Optični pojavi: primeri v naravi in ​​zanimivosti

Oseba se nenehno sooča s svetlobnimi pojavi. Vse, kar je povezano s pojavom svetlobe, njenim širjenjem in interakcijo s snovjo, imenujemo svetlobni pojavi. Živahni primeri optičnih pojavov so lahko: mavrica po dežju, strela v času nevihte, svetleče zvezde na nočnem nebu, igra svetlobe v toku vode, spremenljivost oceana in neba ter mnogi drugi.

Učenci dobijo znanstveno razlago fizikalnih pojavov in optičnih primerov v 7. razredu, ko začnejo študirati fiziko. Za mnoge bo optika najbolj fascinantna in skrivnostna sekcija v šolskem programu fizike.

Kaj vidi oseba?

Oči človeka so urejene tako, da lahko zazna le barve mavrice. Danes je že znano, da spekter mavrice ni omejen na rdečo na eni strani in vijolično na drugi. Infrardeča je za rdečo, ultravijolična je za vijolično. Številne živali in žuželke lahko vidijo te barve, vendar ljudje žal ne morejo. Po drugi strani pa lahko oseba ustvari naprave, ki sprejemajo in oddajajo svetlobne valove ustrezne dolžine.

Refrakcija žarkov

Vidna svetloba je mavrica barv in svetloba bele barve, na primer sončna, je preprosta kombinacija teh barv. Če postavite prizmo v žarek svetlo bele svetlobe, se razcepi v barve ali valove različnih dolžin, iz katerih je sestavljena. Rdeča je prva z več valovna dolžina potem oranžna, rumena, zelena, modra in nazadnje vijolična, ki ima najmanjšo valovno dolžino v vidni svetlobi.

Če vzamete drugo prizmo, da ujamete svetlobo mavrice in jo obrnete na glavo, bo vse barve v belo. Obstajajo številni primeri optičnih pojavov v fiziki, nekatere jih bomo obravnavali.

Zakaj je nebo modro?

Mlade starše pogosto zamenjujejo najenostavnejša, na prvi pogled, vprašanja o svojih majhnih socialnih problemih. Včasih je najtežje odgovoriti nanje. Skoraj vse primere optičnih pojavov v naravi lahko pojasnimo sodobna znanost.

Sončna svetloba, ki osvetljuje nebo čez dan, je bela, kar pomeni, da mora biti tudi nebo svetlo belo. Da bi bilo videti modro, so potrebni nekateri procesi s svetlobo v trenutku, ko gre skozi atmosfero Zemlje. Tukaj se dogaja: nekaj del sveta prehaja skozi prosti prostor med plinskimi molekulami v ozračju, doseže zemeljsko površino in ostane enaka bela barva kot na začetku poti. Toda sončna svetloba udari na plinske molekule, ki se, tako kot kisik, absorbirajo in nato razpršijo v vse smeri.

Atomi v plinskih molekulah aktivirajo absorbirana svetloba in spet oddajajo fotone svetlobe v valovih različnih dolžin - od rdeče do vijolične. Tako nekaj svetlobe gre na zemljo, ostalo gre nazaj k Soncu. Svetlost oddane svetlobe je odvisna od barve. Za vsak foton rdeče se proizvede osem fotonov modre svetlobe. Zato je modra svetloba osemkrat svetlejša od rdeče. Intenzivna modra svetloba se oddaja z vseh strani milijarde plinskih molekul in doseže naše oči.

Barvni lok

Ljudje so mislili, da so mavrice znaki, ki jih bogovi pošljejo. Pravzaprav se lepi večbarvni trakovi vedno pojavljajo na nebu od nikoder, nato pa izginejo prav tako skrivnostno. Danes vemo, da je mavrica eden od primerov optičnih pojavov v fiziki, vendar ga ne prenehamo občudovati vsakič, ko jo opazujemo na nebu. Zanimivo je, da vsak opazovalec vidi še eno mavrico, ki jo ustvarjajo žarki svetlobe, ki prihajajo izza njega in iz dežnih kapljic pred njim.

Od česa so narejene mavrice?

Recept za te optične pojave v naravi je preprost: vodne kapljice v zraku, svetloba in opazovalec. Vendar ni dovolj, da se sonce pojavi med dežjem. Moral bi biti nizek, opazovalec pa bi moral stati tako, da bi bilo za njim sonce, in pogledal kraj, kamor gre, ali pa je ravnokar padel dež.

Sončna žarka, ki prihaja iz daljnega prostora, prevzame dežno kapljico. Deluje kot prizma, dežna kaplja lomi vsako barvo, skrito v beli svetlobi. Torej, ko bela žarka preide skozi dežno kapljico, se nenadoma razdeli v lepe obarvane žarke. V notranjosti kapljice se zaletavajo v njeno notranjo steno, ki deluje kot ogledalo, in žarki se odražajo v isti smeri, iz katere so prodrli v kapljico.

Zaradi tega oči vidijo mavrico barv v obliki loka po nebu - svetlobo, ki se skriva in odbija milijone drobnih dežnih kapljic. Delujejo lahko kot majhne prizme, ki delijo belo svetlobo v spekter barv. Toda dež ni vedno potreben, da bi videli mavrico. Svetlobo lahko tudi lomimo z meglo ali paro iz morja.

Katera barva je voda?

Odgovor je očiten - voda je modra. Če v kozarec nalijete čisto vodo, bodo vsi videli njeno transparentnost. To je posledica dejstva, da je v steklu premalo vode in da je njena barva preveč bleda, da bi jo lahko videli.

Pri polnjenju velike steklene posode lahko vidite naravni modri odtenek vode. Njegova barva je odvisna od tega, kako molekule vode absorbirajo ali odbijajo svetlobo. Bela svetloba je sestavljena iz mavrice barv, molekule vode pa absorbirajo večino barv spektra od rdeče do zelene, ki teče skozi njih. Modri ​​del se odbija nazaj. Tako vidimo modro barvo.

Sončni vzhodi in sončni zahodi

To so tudi primeri optičnih pojavov, ki jih vsak dan opazuje. Ko sonce vzhaja in se postavlja, usmerja svoje žarke pod kotom na mesto, kjer se nahaja opazovalec. Imajo daljšo pot, kot ko je sonce v zenitu.

Plasti zraka nad zemeljsko površino pogosto vsebujejo veliko prahu ali mikroskopskih delcev vlage. Sončni žarki preide pod kotom na površino in filtrira. Rdeči žarki imajo najdaljši val sevanja in s tem olajšajo pot do tal kot modri s kratkimi valovi, ki se odbijajo z delci prahu in vode. Zato med jutranjim in večernim zorom oseba opazuje le del sončnih žarkov, ki dosežejo zemljo, in sicer rdeče.

Svetlobni planet

Tipična aurora je barvit sijaj na nočnem nebu, ki se lahko vidi vsako noč na Severnem tečaju. Ogromni trakovi modro-zelene svetlobe, ki se spreminjajo v bizarnih oblikah z oranžnimi in rdečimi pikami, včasih dosežejo širino več kot 160 km in se lahko podaljšajo do 1600 km.

Kako razložiti ta optični fenomen, ki je tako spektakularen pogled? Sijaji se pojavijo na Zemlji, vendar jih povzročajo procesi, ki se dogajajo v oddaljenem Soncu.

Kako se vse dogaja?

Sonce je ogromna plinska krogla, sestavljena predvsem iz atomov vodika in helija. Vsi imajo protone s pozitivnim nabojem in elektrone, ki se vrtijo okoli njih z negativnim nabojem. Nenehno se v vesolje v obliki sončnega vetra širi halo vročega plina. To nešteto protonov in elektronov hiti s hitrostjo 1000 km na sekundo.

Ko delci sončnega vetra dosežejo Zemljo, jih privlači močno magnetno polje planeta. Zemlja je velik magnet z magnetnimi linijami, ki se približujejo severnemu in južnemu polu. Pritegnjeni delci se nahajajo vzdolž teh nevidnih linij nedaleč od polov in trčijo z atomi dušika in kisika, ki tvorijo zemeljsko atmosfero.

Nekateri zemeljski atomi izgubijo svoje elektrone, drugi so napolnjeni z novo energijo. Po trku s protoni in elektroni Sonca oddajajo fotone svetlobe. Na primer, dušik, ki je izgubil elektrone, privlači vijolično in modro svetlobo, nabiti dušik pa sveti s temno rdečo svetlobo. Naelektreni kisik oddaja zeleno in rdečo luč. Tako nabiti delci povzročajo prelivanje zraka z mnogimi barvami. To je aurora.

Mireže

Takoj je treba ugotoviti, da mirage niso plod človeške domišljije, da se lahko celo fotografirajo, da so skoraj mistični primeri optičnih fizičnih pojavov.

Veliko je pričevanj o opazovanju miragov, vendar lahko znanost zagotovi znanstveno razlago tega čudeža. Lahko so preproste, kot je košček vode med vročim peskom, in so lahko izjemno zapletene z oblikovanjem vizij za obešanje gradov s stebri ali fregati. Vse te primere optičnih pojavov ustvarja igra svetlobe in zraka.

Svetlobni valovi se upognejo, ko prvič preidejo skozi topel in nato hladen zrak. Vroč zrak je bolj raztopljen kot hladen zrak, zato so njegove molekule bolj aktivne in se razhajajo na daljše razdalje. S padajočo temperaturo se gibanje molekul prav tako zmanjšuje.

Vizije, ki jih opazujemo skozi leče zemeljske atmosfere, so lahko močno spremenjene, stisnjene, razširjene ali obrnjene. Razlog je v tem, da se žarki svetlobe pregibajo, prehajajo skozi topel in nato hladen zrak, in obratno. In tiste podobe, ki jih nosi svetlobni tok Na primer, nebo se lahko odbije v vročem pesku in se zdi kot kos vode, ki se vedno približuje.

Najpogosteje se lahko opazijo mirage na velikih razdaljah: v puščavah, morjih in oceanih, kjer se lahko istočasno nahajajo vroče in hladne plasti zraka z različno gostoto. Prav prehod skozi različne temperaturne plasti je zmožen zavrteti svetlobni val in s tem pridobiti vizijo, ki je odsev nečesa, ki jo predstavlja fantazija kot pravi fenomen.

Halo

Za večino optičnih iluzij, ki jih lahko opazimo s prostim očesom, je razlaga refrakcija sončne svetlobe v atmosferi. Eden najbolj nenavadnih primerov optičnih pojavov je sončni halo. Pravzaprav je halo mavrica okoli sonca. Vendar se razlikuje od običajne mavrice tako po videzu kot po svojih lastnostih.

Ta pojav ima številne sorte, od katerih je vsaka lepa na svoj način. Toda za pojav kakršne koli optične iluzije so potrebni določeni pogoji.

Halo se pojavi na nebu, ko se več dejavnikov ujema. Najpogosteje jo lahko opazimo v ledenem vremenu pri visoki vlažnosti. V zraku je veliko število ledenih kristalov. Razbijajoče se sonce se lomi tako, da oblikuje lok okoli sonca.

In čeprav je zadnje tri primere optičnih pojavov zlahka razložilo moderna znanost, za običajnega opazovalca pogosto ostanejo skrivnost in skrivnost.

Ob upoštevanju glavnih primerov optičnih pojavov je mogoče prepričati, da jih je veliko kljub svoji skrivnosti in skrivnosti razložilo moderno znanost. Vendar pa imajo znanstveniki še vedno veliko odkritij, namigov o skrivnostnih pojavih, ki se pojavljajo na planetu Zemlji in drugod.