Optičke pojave: primjeri u prirodi i zanimljivosti

Osoba se stalno suočava s svjetlosnim fenomenima. Sve što je povezano s pojavom svjetla, njegovim širenjem i interakcijom s tvari, naziva se svjetlosni fenomen. Živopisni primjeri optičkih fenomena mogu biti: duga nakon kiše, munje tijekom oluja, svjetlucave zvijezde na noćnom nebu, igra svjetlosti u struji vode, varijabilnost oceana i neba i mnogi drugi.

Učenici dobivaju znanstveno objašnjenje fizičkih fenomena i optičkih primjera u sedmom razredu, kada počinju studirati fiziku. Za mnoge, optika će biti najfascinantniji i tajanstveni dio u programu školske fizike.

Što osoba vidi?

Oči osobe su raspoređene tako da mogu uočiti samo boje duge. Danas je već poznato da spektar duge nije ograničen samo na crvenu s jedne strane i ljubičastu na drugu. Infracrveni je iza crvene, ultraljubičasta je iza ljubičaste. Mnoge životinje i kukci mogu vidjeti ove boje, ali ljudi, nažalost, ne mogu. No, s druge strane, osoba može stvoriti uređaje koji primaju i emitiraju svjetlosne valove odgovarajuće dužine.

Refrakcija zraka

Vidljiva svjetlost je duga boja, a svjetlost bijele boje, primjerice solarna, jednostavna je kombinacija tih boja. Ako postavite prizmu u snop svjetlo bijele svjetlosti, ona će se razbiti u boje ili valove različitih duljina od kojih se sastoji. Crvena se pojavljuje prvo s više valna duljina zatim narančasta, žuta, zelena, plava i na kraju ljubičasta, koja ima najkraću valnu duljinu u vidljivom svjetlu.

Ako uzmete drugu prizmu kako biste uhvatili svjetlo dugine i okrenuli je naopako, ona će sve boje pretvoriti u bijelu. Mnogo je primjera optičkih pojava u fizici, a neke ćemo ih razmotriti.

Zašto je nebo plavo?

Mlade roditelje često zbunjuju najjednostavniji, na prvi pogled, pitanja svojih malih društvenih problema. Ponekad je najteže odgovoriti na njih. Gotovo svi primjeri optičkih pojava u prirodi mogu se objasniti modernom znanošću.

Sunčeva svjetlost koja osvjetljava nebo tijekom dana je bijela, što znači da teoretski nebo također treba biti svijetlo bijelo. Da bi izgledala plavo, potrebni su neki procesi sa svjetlom u trenutku kada prolazi kroz atmosferu Zemlje. Evo što se događa: neke dio svijeta prolazi kroz slobodni prostor između molekula plina u atmosferi, dostižući površinu Zemlje i ostajući iste bijele boje kao na početku staze. Ali sunčeva svjetlost udara na molekule plina, koje se, poput kisika, apsorbiraju i zatim raspršuju u svim smjerovima.

Atomi u molekulama plina aktiviraju se apsorbiranom svjetlošću i ponovno emitiraju fotone svjetlosti u valovima različite duljine - od crvene do ljubičaste. Dakle, dio svjetla ide na Zemlju, a ostatak se vraća Suncu. Svjetlina emitiranog svjetla ovisi o boji. Osam fotona plavog svjetla proizvodi se za svaki foton crvene boje. Stoga je plavo svjetlo osam puta svjetlije od crvenog. Intenzivno plavo svjetlo emitira se sa svih strana milijarde molekula plina i dopire do naših očiju.

Šareni luk

Ljudi su mislili da su duge znakovi koje im bogovi šalju. Doista, prekrasne raznobojne vrpce uvijek se pojavljuju na nebu niotkuda, a zatim nestaju jednako tajanstveno. Danas znamo da je duga jedan od primjera optičkih fenomena u fizici, ali ne prestajemo mu se diviti svaki put kad je promatramo na nebu. Zanimljivo je da svaki promatrač vidi još jednu dugu koju stvaraju zrake svjetlosti koje dolaze iza njega i od kišnih kapi ispred njega.

Od čega su napravljene duge?

Recept za ove optičke pojave u prirodi je jednostavan: kapljice vode u zraku, svjetlo i promatrač. Ali nije dovoljno da se sunce pojavi tijekom kiše. Trebalo bi biti nisko, a promatrač bi trebao stajati tako da sunce bude iza njega, i pogledati mjesto gdje ide ili je upravo kišilo.

Sunčeva zraka koja potječe iz dalekog svemira zauzima kišnu kap. Djelujući poput prizme, kišna kap se lomi svaku boju skrivenu u bijeloj svjetlosti. Tako, kada bijela zraka prolazi kroz kišnu kap, ona se iznenada razdvaja u prekrasne obojene zrake. Unutar kapljice udaraju u njegov unutarnji zid, koji djeluje poput zrcala, a zrake se reflektiraju u istom smjeru iz kojeg su prodrle u kapljicu.

Kao rezultat, oči vide dugu boja u obliku luka kroz nebo - svjetlo savijeno i reflektirano milijunima sitnih kapi. Mogu se ponašati kao male prizme, razdvajajući bijelu svjetlost u spektar boja. Ali kiša nije uvijek potrebna da se vidi duga. Svjetlo se također može lomiti od magle ili pare iz mora.

Koja je boja vode?

Odgovor je očigledan - voda je plava. Ako u čašu sipate čistu vodu, svi će vidjeti njezinu prozirnost. To je zbog činjenice da je premalo vode u čaši i da je njezina boja previše blijeda da bi je vidjela.

Prilikom punjenja velike staklene posude možete vidjeti prirodnu plavu nijansu vode. Njegova boja ovisi o tome kako molekule vode apsorbiraju ili reflektiraju svjetlost. Bijelo svjetlo je sastavljeno od duginih boja, a molekule vode apsorbiraju većinu boja spektra od crvene do zelene, koja prolazi kroz njih. I plavi se dio odražava natrag. Vidimo plavu boju.

Izlasci sunca i zalasci sunca

To su također primjeri optičkih pojava koje osoba svakodnevno promatra. Kad sunce izlazi i zalazi, usmjerava svoje zrake pod kutom prema mjestu gdje se nalazi promatrač. Oni imaju duže putovanje nego kad je sunce u vrhuncu.

Slojevi zraka iznad Zemljine površine često sadrže mnogo prašine ili mikroskopskih čestica vlage. Sunčeve zrake proći pod kutom prema površini i filtrirati. Crveni zraci imaju najduži val zračenja i stoga olakšavaju put do zemlje od plavih s kratkim valovima, koji se odbijaju od čestica prašine i vode. Stoga, tijekom jutarnje i večernje zore, osoba promatra samo dio sunčevih zraka koji dopiru do Zemlje, odnosno crvene.

Svjetlosni show planet

Tipična aurora je šareni sjaj na noćnom nebu koji se može vidjeti svake noći na Sjevernom polu. Ogromne trake plavo-zelenog svjetla koje se mijenjaju u bizarnim oblicima s narančastim i crvenim pjegama ponekad dosežu širinu preko 160 km i mogu se produžiti do 1600 km.

Kako objasniti ovaj optički fenomen, koji je tako spektakularan prizor? Svijetli se pojavljuju na Zemlji, ali su uzrokovani procesima koji se odvijaju u dalekom Suncu.

Kako se sve odvija?

Sunce je ogromna plinska kugla koja se sastoji uglavnom od atoma vodika i helija. Svi oni imaju protone s pozitivnim nabojem i elektrone koji se okreću oko njih s negativnim nabojem. Stalno se oreol vrućeg plina širi u svemir u obliku solarnog vjetra. To bezbroj protona i elektrona žure brzinom od 1000 km u sekundi.

Kada čestice solarnog vjetra dosegnu Zemlju, privlači ih snažno magnetsko polje planeta. Zemlja je ogromni magnet s magnetskim linijama koje se spajaju na sjevernom i južnom polu. Privučene čestice nalaze se duž tih nevidljivih linija nedaleko od polova i sudaraju se s atomima dušika i kisika koji čine atmosferu Zemlje.

Neki od Zemljinih atoma gube elektrone, drugi su napunjeni novom energijom. Nakon sudara sa protonima i elektronima Sunca, oni daju fotone svjetlosti. Na primjer, dušik koji je izgubio elektrone privlači ljubičastu i plavu svjetlost, a nabijeni dušik svijetli tamnom crvenom svjetlošću. Napunjeni kisik daje zeleno i crveno svjetlo. Tako nabijene čestice uzrokuju prelijevanje zraka s mnogo boja. Ovo je aurora.

fatamorgane

Odmah treba utvrditi da mirage nisu plod ljudske mašte, čak se i mogu fotografirati, to su gotovo mistični primjeri optičkih fizičkih pojava.

Postoji mnogo svjedočanstava o promatranju viđenja, ali znanost može dati znanstveno objašnjenje za ovo čudo. Oni mogu biti jednostavni, poput komada vode među vrućim pijeskom, i mogu biti nevjerojatno složeni konstruirajući vizije o vješanju dvoraca s stupovima ili fregatama. Svi ovi primjeri optičkih fenomena nastaju igrom svjetla i zraka.

Svjetlosni valovi se savijaju kada prvi put prolaze kroz topli, a zatim hladni zrak. Vrući zrak je više razrijeđen nego hladan zrak, tako da su njegove molekule aktivnije i odstupaju na veće udaljenosti. S padom temperature smanjuje se i kretanje molekula.

Vizije promatrane kroz leće Zemljine atmosfere mogu biti jako modificirane, komprimirane, proširene ili obrnute. To je zato što se zrake svjetlosti savijaju, prolaze kroz topli, a zatim hladni zrak, i obrnuto. I one slike koje nose sa sobom svjetlosni tok Na primjer, nebo se može odraziti u vrućem pijesku i izgledati kao komad vode, koji se uvijek približava.

Najčešće se mirže mogu promatrati na velikim udaljenostima: u pustinjama, morima i oceanima, gdje se istovremeno mogu smjestiti vrući i hladni slojevi zraka različitih gustoća. To je prolaz kroz različite temperaturne slojeve koji su sposobni zaokrenuti svjetlosni val i dobiti viziju kao rezultat, što je odraz nečega i predstavljen fantazijom kao pravi fenomen.

halo

Za većinu optičkih iluzija koje se mogu promatrati golim okom, objašnjenje je refrakcija sunčeve svjetlosti u atmosferi. Jedan od najneobičnijih primjera optičkih pojava je solarni halo. Zapravo, halo je duga oko sunca. Međutim, razlikuje se od uobičajene duge i po izgledu i po svojim svojstvima.

Ovaj fenomen ima mnogo varijanti, od kojih je svaka lijepa na svoj način. Ali za pojavu bilo kakve optičke iluzije, potrebni su određeni uvjeti.

Halo se pojavljuje na nebu kada se nekoliko faktora podudara. Najčešće se može vidjeti u hladnom vremenu pri visokoj vlažnosti. U zraku se nalazi veliki broj ledenih kristala. Prolazeći kroz njih, sunčeva svjetlost se lomi na takav način da tvori luk oko sunca.

I premda se posljednja 3 primjera optičkih fenomena lako mogu objasniti modernom znanošću, za običnog promatrača često ostaju misterija i misterija.

Uzimajući u obzir glavne primjere optičkih fenomena, sigurno je vjerovati da su mnoge od njih objašnjene modernom znanošću, unatoč njezinoj tajni i tajanstvenosti. No znanstvenici još uvijek imaju mnogo otkrića, tragove tajanstvenih pojava koje se događaju na planeti Zemlji i šire.