يتم وضع نص العمل بدون صور وصيغ.
النسخة الكاملةالعمل متاح في علامة التبويب "ملفات العمل" بتنسيق PDF

1 المقدمة.

عندما كنت ألعب في الشارع ، لفتت الانتباه مرة إلى السماء ، كان الأمر غير عادي: بلا قاع ، لا نهاية له ، وأزرق ، وأزرق! وفقط الغيوم غطت هذا اللون الأزرق قليلاً. تساءلت لماذا السماء زرقاء؟ تذكرت على الفور أغنية الثعلب أليس من القصة الخيالية عن بينوكيو "يا لها من سماء زرقاء ...!" ودرس جغرافيا ، حيث درسنا موضوع "الطقس" ، ووصفنا حالة السماء ، وقلنا أيضًا أنها اللون الأزرق. إذن ، لماذا السماء زرقاء؟ عندما وصلت إلى المنزل ، سألت والدتي هذا السؤال. أخبرتني أنه عندما يبكون ، يطلبون المساعدة من الجنة. تزيل السماء دموعهم ، فتتحول إلى اللون الأزرق مثل البحيرة. لكن قصة والدتي لم ترضي سؤالي. قررت أن أسأل زملائي والمعلمين إذا كانوا يعرفون لماذا السماء زرقاء؟ شارك في الاستطلاع 24 طالبًا و 17 معلمًا. بعد معالجة الاستبيانات ، تم الحصول على النتائج التالية:

في المدرسة ، في درس جغرافيا ، سألت المعلم هذا السؤال. أجابتني أن لون السماء يمكن تفسيره بسهولة من منظور الفيزياء. هذه الظاهرة تسمى التشتت. من ويكيبيديا ، تعلمت أن التشتت هو عملية تحلل الضوء إلى طيف. اقترح مدرس الجغرافيا لاريسا بوريسوفنا أن ألاحظ هذه الظاهرة تجريبياً. وذهبنا إلى غرفة الفيزياء. وافق فاسيلي ألكساندروفيتش ، مدرس الفيزياء ، عن طيب خاطر على مساعدتنا في هذا. بمساعدة المعدات الخاصة ، تمكنت من تتبع كيفية حدوث عملية التشتت في الطبيعة.

من أجل العثور على إجابة السؤال لماذا السماء زرقاء ، قررنا إجراء دراسة. هكذا ولدت فكرة المشروع. مع مشرفي ، حددنا موضوع الدراسة والغرض منها وأهدافها ، وطرحنا فرضية ، وحددنا طرق البحث وآليات تنفيذ فكرتنا.

فرضية: الشمس ترسل الضوء إلى الأرض وفي أغلب الأحيان ، عندما ننظر إليها ، تبدو لنا بيضاء مبهرة. هل هذا يعني أن السماء يجب أن تكون بيضاء؟ لكن السماء زرقاء في الواقع. في سياق الدراسة ، سنجد تفسيرات لهذه التناقضات.

استهداف: ابحث عن إجابة السؤال لماذا السماء زرقاء واكتشف ما الذي يحدد لونها.

مهام: 1. تعرف على نفسك مادة نظريةحول هذا الموضوع

2. دراسة ظاهرة تشتت الضوء تجريبيا

3. لاحظ لون السماء فيها وقت مختلفأيام وفي طقس مختلف

موضوع الدراسة: سماء

موضوعات:ضوء ولون السماء

طرق البحث:التحليل ، التجربة ، الملاحظة

مراحل العمل:

1. النظرية

2. عملي

3. الخاتمة: استنتاجات حول موضوع البحث

الأهمية العملية للعمل: يمكن استخدام المواد البحثية في دروس الجغرافيا والفيزياء كوحدة تعليمية.

2. الجزء الرئيسي.

2.1. الجوانب النظريةمشاكل. ظاهرة السماء الزرقاءمن حيث الفيزياء

لماذا السماء زرقاء - من الصعب جدًا العثور على إجابة لمثل هذا السؤال البسيط. أولاً ، دعنا نحدد المفهوم. السماء هي الفضاء فوق الأرض أو سطح أي شيء آخر جسم فلكي. بشكل عام ، تسمى السماء عادةً بالبانوراما التي تفتح عند عرضها من سطح الأرض (أو أي جسم فلكي آخر) في اتجاه الفضاء.

جهز العديد من العلماء أدمغتهم بحثًا عن إجابة. كتب ليوناردو دافنشي وهو يشاهد النار في المدفأة: "يتحول الضوء فوق الظلام إلى اللون الأزرق". ولكن من المعروف اليوم أن اندماج الأبيض والأسود يعطي اللون الرمادي.

أرز. 1. فرضية ليوناردو دافنشي

كاد إسحاق نيوتن أن يشرح لون السماء ، ومع ذلك ، كان عليه أن يعترف بأن قطرات الماء الموجودة في الغلاف الجوي لها جدران رقيقة مثل فقاعات الصابون. لكن اتضح أن هذه القطرات عبارة عن كرات ، مما يعني أنها لا تمتلك سمكًا للجدار. لذلك انفجرت فقاعة نيوتن!

أرز. 2. فرضية نيوتن

أفضل حل للمشكلة منذ حوالي 100 عام اقترحه الفيزيائي الإنجليزي اللورد جون رايلي. لكن لنبدأ من البداية. تشع الشمس مبهرة الضوء الابيض، لذلك يجب أن يكون لون السماء هو نفسه ، لكنه لا يزال أزرق. ماذا يحدث للضوء الأبيض في الغلاف الجوي؟ إنه يمر عبر الغلاف الجوي ، كما هو الحال من خلال منشور ، ويتكسر إلى سبعة ألوان. ربما تعرف هذه السطور: كل صياد يريد أن يعرف أين يجلس الدراج. مخبأة في هذه المقترحات معنى عميق. يمثلون الألوان الأساسية في طيف الضوء المرئي.

أرز. 3. طيف الضوء الأبيض.

أفضل عرض طبيعي لهذا الطيف هو بالطبع قوس قزح.

أرز. 4 طيف الضوء المرئي

الضوء المرئي الاشعاع الكهرومغناطيسيالتي لها أطوال موجية مختلفة. هناك أيضًا ضوء غير مرئي لا تدركه أعيننا. هذه هي الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. لا يمكننا رؤيته لأن طوله إما طويل جدًا أو قصير جدًا. رؤية الضوء تعني إدراك لونه ، لكن اللون الذي سنراه يعتمد على الطول الموجي. أطول الأطوال الموجية المرئية حمراء وأقصر الأطوال الموجية أرجوانية.

تعتمد أيضًا قدرة الضوء على التشتت ، أي الانتشار في وسط ، على الطول الموجي. أحمر موجات الضوءتشتت أسوأ ما في الأمر ، لكن الألوان الزرقاء والبنفسجية لها قدرة عاليةللتشتت.

أرز. 5. قدرة الضوء على التشتت

وأخيرًا ، اقتربنا من الإجابة على سؤالنا ، لماذا السماء زرقاء؟ كما ذكر أعلاه، لون أبيضهو مزيج من كل الألوان الممكنة. عند الاصطدام بجزيء غاز ، يتشتت كل مكون من مكونات اللون السبعة للضوء الأبيض. في هذه الحالة ، يتشتت الضوء ذو الأطوال الموجية الأطول بشكل أسوأ من الضوء ذي الأطوال الموجية القصيرة. وبسبب هذا ، يبقى الطيف الأزرق في الهواء أكبر بمقدار 8 مرات من اللون الأحمر. على الرغم من أن اللون الأرجواني له أقصر طول موجي ، إلا أن السماء لا تزال تظهر باللون الأزرق بسبب مزيج من الموجات الأرجواني والأخضر. بالإضافة إلى ذلك ، ترى أعيننا اللون الأزرق أفضل من اللون الأرجواني ، بنفس درجة السطوع لكليهما. هذه هي الحقائق التي تحدد نظام الألوانالسماء: الغلاف الجوي مليء حرفيًا بأشعة اللون الأزرق والأزرق.

ومع ذلك ، فإن السماء ليست دائما زرقاء. خلال النهار نرى السماء زرقاء ، زرقاء ، رمادية ، في المساء - حمراء (المرفقات 1).لماذا لون غروب الشمس أحمر؟ أثناء غروب الشمس ، تقترب الشمس من الأفق ، ويتم توجيه شعاع الشمس إلى سطح الأرض ليس عموديًا ، كما هو الحال أثناء النهار ، ولكن بزاوية. لذلك ، فإن المسار الذي يسلكه عبر الغلاف الجوي كثير علاوة على ذلكأنه يمر خلال النهار عندما تكون الشمس عالية. لهذا السبب ، يتم امتصاص الطيف الأزرق والأزرق في الغلاف الجوي قبل الوصول إلى الأرض ، وتصل موجات الضوء الأطول من الطيف الأحمر إلى سطح الأرض ، لتلوين السماء بدرجات اللون الأحمر والأصفر. من الواضح أن التغير في لون السماء مرتبط بدوران الأرض حول محورها ، مما يعني زاوية سقوط الضوء على الأرض.

2.2. الجوانب العملية. طريقة تجريبية لحل المشكلة

في فصل الفيزياء ، تعرفت على جهاز قياس الطيف. أخبرني فاسيلي ألكساندروفيتش ، مدرس الفيزياء ، بمبدأ تشغيل هذا الجهاز ، وبعد ذلك أجريت تجربة تسمى التشتت بشكل مستقل. ينكسر شعاع الضوء الأبيض الذي يمر عبر منشور ونرى قوس قزح على الشاشة (الملحق 2).ساعدتني هذه التجربة على فهم كيفية ظهور هذا الخلق المذهل للطبيعة في السماء. بمساعدة مقياس الطيف ، يمكن للعلماء اليوم الحصول على معلومات حول تكوين وخصائص مواد مختلفة.

الصورة 1. عرض تجربة التشتت في

صف الفيزياء

كنت أرغب أيضًا في الحصول على قوس قزح في المنزل. أخبرتني معلمة الجغرافيا ، لاريسا بوريسوفنا ، عن كيفية القيام بذلك. أصبح وعاء زجاجي به ماء ، ومرآة ، ومصباح يدوي ، وصفيحة بيضاء من الورق تناظريًا لجهاز الطيف. نضع مرآة في وعاء به ماء ، ونضع ورقة بيضاء خلف الحاوية. نوجه ضوء مصباح يدوي على المرآة بحيث يسقط الضوء المنعكس على الورقة. ظهر قوس قزح على قطعة من الورق مرة أخرى! (الملحق 3).من الأفضل إجراء التجربة في غرفة مظلمة.

لقد قلنا بالفعل أعلاه أن الضوء الأبيض ، في الواقع ، يحتوي بالفعل على جميع ألوان قوس قزح. تأكد من ذلك ، ولجمع كل الألوان مرة أخرى إلى اللون الأبيض ، يمكنك عمل قمة قوس قزح (الملحق 4).إذا قمت بتدويرها بقوة ، فسوف تندمج الألوان وسيتحول القرص إلى اللون الأبيض.

بالرغم من التفسير العلميتشكل قوس قزح ، تظل هذه الظاهرة واحدة من المشاهد البصرية الغامضة في الغلاف الجوي. شاهد واستمتع!

3 - الخلاصة

بحثًا عن إجابة للأسئلة التي كثيرًا ما تُسأل سؤال طفل"لماذا السماء زرقاء؟" لقد تعلمت الكثير من الأشياء الممتعة والمفيدة لنفسي. التناقضات في فرضيتنا اليوم لها تفسير علمي:

السر كله في لون السماء في غلافنا الجوي - في قذيفة الهواءكوكب الأرض.

يتحول شعاع الشمس الأبيض ، الذي يمر عبر الغلاف الجوي ، إلى أشعة من سبعة ألوان.

الشعاعان الأحمر والبرتقالي هما الأطول ، بينما الشعاعتان الزرقاء هي الأقصر.

تصل الأشعة الزرقاء إلى الأرض أقل من غيرها ، وبفضل هذه الأشعة ، اخترقت السماء باللون الأزرق.

السماء ليست دائما زرقاء وهذا بسبب حركة محوريةأرض.

تجريبيًا ، تمكنا من تصور وفهم كيفية حدوث التشتت في الطبيعة. على ال ساعة الفصلفي المدرسة أخبرت زملائي لماذا السماء زرقاء. كان من المثير للاهتمام أيضًا معرفة أين يمكن ملاحظة ظاهرة التشتت في بلدنا الحياة اليومية. لقد وجدت العديد من الاستخدامات العملية لهذا ظاهرة فريدة (الملحق 5).في المستقبل ، أود دراسة السماء أكثر. فكم بالحري محفوف بالأسرار؟ ما هي الظواهر التي ما زالت تحدث في الغلاف الجوي وما هي طبيعتها؟ كيف تؤثر على البشر وجميع الكائنات الحية على الأرض؟ ربما سيكون هذا هو موضوع بحثي المستقبلي.

فهرس

1. ويكيبيديا - الموسوعة المجانية

2. لوس أنجلوس مالكوف. دليل إلكترونيفي الفيزياء "البصريات الهندسية"

3. Peryshkin A.V. الفيزياء. الصف 9 كتاب مدرسي. م: بوستارد ، 2014 ، ص 202-209

4.http ؛ / شبكة الاتصالات العالمية. voprosy-kak-ipochemu.ru

5. أرشيف الصور الشخصية "السماء فوق Golyshmanovo"

المرفقات 1.

"السماء فوق غوليشمانوفو"(أرشيف الصور الشخصية)

الملحق 2

تشتت الضوء باستخدام مقياس الطيف

الملحق 3

تشتت الضوء في المنزل

"قوس المطر"

الملحق 4

أعلى قوس قزح

قمة في الراحة أعلى الغزل أثناء الدوران

الملحق 5

التشتت في حياة الإنسان

أضواء الماس على متن طائرة

المصابيح الأمامية للسيارة

علامات عاكسة

لكن كم يوجد ألوان مختلفةما الذي يجعل الأشياء من حولنا ملونة؟ و معرفة علميةيمكن بالفعل الإجابة على العديد من هذه الأسئلة. على سبيل المثال ، اشرح لون السماء.

بادئ ذي بدء ، سيكون من الضروري ذكر إسحاق نيوتن العظيم ، الذي لاحظ تحلل الشمس البيضاء أثناء مرورها من خلالها. منشور زجاجي. ما رآه يسمى الآن ظاهرة تشتت، والصورة متعددة الألوان نفسها - نطاق. تتطابق الألوان الناتجة تمامًا مع ألوان قوس قزح. أي ، لاحظ نيوتن قوس قزح في المختبر! بفضل تجاربه في نهاية القرن الثامن عشر ، ثبت أن الضوء الأبيض هو مزيج من ألوان مختلفة. علاوة على ذلك ، أثبت نفس نيوتن أنه إذا تحلل الضوء إلى طيف اختلط مرة أخرى ، فسيتم الحصول على ضوء أبيض. في القرن التاسع عشر ، تبين أن الضوء ينتشر مع بسرعة كبيرةبسرعة 300000 كم / ثانية موجات كهرومغناطيسية. وبالفعل في بداية القرن الماضي ، تم استكمال هذه المعرفة بفكرة كمية الضوء - الفوتون. وهكذا ، للضوء طبيعة مزدوجة - موجات وجسيمات. أصبح هذا التوحيد تفسيرًا للعديد من الظواهر ، على وجه الخصوص ، طيف الإشعاع الحراري للأجسام الساخنة. مثل بلدنا.

بعد هذه المقدمة ، حان الوقت للانتقال إلى موضوعنا. لون السماء الأزرق .. من منا لم يعجب به على الأقل مرتين في حياته! لكن هل من السهل القول إن اللوم يقع على تشتت الضوء في الغلاف الجوي؟ ولماذا لا يكون لون السماء أزرق في الضوء اكتمال القمر؟ ولماذا لا يتشابه اللون الأزرق في كل أجزاء السماء؟ ماذا يحدث للون السماء عند شروق الشمس وغروبها؟ بعد كل شيء ، يمكن أن يكون أصفر ، ووردي وحتى أخضر. ومع ذلك ، فهذه سمات التشتت. لذلك ، سننظر فيه بمزيد من التفصيل.

يعود شرح لون السماء وخصائصها عالم فيزياء إنجليزيجون ويليام رايلي ، الذي درس تشتت الضوء. هو الذي أشار إلى أن لون السماء يتحدد باعتماد التشتت على تردد الضوء. يتفاعل إشعاع الشمس ، عند سقوطه ، مع جزيئات الغازات التي يتكون منها الهواء. ونظرًا لأن طاقة كمية الضوء - يزداد الفوتون مع انخفاض الطول الموجي لموجة الضوء ، ثم أكثر تأثير قويعلى جزيئات الغاز ، بشكل أكثر دقة ، على الإلكترونات في هذه الجزيئات ، فوتونات الجزأين الأزرق والبنفسجي طيف الضوء. قادم هنا الاهتزازات القسرية، تعيد الإلكترونات في شكل فوتون من الإشعاع الطاقة المأخوذة من الموجة الضوئية. تنبعث هذه الفوتونات الثانوية فقط في جميع الاتجاهات ، وليس فقط في اتجاه الضوء الساقط في الأصل. ستكون هذه عملية تشتت الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، يجب على المرء أيضًا أن يأخذ في الاعتبار حركة مستمرةالهواء وتذبذب كثافته. خلاف ذلك ، سنرى سماء سوداء.

والآن دعنا نعود إلى الإشعاع الحراريهاتف. يتم توزيع الطاقة في طيفها بشكل غير متساو ويتم وصفها على أساس القوانين التي وضعها الفيزيائي الألماني فيلهلم وين. سيكون طيف شمسنا متفاوتًا خلف طاقات الفوتونات. أي أنه سيكون هناك عدد أقل بكثير من الفوتونات من الجزء البنفسجي منه مقارنة بالفوتونات من اللون الأزرق وحتى الأزرق. إذا أخذنا في الاعتبار أيضًا فسيولوجيا الرؤية ، أي الحساسية القصوى لأعيننا للون الأزرق والأخضر ، فسننتهي بسماء زرقاء أو زرقاء.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه كلما زاد طول مسار الشعاع الشمسي في الغلاف الجوي ، قلت الفوتونات غير المتفاعلة من المناطق الطيفية الزرقاء والزرقاء فيه. لذلك فإن لون السماء غير متساوٍ ، وألوان الصباح أو المساء تكون صفراء حمراء بسبب طول مسار الضوء عبر الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الغبار والدخان والجسيمات الأخرى الموجودة في الهواء تؤثر أيضًا بشكل كبير على تشتت الضوء في الغلاف الجوي. حول هذا الموضوع ، يمكن للمرء أن يتذكر لوحات لندن الشهيرة. أو ذكريات كارثة عام 1883 التي حدثت أثناء ثوران بركان كراكاتوا. تسبب الرماد الناتج عن الانفجار ، الذي سقط في الغلاف الجوي ، في لون الشمس المزرق في العديد من البلدان. منطقة المحيط الهادئ، وكذلك الفجر الأحمر الذي لوحظ في جميع أنحاء الأرض. لكن هذه التأثيرات تم تفسيرها بالفعل من خلال نظرية أخرى - نظرية تشتت الجسيمات بما يتناسب مع الطول الموجي للضوء. تم اقتراح هذه النظرية على العالم من قبل الفيزيائي الألماني جوستاف مي. الفكرة الرئيسيةإي - هذه الجسيمات ، نظرًا لحجمها الكبير نسبيًا ، تشتت الضوء الأحمر أكثر من الأزرق أو البنفسجي.

وبالتالي ، فإن لون السماء ليس مجرد مصدر إلهام للشعراء والفنانين ، بل نتيجة خفية. القوانين الفيزيائيةالتي تمكنت من الكشف عن العبقرية البشرية.

الفرضية: خطة العمل: دراسة ماهية الضوء ؛ التحقيق في التغير في لون وسط شفاف من زاوية حدوث أشعة الضوء ؛ إعطاء تفسير علمي للظاهرة المرصودة ترتبط التغيرات في لون السماء بزاوية دخول أشعة الضوء إلى الغلاف الجوي للأرض.

الجزء النظري رأى الجميع كيف تلمع كل ألوان قوس قزح ، حواف الكريستال ، قطرات صغيرة من الندى. ما الذي يجري؟ بعد كل شيء ، تسقط أشعة الشمس البيضاء على أجسام شفافة عديمة اللون. هذه الظواهر معروفة للناس لفترة طويلة. لفترة طويلة كان يعتقد أن الضوء الأبيض هو الأبسط والألوان التي تم إنشاؤها خصائص خاصةبعض الهاتف.

1865 جيمس ماكسويل. ابتكر نظرية الموجات الكهرومغناطيسية. الضوء هو عام EMW. اكتشف Heinrich Hertz طريقة لإنشاء وتوزيع EMW.

الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية ، وهي عبارة عن مجموعة من الموجات ذات الأطوال المختلفة. من خلال رؤيتنا ، نتصور فاصلًا صغيرًا من أطوال EMW كضوء. معا ، هذه الموجات تعطينا الضوء الأبيض. وإذا اخترنا جزءًا من الموجات من هذه الفترة ، فإننا ندركها على أنها ضوء مع بعض الألوان. هناك سبعة ألوان أساسية في المجموع.

مسار التجربة: نملأ الحاوية (حوض السمك) بالماء ؛ أضف بعض الحليب إلى الماء (هذه جزيئات الغبار) نوجه الضوء من المصباح من الأعلى إلى الماء ؛ هذا لون السماء عند الظهيرة. قم بتغيير زاوية حدوث الضوء على الماء من 0 إلى 90. لاحظ تغير اللون.

الخلاصة: يعتمد التغير في لون السماء على الزاوية التي تدخل فيها أشعة الضوء الغلاف الجوي للأرض. يتغير لون السماء خلال النهار من الأزرق إلى الأحمر. وعندما لا يدخل الضوء الغلاف الجوي ، يحل الليل في هذا المكان من الأرض. في الليل ، عندما يكون الطقس مناسبًا ، يصل إلينا الضوء القادم من النجوم البعيدة ويضيء القمر بالضوء المنعكس.

لقد اعتدنا جميعًا على حقيقة أن لون السماء هو خاصية متغيرة. ضباب ، غيوم ، وقت من اليوم - كل شيء يؤثر على لون القبة العلوية. تغييره اليومي لا يشغل أذهان معظم البالغين ، وهو ما لا يمكن أن يقال عن الأطفال. إنهم يتساءلون باستمرار لماذا السماء زرقاء من حيث الفيزياء أو ما الذي يحول غروب الشمس إلى اللون الأحمر. دعونا نحاول فهم هذه ليست أبسط الأسئلة.

قابل للتغيير

يجدر بنا أن نبدأ بالإجابة على السؤال حول ماهية السماء في الواقع. في العالم القديمكان يُنظر إليه حقًا على أنه قبة تغطي الأرض. اليوم ، ومع ذلك ، لا يكاد أي شخص يعرف أنه ، بغض النظر عن ارتفاع المستكشف الفضولي ، فلن يتمكن من الوصول إلى هذه القبة. السماء ليست شيئًا ، بل هي بانوراما تفتح عند مشاهدتها من سطح الكوكب ، وهي نوع من المظهر المنسوج من الضوء. علاوة على ذلك ، إذا لاحظت من نقاط مختلفة، قد تبدو مختلفة. إذن ، عمَّا ارتفع فوق الغيوم ، تفتح رؤية مختلفة تمامًا عن الأرض في هذا الوقت.

السماء صافية زرقاء ، ولكن بمجرد دخول السحب ، تصبح رمادية أو رصاصية أو بيضاء. سماء الليل سوداء ، وأحيانًا يمكنك رؤية مناطق حمراء عليها. هذا انعكاس للإضاءة الاصطناعية للمدينة. والسبب في كل هذه التغييرات هو الضوء وتفاعله مع الهواء وجزيئات المواد المختلفة فيه.

طبيعة اللون

للإجابة على سؤال لماذا السماء زرقاء من وجهة نظر الفيزياء ، عليك أن تتذكر ما هو اللون. إنها موجة طول معين. يُنظر إلى الضوء القادم من الشمس إلى الأرض على أنه أبيض. حتى من تجارب نيوتن ، من المعروف ما هو شعاع من سبعة أشعة: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. الألوان تختلف في الطول الموجي. يشمل الطيف الأحمر البرتقالي الموجات الأكثر إثارة للإعجاب في هذه المعلمة. تتميز أجزاء من الطيف بطول موجي قصير. يحدث تحلل الضوء إلى طيف عندما يصطدم بجزيئات من مواد مختلفة ، بينما يمكن امتصاص بعض الموجات ، ويمكن أن يتشتت بعضها.

التحقيق في السبب

حاول العديد من العلماء تفسير سبب زرقة السماء من منظور الفيزياء. سعى جميع الباحثين لاكتشاف ظاهرة أو عملية تشتت الضوء في الغلاف الجوي للكوكب بطريقة لا يصلنا إليها إلا اللون الأزرق نتيجة لذلك. كان الماء هو المرشح الأول لدور هذه الجسيمات. كان يعتقد أنها تمتص الضوء الأحمر وتنقل الضوء الأزرق ، ونتيجة لذلك نرى السماء الزرقاء. ومع ذلك ، أظهرت الحسابات اللاحقة أن كمية الأوزون وبلورات الجليد وجزيئات بخار الماء الموجودة في الغلاف الجوي لا تكفي لإضفاء اللون الأزرق على السماء.

سبب التلوث

في المرحلة التالية من البحث ، اقترح جون تيندال أن دور الجسيمات المرغوبة يلعبه الغبار. يتمتع الضوء الأزرق بأكبر مقاومة للتشتت ، وبالتالي فهو قادر على المرور عبر جميع طبقات الغبار والجسيمات العالقة الأخرى. أجرى تيندال تجربة أكدت افتراضه. ابتكر نموذجًا من الضباب الدخاني في المختبر وأضاءه بضوء أبيض ساطع. اتخذ الضباب الدخاني صبغة زرقاء. توصل العالم إلى استنتاج لا لبس فيه من دراسته: يتم تحديد لون السماء بواسطة جزيئات الغبار ، أي إذا كان هواء الأرض نظيفًا ، فليس أزرق ، ولكن السماء البيضاء كانت تتألق فوق رؤوس الناس.

دراسة الرب

النقطة الأخيرة في السؤال عن سبب كون السماء زرقاء (من وجهة نظر الفيزياء) طرحها العالم الإنجليزي اللورد د. رايلي. لقد أثبت أنه ليس الغبار أو الضباب الدخاني هو الذي يرسم الفضاء فوق رؤوسنا في ظل مألوف لنا. إنه في الهواء نفسه. تمتص جزيئات الغاز أطوال موجات أكبر ، وأطولها في المقام الأول ، تعادل اللون الأحمر. اللون الأزرق يتبدد. هذا هو بالضبط ما يفسر اليوم لون السماء الذي نراه في الطقس الصافي.

سيلاحظ اليقظ أنه ، وفقًا لمنطق العلماء ، يجب أن تكون القبة العلوية أرجوانية ، نظرًا لأن هذا اللون له أقصر طول موجي في النطاق المرئي. ومع ذلك ، هذا ليس خطأ: نسبة البنفسج في الطيف أقل بكثير من اللون الأزرق ، والعين البشرية أكثر حساسية لهذا الأخير. في الواقع ، فإن اللون الأزرق الذي نراه هو نتيجة خلط اللون الأزرق مع البنفسجي وبعض الألوان الأخرى.

غروب الشمس والغيوم

يعلم الجميع أنه يمكنك أن ترى في أوقات مختلفة من اليوم لون مختلفسماء. صور أجمل غروب الشمس فوق البحر أو البحيرة هي مثال رائع على ذلك. كل أنواع ظلال الأحمر والأصفر مع الأزرق والأزرق الداكن تجعل هذا المشهد لا ينسى. ويفسر ذلك بنفس تشتت الضوء. والحقيقة هي أنه أثناء غروب الشمس والفجر ، يتعين على أشعة الشمس التغلب على مسار أطول بكثير عبر الغلاف الجوي مما هو عليه في ذروة النهار. في هذه الحالة ، يتشتت ضوء الجزء الأزرق والأخضر من الطيف جوانب مختلفةوالغيوم القريبة من الأفق تصبح حمراء.

عندما تغطي الغيوم السماء ، تتغير الصورة تمامًا. غير قادر على التغلب على الطبقة الكثيفة ، و معظمهم فقط لا يصلون إلى الأرض. تلتقي الأشعة التي تمكنت من المرور عبر السحب بقطرات ماء من المطر والغيوم ، مما يؤدي إلى تشويه الضوء مرة أخرى. ونتيجة كل هذه التحولات ، يصل الضوء الأبيض إلى الأرض إذا كانت السحب صغيرة الحجم ، والرمادي عندما تغطي السحب المبهرة السماء ، وتمتص جزءًا من الأشعة للمرة الثانية.

سماء أخرى

ومن المثير للاهتمام ، على الكواكب الأخرى النظام الشمسيعند النظر إليها من السطح ، يمكن للمرء أن يرى السماء ، مختلفة تمامًا عن الأرض. على ال الأجسام الفضائيةبحرمانها من الغلاف الجوي ، تصل أشعة الشمس بحرية إلى السطح. نتيجة لذلك ، فإن السماء هنا سوداء ، دون أي لون على الإطلاق. يمكن رؤية هذه الصورة على القمر وعطارد وبلوتو.

سماء المريخ لها صبغة حمراء برتقالية. والسبب في ذلك يكمن في الغبار المشبع بجو الكوكب. تم طلاؤه بظلال مختلفة من اللون الأحمر والبرتقالي. عندما تشرق الشمس فوق الأفق ، تصبح سماء المريخ حمراء وردية ، بينما يظهر الجزء المحيط مباشرة بقرص النجم باللون الأزرق أو حتى الأرجواني.

السماء فوق زحل هي نفس لون الأرض. تمتد سماء الزبرجد فوق أورانوس. السبب يكمن في ضباب الميثان الموجود في الكواكب العليا.

الزهرة مخفية عن أعين الباحثين بطبقة كثيفة من الغيوم. لا يسمح لأشعة الطيف الأزرق والأخضر بالوصول إلى سطح الكوكب ، لذا فإن السماء هنا برتقالية صفراء مع شريط رمادي على طول الأفق.

تكشف دراسة الفضاء فوق النهار عن عجائب لا تقل عن دراسة السماء المرصعة بالنجوم. يساعد فهم العمليات التي تحدث في السحب وخلفها على فهم سبب الأشياء المألوفة تمامًا للشخص العادي ، والتي ، مع ذلك ، لا يمكن للجميع تفسيرها فورًا.

شرح بسيط

ما هي السماء؟

السماء ما لا نهاية. السماء بالنسبة لأية أمة هي رمز الطهارة ، لأنه يعتقد أن الله نفسه يعيش هناك. يتجه الناس إلى السماء ، ويطلبون المطر ، أو العكس بالعكس. أي أن السماء ليست مجرد هواء ، فالسماء هي رمز للنقاء والنقاء.

سماء -إنه مجرد هواء ، ذلك الهواء العادي الذي نتنفسه كل ثانية ، ما لا يمكن رؤيته ولمسه لأنه شفاف وخالي من الوزن. لكننا نتنفس هواءً شفافًا ، فلماذا يكتسب مثل هذا اللون الأزرق فوقنا؟ يحتوي الهواء على عدة عناصر ، نيتروجين ، أكسجين ، ثاني أكسيد الكربون، بخار الماء ، جزيئات الغبار المختلفة التي تتحرك باستمرار.

من وجهة نظر الفيزياء

في الممارسة العملية ، كما يقول الفيزيائيون ، السماء هي مجرد هواء ، تلونها أشعة الشمس. ببساطة ، تشرق الشمس على الأرض ، ولكن لهذا يجب أن تمر أشعة الشمس عبر طبقة ضخمة من الهواء تغلف الأرض حرفيًا. وهكذا ، حيث أن شعاع الشمس له ألوان عديدة ، أو بالأحرى ألوان قوس قزح السبعة. بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفون ، تجدر الإشارة إلى أن ألوان قوس قزح السبعة هي الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي.

علاوة على ذلك ، كل شعاع له كل هذه الألوان ، وعندما يمر عبر هذه الطبقة من الهواء ، فإنه يرش ألوانًا مختلفة من قوس قزح في جميع الاتجاهات ، ولكن اللون الأزرق ينتشر أكثر من أي شيء آخر ، مما يجعل السماء تكتسب اللون الأزرق. وصف بإيجاز ، السماء الزرقاء عبارة عن رذاذ يعطي شعاعًا مطليًا بهذا اللون.

وعلى سطح القمر

لا يوجد غلاف جوي ، وبالتالي فإن السماء على القمر ليست زرقاء بل سوداء. يرى رواد الفضاء الذين يذهبون إلى المدار سماء سوداء سوداء تتألق عليها الكواكب والنجوم. بالطبع ، تبدو السماء على القمر جميلة جدًا ، لكن ما زلت لا أرغب في رؤية سماء سوداء باستمرار فوق رأسي.

السماء تغير لونها

السماء ليست زرقاء دائمًا ، فهي تميل إلى تغيير لونها. ربما لاحظ الجميع أنه في بعض الأحيان يكون أبيض ، وأحيانًا أسود مزرق ... لماذا هذا؟ على سبيل المثال ، في الليل ، عندما لا ترسل الشمس أشعتها ، نرى السماء وليست زرقاء ، يبدو الغلاف الجوي لنا شفافًا. ومن خلال الهواء الشفاف يستطيع الإنسان رؤية الكواكب والنجوم. وأثناء النهار ، سيخفي اللون الأزرق مرة أخرى الفضاء الغامض من أعين المتطفلين.

فرضيات مختلفة لماذا السماء زرقاء؟ (فرضيات نيوتن ، جوته ، الثامن عشرج ، رايلي)

ما هي الفرضيات التي لم تطرح في أوقات مختلفة لشرح لون السماء. كتب ليوناردو دافنشي ، وهو يشاهد كيف يكتسب الدخان على خلفية المدفأة المظلمة لونًا مزرقًا: "... يصبح الضوء على الظلام أزرقًا ، وكلما كان أجمل ، كلما كان الضوء والظلام أفضل." تقريبًا نفس وجهة النظر عقدت جوته، والتي لم تكن في جميع أنحاء العالم فقط شاعر مشهور، ولكن أيضًا الأكبر عالم طبيعيمن وقته. ومع ذلك ، اتضح أن هذا التفسير للون السماء لا يمكن الدفاع عنه ، لأنه ، كما أصبح واضحًا لاحقًا ، فإن المزج بين الأسود والأبيض يمكن أن يعطي درجات اللون الرمادي فقط ، وليس الألوان. لون ازرقدخان الموقد ناتج عن عملية مختلفة تمامًا.

بعد اكتشاف التداخل ، خاصة في الأغشية الرقيقة ، نيوتنحاول تطبيق التداخل لشرح لون السماء. للقيام بذلك ، كان عليه أن يعترف بأن قطرات الماء على شكل فقاعات رقيقة الجدران ، مثل فقاعات الصابون. ولكن نظرًا لأن قطرات الماء الموجودة في الغلاف الجوي هي في الواقع كرات ، فإن هذه الفرضية سرعان ما "تنفجر" مثل فقاعة الصابون.

علماء القرن الثامن عشر ماريوت ، بوجير ، أويلريعتقد أن اللون الأزرق للسماء كان بسبب لونه الخاص الأجزاء المكونةهواء. حتى أن هذا التفسير تلقى بعض التأكيد في وقت لاحق ، بالفعل في القرن التاسع عشر ، عندما تم إثبات ذلك الأكسجين السائلأزرق ، والأوزون السائل أزرق. أقرب إلى التفسير الصحيحظهرت ألوان السماء OB سوسور. كان يعتقد أنه إذا كان الهواء نقيًا تمامًا ، فستكون السماء سوداء ، لكن الهواء يحتوي على شوائب تعكس اللون الأزرق في الغالب (على وجه الخصوص ، بخار الماء وقطرات الماء). بحلول النصف الثاني من القرن التاسع عشر. تراكمت ثروة من المواد التجريبية حول تشتت الضوء في السوائل والغازات ، وعلى وجه الخصوص ، تم اكتشاف إحدى خصائص الضوء المتناثر القادم من السماء ، استقطابها. كان أراغو أول من اكتشفه واستكشفه. كان هذا في عام 1809. دراسات الاستقطاب في وقت لاحق قبو الجنةتعمل في بابنيت ، بروستر وعلماء آخرين. جذبت مسألة لون السماء انتباه العلماء لدرجة أن التجارب المستمرة حول تشتت الضوء في السوائل والغازات ، والتي كان لها معنى أوسع بكثير ، تم إجراؤها من وجهة نظر "التكاثر المختبري للون الأزرق" لون السماء ". يشار إلى هذا أيضًا من خلال عناوين الأعمال:" محاكاة اللون الأزرق للسماء "Brucke أو" على اللون الأزرق للسماء ، استقطاب الضوء بواسطة المادة الملبدة بالغيوم بشكل عام "بواسطة Tyndall ووجه نجاح هذه التجارب أفكار العلماء إليها الطريق الصحيح- ابحث عن سبب اللون الأزرق للسماء في التشتت أشعة الشمسفي الغلاف الجوي.

أول من خلق مرهف صارم النظرية الرياضيةالتشتت الجزيئي للضوء في الغلاف الجوي ، كان العالم الإنجليزي رايلي. كان يعتقد أن تشتت الضوء لا يحدث على الشوائب كما اعتقد أسلافه ، ولكن على جزيئات الهواء نفسها. نُشر أول عمل لرايلي حول تشتت الضوء في عام 1871. في شكلها النهائي ، تم تقديم نظريته في التشتت ، بناءً على الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء ، التي تم تأسيسها بحلول ذلك الوقت ، في العمل "على ضوء من السماء ، استقطابها ولون "، نُشر عام 1899 لعمله على تشتت ضوء رايلي (له الاسم الكاملجون ويليام ستريت ، اللورد رايلي الثالث) غالبًا ما يشار إليه باسم رايلي المبعثر ، على عكس ابنه اللورد رايلي الرابع. Rayleigh IV لمساهمته العظيمة في تطوير فيزياء الغلاف الجوي يسمى Rayleigh Atmospheric. لشرح لون السماء ، سنستشهد بواحد فقط من استنتاجات نظرية رايلي ؛ وسوف نشير إلى الآخرين عدة مرات عند شرح مختلف الظواهر البصرية. ينص هذا الاستنتاج على أن سطوع أو شدة الضوء المنتثر يختلف عكسيًا مع القوة الرابعة للطول الموجي للضوء الساقط على جسيم الانتثار. وبالتالي ، فإن الانتثار الجزيئي حساس للغاية لأدنى تغيير في الطول الموجي للضوء. على سبيل المثال ، يبلغ الطول الموجي للأشعة البنفسجية (0.4 ميكرون) حوالي نصف الطول الموجي للأشعة الحمراء (0.8 ميكرون). لذلك ، فإن الأشعة البنفسجية ستنتشر بقوة 16 مرة أكثر من الأشعة الحمراء ، وبكثافة متساوية للأشعة الساقطة ، سيكون هناك 16 مرة أكثر منها في الضوء المتناثر. سيتم تضمين جميع الأشعة الملونة الأخرى من الطيف المرئي (أزرق ، سماوي ، أخضر ، أصفر ، برتقالي) في الضوء المتناثر بكميات تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة من الطول الموجي لكل منها. إذا تم خلط كل الأشعة الملونة المتناثرة بهذه النسبة ، فإن لون خليط الأشعة المتناثرة سيكون أزرق.

مستقيم ضوء الشمس(أي الضوء المنبعث مباشرة من القرص الشمسي) ، الذي يفقد بشكل أساسي الأشعة الزرقاء والبنفسجية بسبب التشتت ، يكتسب لونًا أصفر باهتًا ، يزداد شدة مع نزول الشمس نحو الأفق. الآن يجب أن تسافر الأشعة مسارًا أطول وأطول في الغلاف الجوي. على ال طريق طويليصبح فقدان الطول الموجي القصير ، أي البنفسجي والأزرق والأزرق والأشعة أكثر وأكثر وضوحًا ، وفي ضوء الشمس أو القمر المباشر ، تصل أشعة الموجة الطويلة في الغالب - الأحمر والبرتقالي والأصفر - إلى سطح الأرض. لذلك ، يصبح لون الشمس والقمر أولاً أصفر ، ثم برتقالي وأحمر. اللون الأحمر للشمس ولون السماء الأزرق هما نتيجتان لنفس عملية التشتت. في الضوء المباشر ، بعد مروره عبر سماكة الغلاف الجوي ، تبقى أشعة الموجة الطويلة (الشمس الحمراء) بشكل أساسي ، تسقط أشعة الموجة القصيرة (السماء الزرقاء) في الضوء المتناثر. لذا فسرت نظرية رايلي بشكل واضح ومقنع لغز السماء الزرقاء والشمس الحمراء.

التشتت الجزيئي الحراري في السماء