öka synvinkeln från vilken objektet betraktas.
För att få mer vinkelförstoring, använd ett mikroskop. I denna enhet sker förstoringen av föremål på grund av det optiska systemet, som består av en lins och ett okular. Först ökas synvinkeln av linsen, sedan av okularet.
Så vi har övervägt de viktigaste optiska fenomenen och enheterna, deras varianter och funktioner.
