Apakah contoh fenomena optik. Fenomena optik dalam alam semula jadi

22 April 2016

Di sekolah, dia mempelajari topik " fenomena optik dalam suasana, darjah 6. Walau bagaimanapun, ia adalah menarik bukan sahaja kepada minda ingin tahu kanak-kanak. Fenomena optik di atmosfera, di satu pihak, menggabungkan pelangi, perubahan warna langit semasa matahari terbit dan terbenam, dilihat lebih daripada sekali oleh semua orang. Sebaliknya, ia termasuk fatamorgana misteri, Bulan palsu dan Matahari, lingkaran cahaya yang mengagumkan yang pada masa lalu menakutkan orang ramai. Walau bagaimanapun, mekanisme pembentukan sebahagian daripada mereka masih tidak jelas sehingga akhir hari ini prinsip umum, mengikut mana fenomena optik dalam alam semula jadi "hidup", fizik moden telah dipelajari dengan baik.

cangkang udara

Atmosfera bumi ialah cangkang yang terdiri daripada campuran gas dan memanjang kira-kira 100 km dari aras laut. Ketumpatan lapisan udara berubah dengan jarak dari bumi: nilai tertingginya adalah di permukaan planet, dengan ketinggian ia berkurangan. Atmosfera tidak boleh dipanggil pembentukan statik. Lapisan sampul gas sentiasa bergerak dan bercampur. Ciri-ciri mereka berubah: suhu, ketumpatan, kelajuan pergerakan, ketelusan. Kesemua nuansa ini menjejaskan sinaran matahari yang meluru ke permukaan planet.

Sistem optik

Proses yang berlaku di atmosfera, serta komposisinya, menyumbang kepada penyerapan, pembiasan dan pantulan sinar cahaya. Sebahagian daripada mereka mencapai sasaran - permukaan bumi, yang lain bertaburan atau diarahkan semula ke angkasa lepas. Akibat kelengkungan dan pantulan cahaya, pereputan sebahagian sinar menjadi spektrum, dan seterusnya, pelbagai fenomena optik terbentuk di atmosfera.

Video-video yang berkaitan

optik atmosfera

Pada masa sains baru di peringkat awal, orang menerangkan fenomena optik berdasarkan idea-idea lazim tentang struktur alam semesta. Pelangi menghubungkan dunia manusia dengan ketuhanan, kemunculan dua Matahari palsu di langit memberi kesaksian kepada malapetaka yang semakin hampir. Hari ini, kebanyakan fenomena yang menakutkan nenek moyang kita yang jauh telah mendapat penjelasan saintifik. Optik atmosfera terlibat dalam kajian fenomena tersebut. Sains ini menerangkan fenomena optik di atmosfera berdasarkan undang-undang fizik. Dia dapat menjelaskan mengapa langit berwarna biru pada siang hari, tetapi berubah warna semasa matahari terbenam dan subuh, bagaimana pelangi terbentuk dan dari mana fatamorgana datang. Banyak kajian dan eksperimen hari ini memungkinkan untuk memahami fenomena optik seperti rupa salib bercahaya, Fata Morgana, lingkaran cahaya berwarna-warni.

Langit biru

Warna langit sangat dikenali sehinggakan kita jarang tertanya-tanya mengapa ia begitu. Namun begitu, ahli fizik mengetahui jawapannya dengan baik. Newton membuktikan bahawa dalam keadaan tertentu pancaran cahaya boleh diuraikan menjadi spektrum. Apabila melalui atmosfera, bahagian yang sepadan dengan warna biru bertaburan dengan lebih baik. Bahagian merah sinaran kelihatan dicirikan oleh panjang gelombang yang lebih panjang dan lebih rendah daripada ungu dari segi tahap serakan sebanyak 16 kali.

Pada masa yang sama, kita melihat langit bukan ungu, tetapi biru. Sebabnya terletak pada keanehan struktur retina dan nisbah bahagian spektrum dalam cahaya matahari. Mata kita lebih sensitif kepada biru, dan bahagian ungu spektrum bintang kurang intens daripada biru.

matahari terbenam merah jambu

Apabila orang mengetahui apa itu atmosfera, fenomena optik tidak lagi menjadi bukti bagi mereka atau petanda kejadian dahsyat. Namun begitu pendekatan saintifik tidak mengganggu untuk mendapatkan keseronokan estetik dari matahari terbenam yang berwarna-warni dan matahari terbit yang lembut. merah terang dan warna oren bersama-sama dengan merah jambu dan biru, mereka secara beransur-ansur memberi laluan kepada kegelapan malam atau cahaya pagi. Adalah mustahil untuk melihat dua matahari terbit atau terbenam yang sama. Dan sebab untuk ini terletak pada semua mobiliti yang sama lapisan atmosfera dan perubahan keadaan cuaca.

Semasa matahari terbenam dan matahari terbit, sinaran matahari bergerak lebih jauh ke permukaan berbanding siang hari. Akibatnya, violet, biru dan hijau tersebar ke tepi, dan cahaya langsung bertukar menjadi merah dan oren. Awan, habuk atau zarah ais yang terampai di udara menyumbang kepada gambaran matahari terbenam dan subuh. Cahaya dibiaskan semasa melaluinya, dan mewarnai langit dalam pelbagai warna. Di bahagian ufuk yang bertentangan dengan Matahari, seseorang sering dapat memerhatikan apa yang dipanggil Belt of Venus - jalur merah jambu yang memisahkan langit malam yang gelap dan langit siang yang biru. Fenomena optik yang indah, dinamakan sempena dewi cinta Rom, kelihatan sebelum subuh dan selepas matahari terbenam.

jambatan pelangi

Mungkin tiada fenomena cahaya lain di atmosfera membangkitkan begitu banyak plot mitologi dan imej dongeng seperti yang dikaitkan dengan pelangi. Arka atau bulatan, yang terdiri daripada tujuh warna, diketahui oleh semua orang sejak zaman kanak-kanak. Fenomena atmosfera yang indah yang berlaku semasa hujan, apabila sinaran matahari melalui titisan, mempesonakan walaupun mereka yang telah mengkaji dengan teliti sifatnya.

Dan fizik pelangi hari ini bukanlah rahsia kepada sesiapa pun. Cahaya matahari, dibiaskan oleh titisan hujan atau kabus, terbelah. Hasilnya, pemerhati melihat tujuh warna spektrum, daripada merah hingga ungu. Tidak mustahil untuk menentukan sempadan antara mereka. Warna digabungkan dengan lancar antara satu sama lain melalui beberapa warna.

Apabila memerhati pelangi, matahari sentiasa terletak di belakang orang itu. Pusat senyuman Irida (sebagaimana orang Yunani kuno dipanggil pelangi) terletak pada garisan yang melalui pemerhati dan cahaya siang. Pelangi biasanya muncul sebagai separuh bulatan. Saiz dan bentuknya bergantung pada kedudukan Matahari dan titik di mana pemerhati berada. Semakin tinggi cahaya di atas ufuk, semakin rendah bulatan kemungkinan kemunculan pelangi. Apabila Matahari melepasi 42º di atas ufuk, pemerhati di permukaan Bumi tidak dapat melihat pelangi. Semakin tinggi di atas paras laut terletak seseorang yang ingin mengagumi senyuman Irida, semakin besar kemungkinan dia tidak akan melihat arka, tetapi bulatan.

Pelangi berganda, sempit dan lebar

Selalunya, bersama dengan yang utama, anda boleh melihat pelangi sekunder yang dipanggil. Jika yang pertama terbentuk sebagai hasil pantulan cahaya tunggal, maka yang kedua adalah hasil pantulan berganda. Di samping itu, pelangi utama dibezakan oleh susunan warna tertentu: merah terletak di luar, dan ungu di dalam, yang lebih dekat dengan permukaan Bumi. "Jambatan" sisi ialah spektrum yang diterbalikkan dalam urutan: ungu berada di bahagian atas. Ini berlaku kerana sinaran keluar pada sudut yang berbeza semasa pantulan dua kali daripada titisan hujan.

Pelangi berbeza dalam keamatan warna dan lebar. Yang paling terang dan agak sempit muncul selepas ribut petir musim panas. Titisan besar, ciri hujan sedemikian, menimbulkan pelangi yang sangat jelas dengan warna yang berbeza. Titisan kecil memberikan pelangi yang lebih kabur dan kurang ketara.

Fenomena optik di atmosfera: aurora

Salah satu fenomena optik atmosfera yang paling indah ialah aurora. Ia adalah ciri semua planet dengan magnetosfera. Di Bumi, aurora diperhatikan di latitud tinggi di kedua-dua hemisfera, di zon mengelilingi kutub magnet planet. Selalunya anda boleh melihat cahaya kehijauan atau biru-hijau, kadangkala ditambah dengan kilatan merah dan merah jambu di sepanjang tepi. Aurora borealis yang sengit berbentuk seperti reben atau lipatan kain, bertukar menjadi bintik-bintik apabila ia pudar. Belang-belang setinggi beberapa ratus kilometer menyerlah dengan baik di sepanjang pinggir bawah menentang langit yang gelap. Had atas aurora hilang di langit.

Fenomena optik yang indah di atmosfera ini masih menyimpan rahsia mereka daripada orang ramai: mekanisme kejadian jenis pendaran cahaya tertentu, punca gemersik yang berlaku semasa kilatan tajam, belum dikaji sepenuhnya. Walau bagaimanapun, gambaran umum pembentukan aurora diketahui hari ini. Langit di atas kutub utara dan selatan dihiasi dengan cahaya merah jambu kehijauan apabila zarah bercas daripada angin suria bertembung dengan atom di atmosfera atas Bumi. Yang terakhir, sebagai hasil interaksi, menerima tenaga tambahan dan memancarkannya dalam bentuk cahaya.

Halo

Matahari dan bulan sering muncul di hadapan kita dikelilingi oleh cahaya yang menyerupai lingkaran cahaya. Halo ini ialah cincin yang sangat kelihatan di sekeliling sumber cahaya. Di atmosfera, selalunya ia terbentuk kerana zarah terkecil ais yang membentuk awan cirrus yang tinggi di atas Bumi. Bergantung pada bentuk dan saiz kristal, ciri-ciri fenomena berubah. Selalunya halo mengambil bentuk bulatan pelangi hasil daripada penguraian pancaran cahaya ke dalam spektrum.

Variasi fenomena yang menarik dipanggil parhelion. Hasil daripada pembiasan cahaya dalam kristal ais pada paras Matahari, dua bintik terang terbentuk, menyerupai bintang siang hari. AT kronik sejarah Anda boleh mencari penerangan tentang fenomena ini. Pada masa lalu, ia sering dianggap sebagai pertanda peristiwa yang menggerunkan.

Mirage

Mirage juga merupakan fenomena optik di atmosfera. Ia timbul akibat pembiasan cahaya pada sempadan antara lapisan udara yang berbeza dengan ketara dalam ketumpatan. Kesusasteraan menerangkan banyak kes apabila seorang pengembara di padang pasir melihat oasis atau bahkan bandar dan istana yang tidak mungkin berdekatan. Selalunya ini adalah fatamorgana "rendah". Mereka timbul di atas permukaan yang rata (padang pasir, asfalt) dan mewakili imej yang dipantulkan langit, yang kelihatan kepada pemerhati sebagai takungan.

Apa yang dipanggil fatamorgana unggul adalah kurang biasa. Mereka terbentuk di atas permukaan sejuk. Fatamorgana unggul adalah lurus dan terbalik, kadangkala ia menggabungkan kedua-dua kedudukan. Wakil yang paling terkenal bagi fenomena optik ini ialah Fata Morgana. Ini adalah fatamorgana kompleks yang menggabungkan beberapa jenis pantulan sekaligus. Objek kehidupan sebenar muncul di hadapan pemerhati, berulang kali dipantulkan dan bercampur.

elektrik atmosfera

Fenomena elektrik dan optik di atmosfera sering disebut bersama, walaupun puncanya berbeza. Polarisasi awan dan pembentukan kilat dikaitkan dengan proses yang berlaku di troposfera dan ionosfera. Pelepasan percikan gergasi biasanya terbentuk semasa ribut petir. Kilat berlaku di dalam awan dan boleh menyerang tanah. Mereka adalah ancaman kepada kehidupan manusia, dan ini adalah salah satu sebabnya minat saintifik kepada acara sebegini. Sesetengah sifat kilat masih menjadi misteri kepada penyelidik. Hari ini, punca kilat bola tidak diketahui. Seperti beberapa aspek aurora dan teori fatamorgana, fenomena elektrik terus menarik minat saintis.

Fenomena optik di atmosfera, yang diterangkan secara ringkas dalam artikel, menjadi lebih dan lebih mudah difahami oleh ahli fizik setiap hari. Pada masa yang sama, mereka, seperti kilat, tidak pernah berhenti memukau orang dengan kecantikan, misteri dan kadang-kadang kemegahan mereka.

Farajova Leyla

Selalunya kita melihat fenomena yang tidak dapat dijelaskan di langit. Karya ini mendedahkan intipati fenomena yang berlaku di atmosfera bumi.

Muat turun:

Pratonton:

MOU "Sekolah menengah Peschanovskaya"

VI persidangan saintifik dan praktikal serantau

Fenomena optik di atmosfera

6 kelas MOU"Sekolah menengah Peschanovskaya"

Penyelia:

Makovchuk Tatyana Gennadievna

cikgu fizik

S. Sandy

2010

Pengenalan 3

Atmosfera bumi sebagai sistem optik 4

Jenis fenomena optik 5

Kesimpulan 12

Sastera 13

Lampiran 14

pengenalan

Tujuan kerja ini adalah untuk mempertimbangkan fenomena atmosfera optik dan sifat fizikalnya. Yang paling mudah diakses dan pada masa yang sama, fenomena optik yang paling berwarna adalah atmosfera. Berskala besar, ia adalah hasil daripada interaksi cahaya dan atmosfera bumi.

Pada 31 Disember, pada Malam Tahun Baru, fenomena luar biasa boleh diperhatikan di bahagian selatan langit, tidak tinggi di atas ufuk. Di tengahnya terdapat cakera matahari dan di sisinya ada dua lagi, dan di atasnya adalah sinaran pelangi. Ia adalah pemandangan yang sangat indah dan memukau. Ia segera menjadi menarik apa itu, bagaimana ia terbentuk, mengapa dan apakah fenomena lain yang boleh berlaku di atmosfera? Fenomena atmosfera yang luar biasa ini membentuk asas kerja saya.

Atmosfera bumi sebagai sistem optik

Planet kita dikelilingi oleh cangkang gas, yang kita panggil atmosfera. Mempunyai ketumpatan terbesar di permukaan bumi dan secara beransur-ansur jarang apabila ia meningkat, ia mencapai ketebalan lebih daripada seratus kilometer. Dan ini bukan medium gas beku dengan data fizikal homogen. Sebaliknya, atmosfera Bumi sentiasa bergerak. Di bawah pengaruh pelbagai faktor, lapisannya bercampur, menukar ketumpatan, suhu, ketelusan, bergerak jarak jauh pada kelajuan yang berbeza.

Untuk sinaran cahaya yang datang dari Matahari atau benda angkasa lain, atmosfera bumi adalah sejenis sistem optik dengan tetapan yang sentiasa berubah. Berada di jalan mereka, ia memantulkan sebahagian cahaya, menyebarkannya, melepasi seluruh ketebalan atmosfera, memberikan pencahayaan permukaan bumi, dalam keadaan tertentu, menguraikannya menjadi komponen dan membengkokkan laluan sinar, dengan itu menyebabkan pelbagai fenomena atmosfera. Warna-warni yang paling luar biasa ialah matahari terbenam, pelangi, cahaya utara, fatamorgana, halo matahari dan bulan, dan banyak lagi.

Jenis fenomena optik

Terdapat banyak jenis fenomena optik. Mari kita fikirkan sebahagian daripada mereka.

Halo

(daripada bahasa Yunaniχαλοσ - "bulatan", "cakera"; juga aura, halo, halo) ialah fenomena pembiasan dan pantulan cahaya dalam hablur ais awan di peringkat atas. Ia adalah bulatan cahaya atau pelangi mengelilingi Matahari atau Bulan, dipisahkan daripada cahaya oleh celah gelap. Halos sering diperhatikan di hadapan siklon dan oleh itu boleh menjadi tanda pendekatan mereka. Kadangkala halo bulan juga boleh diperhatikan.

Muncul di udara apabila titisan air membeku, kristal ais biasanya mengambil satu daripada tiga bentuk enam segi. prisma biasa(Rajah 1 A): prisma yang panjangnya sangat besar berbanding keratan rentasnya; ini adalah jarum ais yang terkenal, pada hari musim sejuk yang membeku, berlegar-legar beramai-ramai di lapisan paling bawah atmosfera.

A B C.

(Rajah 1)

Jarum yang jatuh bebas di udara, jarum sedemikian terletak secara menegak dengan paksi panjangnya. Satah kristal ini, yang beredar, secara beransur-ansur turun ke tanah, berorientasikan selari dengan permukaan pada kebanyakan masa. Pada waktu matahari terbit atau terbenam, garis penglihatan pemerhati boleh melalui satah ini, dan setiap kristal boleh memimpin seperti kanta kecil yang membiaskan cahaya matahari.

Dalam jenis prisma lain, ketinggiannya sangat kecil berbanding keratan rentas; maka plat rata enam sisi diperolehi (Rajah 1B.). Kadang-kadang, akhirnya, hablur ais berbentuk prisma, keratan rentasnya ialah bintang enam rasuk (Rajah 1 C.). Jatuh di atas hablur ais, sinar cahaya, bergantung pada jenis kristal dan kedudukannya berbanding dengan sinar, boleh melaluinya terus tanpa pembiasan, atau sinar mesti menjalani bukan sahaja pembiasan di dalamnya, tetapi juga. keseluruhan baris jumlah pantulan dalaman. Pada hakikatnya, sudah tentu, sangat jarang untuk memerhati fenomena, semua bahagiannya akan sama terang dan jelas kelihatan: biasanya satu atau bahagian lain dibangunkan dengan lebih cerah dan lebih berciri, selebihnya sama ada sangat lemah diperhatikan, atau malah tiada.

Bulatan biasa atau halo kecil adalah bulatan cemerlang mengelilingi kilauan, jejarinya adalah kira-kira 22 °. Ia berwarna kemerahan di bahagian dalam, kemudian kuning kelihatan samar-samar, kemudian warnanya bertukar menjadi putih dan beransur-ansur bergabung dengan nada kebiruan umum langit.Angkasadi dalam bulatan kelihatan agak gelap; sempadan dalam bulatan digariskan dengan tajam. Bulatan ini dibentuk oleh pembiasan cahaya dalam jarum ais, yang dibawa dalam pelbagai kedudukan di udara. Sudut paling sedikit pesongan sinar dalam prisma ais adalah lebih kurang 22°, supaya semua sinar yang melalui hablur mesti kelihatan kepada pemerhati sekurang-kurangnya 22° terpesong daripada sumber cahaya; maka kegelapan ruang dalaman. Warna merah, sebagai yang paling sedikit dibiaskan, juga akan kelihatan paling tidak menyimpang daripada kilauan; ia diikuti dengan kuning; sinaran selebihnya, bercampur antara satu sama lain, akan memberi kesan warna putih. Kurang biasa ialah halo dengan jejari sudut 46°, terletak secara sepusat di sekitar halo 22 darjah. Bahagian dalamannya juga mempunyai warna kemerahan. Sebab untuk ini juga adalah pembiasan cahaya, yang berlaku dalam kes ini dalam jarum ais yang menghadap kilauan pada sudut 90 °; bulatan ini biasanya lebih pucat daripada yang kecil, tetapi warna di dalamnya lebih jelas dipisahkan. Lebar cincin halo sedemikian melebihi 2.5 darjah. Kedua-dua lingkaran cahaya 46 darjah dan 22 darjah cenderung paling terang di bahagian atas dan bahagian bawah cincin. Lingkaran 90 darjah yang jarang ditemui ialah cincin bercahaya samar-samar, hampir tidak berwarna yang mempunyai pusat bersama dengan dua lingkaran cahaya yang lain. Jika ia berwarna, ia mempunyai warna merah di bahagian luar cincin. Mekanisme asal usul jenis halo ini belum dijelaskan sepenuhnya.

Anda sering boleh melihat halo bulan.Ini adalah pemandangan yang agak biasa dan berlaku jika langit dilitupi awan nipis yang tinggi dengan berjuta-juta hablur ais kecil. Setiap kristal ais bertindak sebagai prisma kecil. Kebanyakan kristal adalah dalam bentuk heksagon memanjang. Cahaya masuk melalui satu permukaan hadapan kristal tersebut dan keluar melalui permukaan bertentangan dengan sudut biasan 22º .

Menonton lampu jalan pada musim sejuk, anda boleh melihat halo yang dihasilkan oleh cahaya mereka, dalam keadaan tertentu, sudah tentu, iaitu, dalam udara sejuk tepu dengan kristal ais atau kepingan salji. Dengan cara ini, halo dari Matahari dalam bentuk lajur terang yang besar juga boleh muncul semasa salji turun. Terdapat hari-hari di musim sejuk apabila kepingan salji kelihatan terapung di udara, dan cahaya matahari berdegil menembusi awan yang longgar. Dengan latar belakang subuh petang, tiang ini kadang-kadang kelihatan kemerah-merahan - seperti pantulan api yang jauh. Pada masa lalu, fenomena yang sama sekali tidak berbahaya, seperti yang kita lihat, menakutkan orang yang percaya karut.

boleh untuk melihat halo seperti itu: cincin yang terang dan berwarna warni mengelilingi Matahari. Bulatan menegak ini berlaku apabila terdapat banyak hablur ais heksagon di atmosfera, yang tidak memantul, tetapi membiaskan sinaran matahari seperti prisma kaca. Dalam kes ini, kebanyakan sinar, sudah tentu, bertaburan dan tidak sampai ke mata kita. Tetapi sebahagian daripada mereka, setelah melalui prisma ini di udara dan dibiaskan, mencapai kita, jadi kita melihat bulatan pelangi mengelilingi Matahari. Jejarinya adalah kira-kira dua puluh dua darjah. Kadang-kadang lebih - pada empat puluh enam darjah.

Adalah diperhatikan bahawa bulatan halo sentiasa lebih cerah di bahagian tepi. Ini kerana dua halo bersilang di sini - menegak dan mendatar. Dan matahari palsu paling kerap terbentuk di persimpangan. Keadaan yang paling baik untuk kemunculan matahari palsu terbentuk apabila Matahari tidak tinggi di atas ufuk dan sebahagian daripada bulatan menegak tidak lagi kelihatan kepada kita.

Apakah jenis kristal yang terlibat dalam "prestasi" ini?

Jawapan kepada soalan itu diberikan oleh eksperimen khas. Ternyata Matahari palsu muncul kerana kristal ais heksagon, dalam bentuknya menyerupai ... kuku. Mereka terapung secara menegak di udara, membiaskan cahaya dengan muka sisi mereka.

"Matahari" ketiga muncul apabila hanya satu bahagian atas bulatan halo kelihatan di atas matahari sebenar. Kadang-kadang ia adalah segmen arka, kadang-kadang titik terang dalam bentuk yang tidak tentu. Kadangkala matahari palsu tidak kalah dalam kecerahannya daripada Matahari itu sendiri. Memerhati mereka, penulis sejarah kuno menulis tentang tiga matahari, tentang kepala berapi yang terputus, dan seterusnya.

Sehubungan dengan fenomena ini, satu fakta yang ingin tahu telah dicatatkan dalam sejarah umat manusia. Pada tahun 1551, kota Magdeburg di Jerman telah dikepung oleh tentera raja Sepanyol Charles V. Para pembela kota itu berpegang teguh, pengepungan telah berlangsung selama lebih dari setahun. Akhirnya, raja yang jengkel memberi arahan untuk bersiap sedia untuk serangan yang tegas. Tetapi kemudian perkara yang tidak pernah berlaku sebelum ini berlaku: beberapa jam sebelum serangan, tiga matahari bersinar di atas bandar yang dikepung itu. Raja yang sangat ketakutan memutuskan bahawa syurga melindungi Magdeburg dan mengarahkan pengepungan itu ditarik balik.

Pelangi - Ini adalah fenomena optik yang berlaku di atmosfera dan mempunyai bentuk lengkok pelbagai warna di langit.

Dalam idea keagamaan orang-orang zaman dahulu, peranan jambatan antara bumi dan langit dikaitkan dengan pelangi. Dalam mitologi Greco-Rom, bahkan dewi khas pelangi, Irida, dikenali. Para saintis Yunani Anaximenes dan Anaxagoras percaya bahawa pelangi terbentuk oleh pantulan Matahari dalam awan gelap. Aristotle mengemukakan idea tentang pelangi dalam bahagian khas Meteorologinya. Dia percaya bahawa pelangi berlaku kerana pantulan cahaya, tetapi bukan hanya dari seluruh awan, tetapi dari titisannya.

Pada tahun 1637, ahli falsafah dan saintis Perancis yang terkenal Descartes telah memberikan teori matematik tentang pelangi berdasarkan pembiasan cahaya. Selepas itu, teori ini telah ditambah oleh Newton berdasarkan eksperimennya mengenai penguraian cahaya kepada warna menggunakan prisma. Teori Descartes, ditambah oleh Newton, tidak dapat menjelaskan kewujudan serentak beberapa pelangi, lebarnya yang berbeza, ketiadaan wajib warna tertentu dalam jalur warna, pengaruh saiz awan jatuh pada penampilan fenomena. Teori tepat pelangi berdasarkan konsep pembelauan cahaya telah diberikan pada tahun 1836 oleh ahli astronomi Inggeris D. Erie. Menganggap tabir hujan sebagai struktur ruang yang menyediakan berlakunya pembelauan, Airy menjelaskan semua ciri pelangi. Teori beliau telah mengekalkan sepenuhnya kepentingannya untuk zaman kita.

Pelangi adalah fenomena optik yang berlaku di atmosfera dan mempunyai bentuk arka pelbagai warna pada bilik kebal syurga. Ia diperhatikan dalam kes-kes apabila sinaran matahari menerangi tirai hujan, terletak di seberang langit dari Matahari. Pusat arka pelangi berada dalam arah garis lurus yang melalui cakera suria (walaupun tersembunyi daripada pemerhatian oleh awan) dan mata pemerhati, i.e. pada satu titik bertentangan dengan matahari. Lengkok pelangi adalah sebahagian daripada bulatan yang dihadkan di sekeliling titik ini dengan jejari 42°30" (dalam ukuran sudut).

Susunan warna yang menarik dalam pelangi. Ia sentiasa berterusan. Warna merah pelangi utama terletak di pinggir atasnya, ungu - di bahagian bawah. Di antara warna ekstrem ini, warna yang selebihnya mengikuti satu sama lain dalam urutan yang sama seperti dalam spektrum suria. Pada dasarnya, pelangi tidak pernah mengandungi semua warna spektrum. Selalunya, warna biru, biru tua dan merah tulen tepu tidak hadir atau lemah dinyatakan di dalamnya. Dengan peningkatan saiz titisan hujan, jalur warna pelangi menjadi sempit, dan warna itu sendiri menjadi lebih tepu. Dominasi nada hijau dalam fenomena biasanya menunjukkan peralihan seterusnya kepada cuaca baik. Gambar keseluruhan warna pelangi adalah kabur, kerana ia dibentuk oleh sumber cahaya yang dilanjutkan.

Dengan pembiakan buatan fenomena di makmal, adalah mungkin untuk memperoleh sehingga 19 pelangi. Pelangi tambahan boleh diperhatikan di atas takungan, terletak secara tidak sepusat relatif antara satu sama lain. Bagi salah seorang daripada mereka, sumber cahaya adalah Matahari, untuk yang lain - pantulannya dari permukaan air. Di bawah keadaan ini, pelangi yang terletak "terbalik" juga boleh ditemui. Pada waktu malam, di bawah cahaya bulan dan cuaca berkabus di pergunungan dan di pantai laut, anda boleh memerhati pelangi putih. Pelangi jenis ini juga boleh berlaku apabila cahaya matahari terdedah kepada kabus. Ia mempunyai rupa arka putih yang cemerlang, di luarnya dicat kekuningan dan warna merah oren, dan dari dalam - dalam biru-ungu. Pelangi diperhatikan bukan sahaja pada tabir hujan. Pada skala yang lebih kecil, ia boleh dilihat pada titisan air berhampiran air terjun, air pancut dan di ombak. Pada masa yang sama, bukan sahaja Matahari dan Bulan, tetapi juga lampu sorot boleh berfungsi sebagai sumber cahaya.

Lampu Kutub - cahaya (luminescence) atmosfera atas planet dengan magnetosfera kerana interaksinya dengan zarah bercas angin suria. Dalam kebanyakan kes, aurora berwarna hijau atau biru-hijau, dengan tompok atau sempadan merah jambu atau merah sekali-sekala. Aurora diperhatikan dalam dua bentuk utama - dalam bentuk reben dan dalam bentuk bintik seperti awan. Kilauan pancaran yang kuat sering disertai dengan bunyi yang menyerupai bunyi bising, berderak. Auroras menyebabkan perubahan kuat dalam ionosfera, yang seterusnya menjejaskan keadaan radio. Dalam kebanyakan kes, komunikasi radio merosot dengan ketara. Terdapat gangguan yang kuat, dan kadangkala kehilangan penerimaan sepenuhnya.

Mirage - mana-mana antara kita telah melihat yang paling mudah. Sebagai contoh, apabila memandu di jalan berturap yang dipanaskan, jauh di hadapan ia kelihatan seperti permukaan air. Dan ini tidak mengejutkan sesiapa pun untuk masa yang lama, kerana fatamorgana tidak lebih daripada fenomena optik atmosfera, kerana imej objek muncul di zon penglihatan, yang di bawah keadaan biasa tersembunyi dari pemerhatian. Ini berlaku kerana cahaya dibiaskan apabila melalui lapisan udara yang berbeza ketumpatan. Dalam kes ini, objek yang jauh mungkin bertukar menjadi dinaikkan atau diturunkan berbanding dengan kedudukan sebenar mereka, dan mungkin juga diherotkan dan memperoleh bentuk yang tidak teratur dan hebat.

Hantu Brocken - di beberapa kawasan di dunia, apabila bayang-bayang pemerhati di atas bukit pada waktu matahari terbit atau matahari terbenam jatuh di belakangnya pada awan yang terletak pada jarak yang dekat, kesan yang mencolok didedahkan: bayang-bayang memperoleh dimensi yang sangat besar. Ini disebabkan oleh pantulan dan pembiasan cahaya oleh titisan air terkecil dalam kabus. Fenomena yang diterangkan dinamakan sempena puncak di pergunungan Harz di Jerman.

Api Saint Elmo- Berus biru atau ungu pucat bercahaya dari 30 cm hingga 1 m atau lebih panjang, biasanya pada bahagian atas tiang atau hujung halaman kapal di laut. Kadang-kadang nampaknya seluruh rigging kapal ditutup dengan fosforus dan bercahaya. Api Elmo kadang-kadang muncul di puncak gunung, serta di menara dan sudut tajam bangunan tinggi. Fenomena ini adalah pelepasan elektrik berus di hujung konduktor elektrik, apabila kekuatan medan elektrik meningkat dengan banyak di atmosfera di sekelilingnya.

Kesimpulan

Sifat fizikal cahaya telah menarik minat orang sejak dahulu lagi. Tetapi sebelum ditubuhkan rupa moden mengenai sifat cahaya, dan pancaran cahaya telah menemui aplikasinya dalam kehidupan manusia, banyak fenomena optik yang berlaku di mana-mana di atmosfera Bumi, dari pelangi yang terkenal hingga fatamorgana berkala yang kompleks, telah dikenal pasti, diterangkan, dibuktikan secara saintifik dan disahkan secara eksperimen. Tetapi, walaupun ini, permainan cahaya yang aneh sentiasa menarik dan masih menarik seseorang. Sama ada renungan halo musim sejuk, mahupun matahari terbenam yang terang, mahupun jalur cahaya utara yang luas separuh langit, mahupun laluan cahaya bulan yang sederhana di permukaan air tidak membuat sesiapa pun acuh tak acuh. Pancaran cahaya, melalui atmosfera planet kita, bukan sahaja meneranginya, tetapi juga memberikan rupa yang unik, menjadikannya cantik.

Sudah tentu, lebih banyak fenomena optik berlaku di atmosfera planet kita, yang dibincangkan dalam karya ini. Di antara mereka ada yang terkenal kepada kita dan diselesaikan oleh saintis, dan mereka yang masih menunggu penemuan mereka. Dan kami hanya boleh berharap bahawa, dari masa ke masa, kami akan menyaksikan lebih banyak lagi penemuan baharu dalam bidang fenomena atmosfera optik, yang menunjukkan kepelbagaian pancaran cahaya biasa.

kesusasteraan

Bludov M.I. "Perbualan tentang Fizik, Bahagian II" - M .: Pendidikan, 1985

Bulat V.L. "Fenomena optik dalam alam semula jadi" - M .: Pendidikan, 1974

Gershenzon E.M., Malov N.N., Mansurov A.N. "Kursus Fizik Am"- M.: Pencerahan, 1988

Korolev F.A. "Kursus Fizik" M., "Pencerahan" 1988

Myakishev G.Ya. Bukhovtsev B.B. "Fizik 10 - M .: Pendidikan, 1987

Tarasov L.V. "Fizik dalam alam semula jadi" - M .: Pendidikan, 1988

Tarasov L.V. "Fizik dalam alam semula jadi"- M.: Pencerahan, 1988

Trubnikov P.R. Pokusaev N.V. "Optik dan Suasana - St. Petersburg: Pencerahan, 2002

Shakhmaev N.M. Chodiev D.Sh. "Fizik 11 - M .: Pendidikan, 1991

sumber Internet

Permohonan

Bentuk arka, kecerahan warna, lebar jalur bergantung pada saiz titisan air dan bilangannya. Titisan besar mencipta pelangi yang lebih sempit, dengan warna yang ketara menonjol, titisan kecil mencipta arka yang kabur, pudar dan juga putih.

Salah satu fenomena optik alam yang paling indah ialah aurora borealis.

Tasik, atau fatamorgana yang lebih rendah - yang paling biasa

fatamorgana, fenomena alam yang terkenal sejak sekian lama...

gambar, hantu Brocken, bayang-bayang gunung, diperhatikan dengan latar belakang awan petang:

Halo adalah salah satu fenomena alam yang paling indah dan luar biasa.

Atmosfera planet kita adalah sistem optik yang agak menarik, indeks biasannya berkurangan dengan ketinggian akibat penurunan ketumpatan udara. Dengan cara ini, atmosfera bumi boleh dianggap sebagai "kanta" dengan dimensi gergasi, mengulangi bentuk Bumi dan mempunyai indeks biasan yang berubah-ubah secara monoton.

Keadaan ini menimbulkan keseluruhan beberapa fenomena optik di atmosfera disebabkan oleh pembiasan (refraction) dan pantulan (reflection) sinaran di dalamnya.

Mari kita pertimbangkan beberapa fenomena optik yang paling ketara di atmosfera.

pembiasan atmosfera

pembiasan atmosfera- fenomena kelengkungan sinaran cahaya semasa cahaya melalui atmosfera.

Dengan ketinggian, ketumpatan udara (dan seterusnya indeks biasan) berkurangan. Bayangkan bahawa atmosfera terdiri daripada lapisan mendatar optik homogen, indeks biasan yang berbeza dari lapisan ke lapisan (Rajah 299).

nasi. 299. Perubahan dalam indeks biasan di atmosfera Bumi

Apabila pancaran cahaya merambat dalam sistem sedemikian, ia akan, mengikut undang-undang pembiasan, "menekan" terhadap serenjang dengan sempadan lapisan. Tetapi ketumpatan atmosfera tidak berkurangan dalam lompatan, tetapi secara berterusan, yang membawa kepada kelengkungan licin dan putaran rasuk melalui sudut α apabila melalui atmosfera.

Hasil daripada pembiasan atmosfera, kita melihat Bulan, Matahari, dan bintang-bintang lain agak lebih tinggi daripada tempat sebenarnya.

Atas sebab yang sama, tempoh hari meningkat (di latitud kita sebanyak 10-12 minit), cakera Bulan dan Matahari berhampiran ufuk dimampatkan. Menariknya, sudut biasan maksimum ialah 35" (untuk objek berhampiran ufuk), yang melebihi saiz sudut ketara Matahari (32").

Daripada fakta ini ia berikut: pada masa ini apabila kita melihat bahawa pinggir bawah bintang menyentuh garis ufuk, sebenarnya cakera suria sudah berada di bawah ufuk (Rajah 300).

nasi. 300. Biasan atmosfera sinar pada waktu matahari terbenam

bintang berkelipan

bintang berkelipan juga dikaitkan dengan pembiasan astronomi cahaya. Telah lama diperhatikan bahawa kelipan paling ketara pada bintang berhampiran ufuk. Arus udara di atmosfera mengubah ketumpatan udara dari semasa ke semasa, mengakibatkan kerdipan jelas badan syurga itu. Angkasawan di orbit tidak melihat sebarang kelipan.

Fatamorgana

Di kawasan padang pasir atau padang rumput yang panas dan di kawasan kutub, pemanasan atau penyejukan udara yang kuat berhampiran permukaan bumi membawa kepada penampilan fatamorgana: disebabkan kelengkungan sinar, objek yang sebenarnya terletak jauh di luar ufuk menjadi kelihatan dan kelihatan dekat.

Kadang-kadang fenomena ini dipanggil pembiasan daratan. Kemunculan fatamorgana dijelaskan oleh pergantungan indeks biasan udara pada suhu. Terdapat fatamorgana inferior dan superior.

fatamorgana inferior boleh dilihat pada hari musim panas yang panas di atas jalan asfalt yang dipanaskan dengan baik: nampaknya ada lopak di hadapannya, yang sebenarnya tidak. AT kes ini kami mengambil untuk "lopak" pantulan specular sinar daripada lapisan udara yang tidak dipanaskan secara seragam yang terletak di sekitar kawasan asfalt "panas".

fatamorgana unggul berbeza dalam kepelbagaian yang besar: dalam beberapa kes mereka memberikan imej langsung (Rajah 301, a), yang lain - terbalik (Rajah 301, b), mereka boleh menjadi dua kali ganda dan juga tiga kali ganda. Ciri-ciri ini dikaitkan dengan pergantungan berbeza suhu udara dan indeks biasan pada ketinggian.

nasi. 301. Pembentukan fatamorgana: a - fatamorgana langsung; b - fatamorgana terbalik

Pelangi

Kerpasan atmosfera membawa kepada kemunculan fenomena optik yang menakjubkan di atmosfera. Jadi, semasa hujan, pendidikan adalah pemandangan yang menakjubkan dan tidak dapat dilupakan. pelangi, yang dijelaskan oleh fenomena pembiasan (dispersi) yang berbeza dan pantulan cahaya matahari pada titisan terkecil di atmosfera (Rajah 302).

nasi. 302. Pembentukan pelangi

Dalam kes yang berjaya, kita boleh melihat beberapa pelangi sekaligus, susunan warna yang saling songsang.

Pancaran cahaya yang terlibat dalam pembentukan pelangi mengalami dua pembiasan dan pelbagai pantulan dalam setiap titisan hujan. Dalam kes ini, agak memudahkan mekanisme pembentukan pelangi, kita boleh mengatakan bahawa titisan hujan sfera memainkan peranan prisma dalam eksperimen Newton mengenai penguraian cahaya menjadi spektrum.

Oleh kerana simetri spatial, pelangi kelihatan dalam bentuk separuh bulatan dengan sudut bukaan kira-kira 42 °, manakala pemerhati (Rajah 303) mesti berada di antara Matahari dan titisan hujan, dengan membelakangi Matahari.

Kepelbagaian warna di atmosfera dijelaskan oleh corak penyebaran cahaya pada zarah pelbagai saiz. Kerana fakta bahawa biru bertaburan lebih daripada merah, pada siang hari, apabila Matahari berada di atas ufuk, kita melihat langit biru. Atas sebab yang sama, berhampiran ufuk (pada waktu matahari terbenam atau matahari terbit), Matahari menjadi merah dan tidak terang seperti di zenit. Kemunculan awan berwarna juga dikaitkan dengan penyerakan cahaya oleh zarah pelbagai saiz dalam awan.

kesusasteraan

Zhilko, V.V. Fizik: buku teks. elaun untuk darjah 11. pendidikan umum institusi dengan bahasa Rusia. lang. latihan dengan tempoh pengajian 12 tahun (asas dan lanjutan) / V.V. Zhilko, L.G. Markovich. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - S. 334-337.

pengenalan.

Dalam kerangka pendekatan tradisional, beberapa fenomena optik anomali dalam ruang circumlunar masih belum dijelaskan. Kami akan perhatikan beberapa yang paling terkenal - pautan ke testimoni yang diberikan di bawah. Pertama, ini adalah fenomena kehilangan warna: objek diperhatikan bukan di dalam warna semula jadi, dan, secara praktikal, dalam warna kelabu. Kedua, ini adalah fenomena penyerakan cahaya: pada sudut apa pun cahaya jatuh pada permukaan penyerakan, kebanyakan cahaya yang dipantulkan pergi ke arah terbalik dari mana datangnya cahaya itu.

Kami percaya bahawa sebab fenomena menakjubkan ini adalah organisasi khas graviti bulan - mengikut prinsip yang berbeza daripada graviti planet. Graviti planet disebabkan, dalam istilah kami, kepada corong frekuensi planet. Dalam isipadu badan ujian bebas, bahagian tempatan cerun frekuensi secara langsung menetapkan kecerunan tenaga sendiri zarah jirim, yang menghasilkan kesan daya yang tidak disokong pada badan. Tiada tanda-tanda kehadiran corong frekuensi bulan. Kami telah membentangkan model organisasi graviti bulan - melalui pengenaan, di kawasan tempatan cerun frekuensi bumi, getaran khusus "ruang inersia" di kawasan circumlunar. Berada dalam "ruang tak mantap" yang terhasil, badan ujian mempunyai, dalam isipadunya, kecerunan halaju mutlak tempatan - dan, oleh itu, melalui anjakan Doppler kuadratik tahap kuantum tenaga , juga mempunyai kecerunan tenaga, iaitu, sekali lagi, ia mengalami kesan daya yang tidak disokong.

Getaran "ruang inersia" mempunyai kesan ganda pada fenomena optik. Pertama, getaran ini mempengaruhi molekul, i.e. pada pemancar dan penyerap cahaya - mengapa spektrum pelepasan dan penyerapannya berubah. Kedua, halaju fasa cahaya, seperti yang kami percaya, terikat, dalam erti kata tempatan-mutlak, kepada bahagian tempatan "ruang inersia", oleh itu getarannya mempengaruhi proses perambatan cahaya.

Dalam artikel ini, kami akan memberikan model halus "ruang tidak mantap" bulat dan menerangkan asal usul fenomena optik anomali ini.

Model yang diperhalusi bagi "ruang tidak mantap" circumlunar.

Model awal "ruang tidak mantap" bulatan dibentangkan. Adalah wajar untuk diperhatikan bahawa penerbangan pertama kapal angkasa Soviet dan Amerika ke Bulan menunjukkan bahawa gravitinya bertindak hanya di kawasan kecil hampir bulan, sehingga kira-kira 10,000 km dari permukaan Bulan - dan, dengan itu, tidak sampai ke Bumi jauh. Oleh itu, Bumi tidak mempunyai tindak balas dinamik kepada Bulan: bertentangan dengan kepercayaan popular, Bumi tidak berlaku, dalam antifasa dengan Bulan, berhampiran "pusat jisim" biasa mereka - dan, bertentangan dengan salah tanggapan biasa yang lain, graviti bulan tidak ada kaitan dengan pasang surut di lautan.

Mengikut model, dalam kawasan graviti bulan, getaran harmonik "ruang inersia" ditetapkan, semata-mata oleh perisian, dalam arah sepanjang menegak bulan tempatan. Untuk getaran jejari ini, nilai amplitud halaju dan anjakan linear setara berkurangan apabila jarak dari pusat meningkat, dan di sempadan kawasan graviti bulan ia menjadi hampir sifar. Jika graviti simetri sfera disimulasikan, mematuhi undang-undang kuasa dua songsang, maka pergantungan amplitud halaju V getaran daripada panjang vektor jejari r terdapat

di mana K\u003d 4.9 × 10 12 m 3 / s 2 - parameter graviti Bulan, r max ialah jejari sempadan kawasan graviti bulan. Jika kita menggantikan dalam (1) nilai jejari purata Bulan r L = 1738 km, dan juga r maks = 11738 km, maka untuk amplitud halaju getaran "ruang tak mantap" di permukaan Bulan, kita dapat V(r L)" 3.10 km/s. Jika kita mengandaikan bahawa pada permukaan Bulan amplitud sesaran linear yang setara ialah d(r A) = 5 μm, maka untuk kekerapan getaran, yang kita anggap sama di seluruh kawasan graviti bulan, kita memperoleh V(r L)/2p d(r L) » 100 MHz. Angka-angka ini, sudah tentu, petunjuk.

Penapisan utama model "ruang tidak mantap" circumlunar dikaitkan dengan persoalan fasa getaran jejari "latar belakang inersia". Sebelum ini, kami percaya bahawa kawasan graviti bulan dibahagikan kepada bahagian jejari, di mana fasa getaran jejari disusun "dalam corak papan dam." Kini, bagaimanapun, organisasi fasa getaran jejari sedemikian nampaknya tidak munasabah rumit dan sama sekali tidak perlu. Peralihan jejari "ruang inersia" boleh berlaku secara serentak di seluruh kawasan graviti bulan: "semua bersama-sama dari pusat - semuanya bersama-sama ke arah pusat." Dengan getaran segerak global sedemikian, "ruang tidak mantap" akan berkomunikasi pecutan sentripetal badan bebas tidak lebih buruk daripada mengikut model, dan mengatur getaran segerak global secara pemrograman adalah jauh lebih mudah.

Penyebaran cahaya dalam "ruang tidak mantap" yang bergetar mempunyai ciri asas, kerana keadaan di mana Navigator Pemindahan Tenaga Kuantum beroperasi adalah luar biasa di sini. Ini ialah program yang secara individu untuk setiap atom teruja mencari atom penerima yang mana tenaga pengujaan akan dipindahkan. Kesan perambatan cahaya, termasuk fenomena gelombang, ditentukan oleh algoritma pengiraan yang Navigator lakukan - mengenal pasti atom penerima, yang mana kebarangkalian pemindahan tenaga kuantum adalah maksimum. Algoritma Navigator ini diterangkan dalam . Sekarang adalah penting bagi kita bahawa kelajuan gelombang carian, yang dengannya Navigator mengimbas ruang secara maklumat, adalah sama dengan kelajuan cahaya dan terikat, dalam erti kata tempatan-mutlak, kepada bahagian tempatan "ruang inersia ". Oleh itu, getaran "ruang inersia" menjejaskan pergerakan gelombang carian Navigator. Dengan orientasi getaran ini di sepanjang menegak lunar tempatan, pancaran cahaya mendatar tempatan tidak akan bergerak dalam garis lurus, tetapi di sepanjang sinusoid - dengan tempoh yang ditentukan oleh kekerapan getaran. Pada frekuensi 100 MHz (lihat di atas), tempoh sinusoid adalah kira-kira 3 m. Dalam kes ini, penyebaran sudut menegak arah gerakan rasuk boleh dianggarkan melalui nisbah amplitud halaju getaran kepada kelajuan cahaya - berhampiran permukaan Bulan, penyebaran ini akan menjadi lebih kurang satu saat lengkok.

Mengakaunkan penyebaran menegak ini dalam arah gerakan pancaran cahaya yang bergerak berhampiran permukaan Bulan dengan mudah menerangkan, pada pendapat kami, kesan optik berikut. Pertama, ia adalah mustahil meramalkan kejadian dan tempoh okultasi bintang oleh Bulan dengan ketepatan yang sedemikian banyak fenomena cakerawala lain diramalkan» . Kedua, ini ialah penurunan dalam kualiti imej permukaan Bulan berhampiran tepi cakera (lihat, sebagai contoh, gambar dalam). Kabur di tepi cakera bulan tidaklah mengejutkan jika bulan mempunyai atmosfera—tetapi tidak. Kedua-dua kesan ini tidak menemui penjelasan yang munasabah dalam kerangka pendekatan tradisional.

Fenomena kehilangan warna dalam "ruang tidak mantap" circumlunar.

Seperti yang kami nyatakan sebelum ini, proses perambatan cahaya adalah rantaian pemindahan kuantum tenaga pengujaan dari atom ke atom. Pautan berturut-turut dalam rantaian ini, i.e. pasangan penghantar atom dan penerima atom ditetapkan, mengikut algoritma tertentu, oleh Navigator. Jarak antara puncak gelombang carian Navigator ialah apa yang dalam optik dipanggil panjang gelombang "radiasi" (kami meletakkan perkataan ini dalam tanda petikan, kerana gelombang carian Navigator bukan bersifat fizikal, tetapi bersifat perisian). Di bawah keadaan ruang biasa yang tidak bergetar, panjang gelombang ditentukan sepenuhnya oleh tenaga pengujaan atom, jika atom ini diam - dalam erti kata mutlak tempatan. Jika vektor halaju mutlak tempatannya tidak sama dengan sifar, maka panjang gelombang carian yang datang daripadanya dalam arah yang berbeza mempunyai anjakan Doppler linear yang sepadan. Kami menekankan bahawa, apabila atom teruja bergerak, hanya gelombang carian tertakluk kepada kesan Doppler linear - tenaga kuantum yang dipindahkan kekal tidak berubah. Oleh itu, gelombang carian dengan beberapa anjakan Doppler linear boleh berjaya mengatasi penapis jalur sempit, dan kuantum tenaga boleh dipindahkan ke atom yang terletak di belakang penapis ini, tetapi tenaga kuantum yang dipindahkan ini masih akan menjadi tenaga pengujaan yang sama seperti dalam kes atom teruja berehat - apabila gelombang carian tidak akan melalui penapis.

Sekarang mari kita kembali kepada kes "ruang tidak mantap". Getaran jejarinya boleh menghasilkan anjakan Doppler linear dalam panjang gelombang carian Navigator dalam susunan sehingga V(r L)/ c~ 10 -5 . Kesan susunan ini - memandangkan julat yang boleh dilihat menduduki satu oktaf - tidak boleh membawa kepada perubahan radikal dalam warna. Tetapi ambil perhatian bahawa sebahagian besar palet warna, termasuk di Bulan, disediakan oleh bahan yang membentuk sebatian molekul. Mungkinkah "ruang tidak mantap" menjejaskan spektrum penyerapan pelepasan molekul?

Seperti yang telah kami nyatakan sebelum ini, ikatan kimia ialah proses penukaran kitaran komposisi ikatan valens "proton-elektron" atom terikat, di mana setiap satu daripada dua elektron yang terlibat secara bergilir-gilir masuk ke dalam komposisi satu atau atom lain. Proses kitaran ini distabilkan dengan pemindahan kuantum tenaga pengujaan dari satu atom ke atom yang lain dan sebaliknya. Pada keseimbangan terma, tenaga paling berkemungkinan kuantum ini sepadan dengan maksimum spektrum keseimbangan, i.e. sama dengan 5 kT, di mana k – pemalar Boltzmann, T ialah suhu mutlak. Seperti yang kami cuba tunjukkan, apa yang dipanggil. berayun dan berpusing garis molekul tidak sepadan dengan tenaga pengikatan atom yang berbeza dalam molekul: ia sepadan dengan resonans tertentu dalam proses kitaran ikatan kimia - pada tenaga kuantum yang sesuai, yang mana atom terikat secara kitaran memindahkan antara satu sama lain. Ciri khas spektrum penyerapan molekul ialah jalur spektrum berterusan - jalur pemisahan. Bagi kebanyakan molekul, pinggir bawah jalur pemisahan pertama adalah 4–5 eV dari aras keadaan dasar, i.e. tenaga kuanta pengujaan yang sepadan dengan keseluruhan julat yang boleh dilihat berada dalam jurang antara keadaan dasar dan jalur pemisahan pertama. Di bawah keadaan "biasa", jurang ini lebih kurang padat diisi dengan tahap tenaga diskret. Sedikit yang diketahui ialah hakikat bahawa garis molekul yang sepadan, tidak seperti garis atom, bukanlah ciri - kedudukannya "terapung" bergantung pada suhu dan tekanan. Getaran "ruang tidak mantap", pada pendapat kami, harus membawa kepada pelebaran garis molekul yang kuat; mari kita jelaskan.

Ingat bahawa, di bawah keadaan graviti "biasa", perubahan dalam halaju mutlak tempatan jasad bebas secara unik sepadan dengan perubahan dalam potensi graviti. Dalam "ruang tidak mantap" circumlunar keadaannya berbeza: badan bebas di sana mereka mengalami perubahan harmonik dalam halaju mutlak tempatan (diukur dalam sistem koordinat geosentrik), secara praktikalnya, dalam potensi graviti yang sama (rantau graviti bumi). Kami percaya bahawa anomali ini, dari sudut pandangan transformasi tenaga, keadaan diselesaikan seperti berikut. Penampan untuk komponen berkala tenaga kinetik molekul ialah tenaga pengujaannya - i.e. kuantum yang sama yang dipindahkan oleh atom terikat antara satu sama lain. Kemudian, untuk molekul daripada unsur cahaya dengan ikatan tunggal, nilai amplitud tenaga kinetik pada permukaan Bulan ( V(r A)» 3 km/s) hendaklah sepadan dengan nilai amplitud tenaga pengujaan ~ 1 eV setiap ikatan. Oleh kerana komponen berkala tenaga pengujaan ini, garis molekul "getaran" dan "putaran" mesti mengalami pelebaran yang ketara sehingga jurang dari keadaan asas kepada jalur pemisahan pertama harus menduduki spektrum berterusan . Dan ada: " Spektrum bulan hampir tiada jalur yang boleh memberi maklumat tentang komposisi bulan.» .

Mari kita jelaskan mengapa fenomena kehilangan warna harus berlaku dalam kes spektrum molekul berterusan. Adalah diketahui bahawa dalam retina mata manusia terdapat tiga jenis sel sensitif cahaya yang bertanggungjawab untuk persepsi warna - yang berbeza dalam kedudukan maksimum jalur penyerapan: di kawasan merah-oren, hijau dan biru-ungu. Sensasi warna tidak ditentukan oleh tenaga kuanta cahaya monokromatik - ia ditentukan oleh nisbah bilangan "operasi" sel yang dinamakan tiga jenis untuk beberapa "masa tindak balas warna". Jika, di bawah keadaan "ruang tidak mantap", garisan penyerapan molekul merebak ke seluruh julat yang boleh dilihat, maka bagi setiap tiga jenis sel, kebarangkalian "mencetuskan" untuk kuantum dari mana-mana kawasan julat yang boleh dilihat menjadi sama.

Ia serta-merta mengikuti daripada ini bahawa semua objek di Bulan harus dilihat dengan kehilangan warna - secara praktikal, dalam warna skala kelabu. Kehilangan warna sepatutnya berlaku bukan sahaja semasa pemerhatian visual secara langsung di Bulan, tetapi juga apabila mengambil gambar di sana pada filem berwarna, dan juga melalui penapis cahaya. Sungguh, " penapis warna di atas kapal...["Pengukur"] digunakan untuk menghasilkan gambar berwarna landskap bulan... Adalah menghairankan bahawa tiada warna pada mana-mana bahagian imej ini, terutamanya jika dibandingkan dengan kepelbagaian warna di padang pasir darat biasa atau landskap gunung.» . Mungkin penulis mengelirukan sesuatu? Tidak sama sekali, laporan rasmi NASA mengenai Surveyor-1 menyatakan perkara yang sama. Lengkung penghantaran bagi tiga penapis cahaya adalah hampir kepada standard - kami mengeluarkan semula rajah yang sepadan daripada Rajah 1. Apakah

adakah keputusannya? Dalam bahagian "Fotometri dan Kolorimetri", hanya tiga frasa diberikan kepada kolorimetri yang betul. Iaitu: " Pra-pemprosesan ukuran kolorimetrik berdasarkan data filem fotografi menunjukkan bahawa bahan-bahan permukaan bulan mungkin hanya mempunyai perbezaan warna yang kecil. Kurang kaya warna untuk bahan lunar permukaan, ini adalah sesuatu yang menarik memandangkan perbezaan yang diperhatikan dalam albedo. Di mana-mana warna permukaan bulan adalah kelabu gelap"(Terjemahan kami). Walau bagaimanapun, kekaguman pakar NASA tidak bertahan lama. Penulis sudah menulis: Juruukur mempunyai rupa yang lebih tajam dan tidak rumit. Dan, buat pertama kalinya, dia melihat dalam warna. Tiga gambar berasingan yang diambil melalui penapis oren, hijau dan biru, apabila digabungkan, memberikan pembiakan warna semula jadi sepenuhnya. Seperti yang dijangkakan saintis, warna ini ternyata hanya kelabu - kelabu neutral yang seragam."(Terjemahan kami). Kami menghasilkan semula salah satu fotomosaik kelabu ini daripada Juruukur-1 pada Rajah.2.

Mungkin disyaki hanya bahan bulan yang mempunyai warna kelabu semula jadi, dan objek daratan yang dihantar ke Bulan kelihatan di sana dalam warna yang sama seperti di Bumi. Tidak sama sekali, kami mengeluarkan semula serpihan foto lain dengan "pembiakan warna semula jadi" - lihat di bawah. Rajah.3. Ini adalah dokumen yang sangat luar biasa. Dengan latar belakang "pancake" "paw" peranti yang menyokong, di bahagian kanan imej, bahagian cakera dengan tanda sektor kelihatan. Ini hanyalah cakera penentukuran warna: di Bumi, empat sektornya berwarna putih,

Rajah.3.

merah, hijau dan warna biru. Tetapi, bukannya mereka, kita hanya melihat warna skala kelabu.

Kami menambah bahawa kehilangan warna berlaku walaupun Bulan diperhatikan dari luar kawasan gravitinya. Benar, dalam kes ini, warna coklat dicampur dengan warna kelabu: " Dalam teleskop, bulan mempunyai warna kelabu keperangan yang seragam dan hampir tiada perbezaan warna.» . Percubaan telah dibuat untuk mendapatkan gambar berwarna Bulan apabila mengambil gambar dari luar kawasan gravitinya melalui penapis cahaya, dengan gabungan imej seterusnya. Dengan teknik ini, sememangnya, gambar warna yang mengagumkan diperolehi - tetapi, memandangkan perkara di atas, adalah naif untuk mempercayai bahawa warna di dalamnya menunjukkan skema warna sebenar Bulan.

Perlu dijelaskan bahawa fenomena kehilangan warna dalam ruang circumlunar sama sekali tidak dapat disangkal apabila mengambil gambar dan penggambaran video dengan peralatan digital - yang membolehkan anda "membuat" apa-apa warna yang dikehendaki "daripada tiada". Dengan fotografi tradisional, i.e. dengan pembiakan warna semula jadi, fenomena kehilangan warna dalam ruang circumlunar adalah fakta yang tidak dapat dipertikaikan. Selain itu, menurut pegawai NASA, pakar bahkan menjangkakan ketiadaan skema warna yang kaya di Bulan terlebih dahulu. Mari kita mengingatinya!

Fenomena penyebaran cahaya ke belakang dalam "ruang tidak mantap" circumlunar.

Albedo permukaan bulan, i.e. keupayaannya untuk memantulkan cahaya matahari adalah kecil: purata 7%. Dan untuk jumlah kecil cahaya yang dipantulkan ini, fenomena hamburan belakang berlaku. Iaitu: di mana-mana sudut cahaya jatuh pada permukaan yang berselerak - sehingga kejadian yang hampir meragut! Kebanyakan cahaya yang dipantulkan kembali ke tempat asal cahaya itu.

Bukti fenomena yang menakjubkan ini bagi pemerhati terestrial adalah fakta yang terkenal bahawa " kecerahan semua kawasan cakera bulan mencapai maksimum tajam pada bulan purnama, apabila sumber cahaya betul-betul di belakang pemerhati» . Lengkung integral bagi kecerahan cahaya bulan, sebagai fungsi sudut fasa, ditunjukkan dalam Rajah.4(, fasa sifar sepadan dengan bulan purnama).

Rajah.4

Fenomena taburan belakang tidak dapat dijelaskan oleh taburan biasa pada kekasaran permukaan Bulan. Permukaan kasar akan menyerakkan cahaya mengikut undang-undang Lambert, dan kemudian pada bulan purnama kegelapan akan diperhatikan ke arah tepi cakera bulan - yang tidak berlaku. Kecerahan bulan purnama meningkat secara anomali untuk setiap kawasan cakera lunar, " tanpa mengira kedudukannya pada sfera bulan, kecenderungan permukaan dan jenis morfologi» . Disebabkan kekurangan kegelapan ke tepi, bulan purnama kelihatan "rata seperti pancake". Fenomena penyebaran cahaya ke belakang berlaku bukan sahaja untuk sisi Bulan yang kelihatan dari Bumi, tetapi juga untuk yang bertentangan, seperti yang dibuktikan oleh gambar-gambar yang terakhir diambil dengan bantuan kapal angkasa. Tanda-tanda penyerakan cahaya oleh Bulan diberikan, sebagai contoh, dalam.

Kadang-kadang fenomena hamburan belakang keliru dengan apa yang dipanggil. kesan pembangkang, iaitu " kadar peningkatan kecerahan adalah tinggi terutamanya pada sudut fasa kecil' - seperti yang digambarkan dengan baik ini Rajah.4. Kesan pembangkang mencirikan kadar perubahan dalam kecerahan - dan bukan perubahan dalam kecerahan itu sendiri - dengan perubahan dalam sudut fasa. Kesan pembangkang hanya menekankan ketajaman tindakan kesan hamburan belakang - kerana itu, dalam cahaya bulan terang luar biasa pada bulan purnama, anda boleh membaca buku.

Adalah dipercayai bahawa fenomena hamburan belakang adalah disebabkan oleh beberapa sifat yang luar biasa tanah bulan- dan ini walaupun fakta bahawa fenomena itu sama dimanifestasikan untuk semua kawasan cakera lunar, walaupun morfologi laut dan benua bulan berbeza. Banyak percubaan telah dilakukan untuk mencari mineral atau bahan yang memberikan hukum taburan bulan. Pelbagai sampel asal daratan dan kosmik telah disiasat " dalam pelbagai bentuk: pepejal, hancur, cair dan pepejal semula, disinari dengan cahaya ultraungu, sinar-X dan proton ...» Tiada yang menyerakkan kembali cahaya seperti Bulan. Akhirnya, didapati bahawa undang-undang serakan yang serupa dengan bulan memberikan struktur tersebar halus dengan keliangan yang sangat maju. Tetapi seseorang hampir tidak dapat menjangkakan bahawa kewujudan "bulu" sedemikian disokong dalam keadaan sebenar permukaan Bulan. Apatah lagi "gempa bulan" lemah yang kerap, hakisan elektrostatik dan "kemerosotan" bahan permukaan memainkan peranan penting di sana. Kajian tanah lunar - kedua-duanya "di atas tanah", dengan bantuan "Jurukur", dan di makmal darat - menunjukkan bahawa tidak ada "struktur gebu" di dalamnya. Tanah bulan berbutir halus, padat lemah dengan campuran kerikil dan batu kecil» . Lunar" regolith mudah melekat bersama menjadi ketulan longgar yang berasingan dan mudah dibentuk. Walaupun sifat melekit yang ketara, ia mempunyai struktur yang tidak stabil dan mudah pecah.» . Di samping penemuan yang tidak menggalakkan ini, di makmal darat, sampel bulan tidak sama sekali mempamerkan undang-undang penyebaran bulan. Penyelidikan mengenai fenomena itu telah terhenti.

Sementara itu, fenomena ini mendapat penjelasan semula jadi yang mudah - akibat daripada getaran "ruang tidak stabil". Ingat bahawa, di bawah keadaan "biasa", pantulan spekular dijelaskan seperti berikut. Bahagian hadapan gelombang rata jatuh pada permukaan rata- yang titiknya, yang mana bahagian hadapan ini telah dicapai, serta-merta menjadi sumber gelombang sfera sekunder, mengikut prinsip Huygens-Fresnel. Sampul depan gelombang sfera sekunder ialah bahagian hadapan rata - yang merupakan imej cermin. Perhatikan bahawa penjelasan klasik ini membayangkan gangguan hadapan gelombang sekunder - dan untuk ini adalah perlu bahawa kawasan koheren lebih besar daripada bahagian permukaan pemantulan di mana bahagian asal hadapan jatuh. Tetapi dalam "ruang yang tidak mantap", memandangkan perkara di atas, konsep "koheren" kehilangan semua makna. Untuk setiap saluran Navigator yang mengira alamat pemindahan satu kuantum, sudah mempunyai saiz ciri "kawasan koheren" yang lebih kecil daripada panjang gelombang, tidak akan ada satu set gelombang sfera sekunder yang terpancar daripada pelbagai titik permukaan penyerakan - gelombang sfera sekunder akan datang satu titik pada permukaan ini. Mengikut logik algoritma Navigator, pengiraan diteruskan hanya untuk arah carian yang paling mungkin untuk atom destinasi - dan ini adalah yang bertindih dengan puncak gelombang carian yang berbeza (dari saluran Navigator yang sama). Dalam kes yang sedang dipertimbangkan, gelombang sfera sekunder yang muncul dari satu titik hanya boleh bertindih dengan puncak gelombang kejadian - memberikan cetusan kebarangkalian pada garis di mana gelombang kejadian ini pergi. Oleh itu, jika kuantum cahaya tidak diserap oleh permukaan, dan Navigator terpaksa terus mencari destinasi untuk pemindahannya, maka "pantulan" dari permukaan kemungkinan besar akan menjadi sebaliknya - tanpa mengira sudut kejadian. .

Apakah akibat fizikal fenomena hamburan belakang? Jika Bulan hanya memantulkan kira-kira 7% daripada cahaya matahari yang masuk, dan jika hampir semua cahaya yang dipantulkan itu menuju ke arah asalnya, maka seorang pemerhati di Bulan sama sekali tidak akan melihat pemandangan yang diterangi matahari. Bagi pemerhati, walaupun di sisi Bulan yang diterangi oleh Matahari, senja memerintah - yang ditunjukkan, sebagai contoh, oleh panorama fotografi pertama yang dibuat di permukaan Bulan oleh peranti Soviet, bermula dengan Luna-9 (lihat , sebagai contoh,), serta arkib besar imej televisyen yang dihantar "Lunokhod-1". Seorang pemerhati di Bulan akan dapat melihat cahaya terang sama ada objek yang hampir dengan garis lurus khayalan yang ditarik dari Matahari melalui kepalanya, atau objek yang diteranginya sendiri dengan memegang sumber cahaya berhampiran matanya. Sebagai tambahan kepada senja, yang memerintah walaupun di sisi Bulan yang diterangi oleh Matahari, disebabkan oleh fenomena hamburan belakang, bayang-bayang hitam sepenuhnya diperhatikan di sana - dan bukan kelabu, seperti di Bumi, kerana di Bulan kawasan bayang-bayang tidak diterangi oleh cahaya yang bertaburan sama ada dari kawasan yang diterangi atau dari atmosfera, yang bukan di bulan. Rajah.5 menghasilkan semula salah satu panorama yang diambil oleh Lunokhod-1 - segera masuk

Rajah.5

ciri mata hitam dari sisi anti-solar - pada platform dari mana Lunokhod-1 berpindah, serta pada penyelewengan permukaan bulan. Rajah.5 dengan baik menyampaikan tanda-tanda tipikal cahaya bulan sebenar.

Perbincangan kecil.

Di atas, kami cuba menerangkan fenomena kehilangan warna dan penyerakan belakang cahaya yang berlaku di ruang circumlunar. Mungkin seseorang akan dapat menjelaskan fenomena ini lebih baik daripada kita, tetapi kewujudan fenomena ini tidak dapat dipertikaikan. fakta saintifik- yang disahkan walaupun oleh laporan NASA pertama mengenai program lunar.

Mengambil kira kewujudan fenomena ini memberikan hujah-hujah baharu yang mematikan untuk menyokong mereka yang percaya bahawa bahan filem dan fotografi, yang didakwa memberi keterangan mengenai tinggalan angkasawan Amerika di permukaan Bulan, adalah palsu. Lagipun, kami memberikan kunci untuk menjalankan peperiksaan bebas yang mudah dan tanpa belas kasihan. Jika kita ditunjukkan, dengan latar belakang landskap bulan yang dibanjiri cahaya matahari (!) Angkasawan, yang pakaian angkasanya tidak ada bayang-bayang hitam dari sisi anti-solar, atau sosok angkasawan yang terang. dalam bayangan "modul lunar", atau bingkai warna (!) dengan pemaparan warna-warni warna bendera Amerika - maka ini semua adalah bukti yang tidak dapat dinafikan yang menjerit tentang pemalsuan. Malah, kami tidak mengetahui sebarang filem atau dokumen fotografi yang menggambarkan angkasawan di Bulan di bawah pencahayaan bulan sebenar dan dengan "palet" warna lunar sebenar.

Keadaan fizikal di Bulan terlalu tidak normal - dan tidak boleh diketepikan bahawa ruang circumlunar memudaratkan organisma darat. Sehingga kini, kami mengetahui satu-satunya model yang menerangkan kesan jarak dekat graviti bulan, dan pada masa yang sama asal usul fenomena optik anomali yang disertakan - ini adalah model "ruang tidak stabil" kami. Dan jika model ini betul, maka getaran "ruang tidak stabil", di bawah ketinggian tertentu di atas permukaan Bulan, cukup mampu memecahkan ikatan lemah dalam molekul protein - dengan pemusnahan tertiernya dan, mungkin, struktur sekunder. Setakat yang kita tahu, penyu kembali hidup dari ruang circumlunar di atas alat Zond-5 Soviet, yang mengelilingi Bulan dengan jarak minimum kira-kira 2000 km dari permukaannya. Ada kemungkinan bahawa, dengan laluan radas lebih dekat dengan Bulan, haiwan itu akan mati akibat daripada denaturasi protein dalam organisma mereka. Sekiranya sangat sukar untuk melindungi diri anda daripada sinaran kosmik, tetapi masih mungkin, maka tidak ada perlindungan fizikal daripada getaran "ruang yang tidak stabil".

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ivan, pengarang laman web inihttp://ivanik3.narod.ru, untuk bantuan baik dalam mengakses sumber utama, dan juga kepada O.Yu. Pivovar untuk perbincangan yang berguna.

1. A.A. Grishaev. Penerbangan antara planet dan konsep halaju mutlak tempatan. – Tersedia di laman web ini.

2. A.A. Grishaev. "Ruang tidak mantap" yang menjana graviti bulan sendiri. – Tersedia di laman web ini.

3. A.A. Grishaev. Percubaan Michelson-Morley: pengesanan halaju mutlak tempatan? – Tersedia di laman web ini.P.G. Kulikovsky. Buku panduan ahli astronomi amatur. "Encik. rumah penerbitan kesusasteraan teknikal dan teori, M., 1953.

9. Z. Kopal. Bulan. Jiran syurga terdekat kita. "Publishing House of Foreign Literature", M., 1963.

10. A.A. Grishaev. Pandangan baru pada ikatan kimia dan paradoks spektrum molekul. – Tersedia di laman web ini.

11. T. Cottrell. Kekuatan ikatan kimia. "Publishing House of Foreign Literature", M., 1956.

12. O. W. Richardson. Hidrogen Molekul dan Spektrumnya. 1934.

13. R. Pierce, A. Gaydon. Pengenalpastian spektrum molekul. "Publishing House of Foreign Literature", M., 1949.

14. B.Hapke. Sifat optik permukaan bulan. Dalam: "Fizik dan Astronomi Bulan", Z. Kopal, ed. "Mir", M., 1973.

15. L. D. Jaffe, E. M. Pembuat Kasut, S. E. Dwornik et al. Laporan Teknikal NASA Bil. 32-1023. Laporan Misi Juruukur I, Bahagian II. Data dan Keputusan Saintifik. Makmal Jet Propulsion, Institut Teknologi California, Pasadena, California, 10 September 1966.

16. H.E. Newell. Juruukur: Kamera Candid di Bulan. Natl. Geografi. Mag., 130 (1966) 578.

17. V.N.Zharkov, V.A.Pankov et al.Pengenalan kepada fizik Bulan. "Sains", M., 1969.

18. M.U.Sagitov. Gravimetri lunar. "Sains", M., 1979.

19. T. Emas. Hakisan, pengangkutan bahan permukaan dan sifat laut. Dalam: "Moon", S. Runcorn dan G. Urey, eds. "Mir", M., 1975.

20. I.I. Cherkasov, V.V. Shvarev. Tanah bulan. "Sains", M., 1975.

21. Sumber web

Gimnasium Perbandaran Volgograd No. 1

Kertas peperiksaan

dalam fizik mengenai topik:

"Fenomena optik dalam alam semula jadi"

Selesai

pelajar darjah 9 "B"

Pokusaeva V.O.

Trubnikova M.V.

Rancang

1. Pengenalan

a) Apakah itu optik?

b) Jenis-jenis optik

c) Peranan optik dalam pembangunan fizik moden

2. Fenomena yang berkaitan dengan pantulan cahaya

a) Objek dan pantulannya

b) Kebergantungan pekali pantulan pada sudut tuju cahaya

c) Cermin mata pelindung

e) Jumlah pantulan cahaya

f) Panduan cahaya berbentuk silinder

g) Berlian dan Permata

3. Fenomena yang berkaitan dengan pembiasan cahaya

b) pelangi

4. Auroras

pengenalan

Apa itu optik?

Idea pertama saintis purba tentang cahaya adalah sangat naif. Adalah dipercayai bahawa sesungut nipis khas keluar dari mata dan kesan visual timbul apabila mereka merasakan objek. Pada masa itu, optik difahami sebagai sains penglihatan. Ini adalah maksud sebenar perkataan "optik". Pada Zaman Pertengahan, optik secara beransur-ansur bertukar dari sains penglihatan kepada sains cahaya, ini difasilitasi oleh penciptaan kanta dan kamera obscura. AT zaman moden Optik adalah cabang fizik yang mengkaji pelepasan cahaya, penyebarannya dalam pelbagai media dan interaksi dengan jirim. Bagi isu yang berkaitan dengan penglihatan, struktur dan fungsi mata, mereka menonjol secara istimewa hala tuju saintifik dipanggil optik fisiologi.

Jenis-jenis optik

Apabila mempertimbangkan banyak fenomena optik, seseorang boleh menggunakan konsep sinar cahaya - garis geometri di mana tenaga cahaya merambat. Dalam kes ini seseorang bercakap tentang optik geometri (sinar).

Optik geometri digunakan secara meluas dalam kejuruteraan pencahayaan dan apabila mempertimbangkan tindakan pelbagai instrumen dan peranti - daripada kaca pembesar dan cermin mata kepada mikroskop optik dan teleskop yang paling kompleks.

AT awal XIX abad, kajian intensif tentang fenomena gangguan, pembelauan dan polarisasi cahaya yang ditemui sebelum ini berlaku. Fenomena ini tidak dijelaskan dari segi optik geometri, adalah perlu untuk mempertimbangkan cahaya dalam bentuk gelombang ricih. begini caranya optik gelombang. Pada mulanya, dipercayai bahawa cahaya adalah gelombang elastik dalam medium tertentu (world ether), yang kononnya memenuhi seluruh ruang dunia.

Pada tahun 1864, ahli fizik Inggeris James Maxwell mencipta teori elektromagnet cahaya, mengikut mana gelombang cahaya gelombang elektromagnet dengan julat panjang yang sesuai.

Kajian yang dijalankan pada awal abad ke-20 menunjukkan bahawa untuk menjelaskan beberapa fenomena, seperti kesan fotoelektrik, adalah perlu untuk membentangkan pancaran cahaya sebagai aliran zarah pelik - quanta cahaya (foton). Seawal 200 tahun yang lalu, Isaac Newton memegang pandangan yang sama tentang sifat cahaya dalam "teori pancaran cahaya" beliau. Kini konsep quanta cahaya dikaji oleh optik kuantum.

Peranan optik dalam pembangunan fizik moden.

Peranan optik dalam pembangunan fizik moden adalah hebat. Kemunculan dua teori yang paling penting dan revolusioner pada abad kedua puluh (mekanik kuantum dan teori relativiti) sebahagian besarnya dikaitkan dengan penyelidikan optik. Kaedah optik untuk menganalisis bahan di peringkat molekul telah menimbulkan arah saintifik khas - optik molekul. Bersebelahan dengannya ialah spektroskopi optik, yang digunakan dalam sains bahan moden, penyelidikan plasma, dan astrofizik. Terdapat juga optik elektron dan neutron; mencipta mikroskop elektron dan cermin neutron. Model optik nukleus atom telah dibangunkan.

Menyumbang kepada pembangunan pelbagai bidang fizik moden, optik itu sendiri kini sedang mengalami tempoh pembangunan yang pesat. Dorongan utama kepada perkembangan ini diberikan oleh penciptaan sumber intens cahaya koheren - laser. Akibatnya, optik gelombang telah meningkat ke tahap yang lebih tinggi, sepadan dengan optik koheren. Malah sukar untuk menghitung semua bidang saintifik dan teknikal terkini yang sedang berkembang kerana kemunculan laser. Antaranya ialah optik tak linear, holografi, optik radio, optik picosecond, optik adaptif, dan lain-lain. Optik radio timbul di persimpangan kejuruteraan radio dan optik; dia meneroka kaedah optik penghantaran dan pemprosesan maklumat. Kaedah ini biasanya digabungkan dengan kaedah elektronik tradisional; akibatnya, arah saintifik dan teknikal yang dipanggil optoelektronik telah berkembang. Penghantaran isyarat cahaya sepanjang gentian dielektrik adalah subjek gentian optik. Menggunakan pencapaian optik tak linear, adalah mungkin untuk membetulkan muka gelombang pancaran cahaya, yang herot apabila cahaya merambat dalam medium tertentu, contohnya, di atmosfera atau di dalam air. Akibatnya, apa yang dipanggil optik angkat telah muncul dan sedang dibangunkan secara intensif. Bersebelahan dengannya adalah fotoenergetik yang muncul di hadapan mata kita, terutama berurusan dengan penghantaran tenaga cahaya yang cekap sepanjang pancaran cahaya. Moden teknologi laser membolehkan anda menerima denyutan cahaya dengan tempoh tertib picosaat sahaja. Denyutan sedemikian ternyata menjadi "alat" yang unik untuk mengkaji beberapa proses pantas dalam jirim, dan khususnya dalam struktur biologi. Satu arah khas timbul dan sedang berkembang - optik picosecond; fotobiologi berdampingan rapat dengannya. Boleh dikatakan tanpa keterlaluan bahawa penggunaan praktikal luas pencapaian optik moden adalah syarat yang sangat diperlukan untuk kemajuan saintifik dan teknologi. Optik membuka jalan ke dunia mikro untuk minda manusia, ia juga membolehkannya menembusi rahsia dunia bintang. Optik merangkumi semua aspek amalan kami.

Fenomena yang berkaitan dengan pantulan cahaya.

Objek dan pantulannya

Apa yang tercermin dalam air berdiri landskap tidak berbeza daripada yang sebenar, tetapi hanya terbalik "terbalik" jauh daripada menjadi kes itu.

Sekiranya seseorang melihat pada lewat petang bagaimana lampu dipantulkan di dalam air atau bagaimana pantai yang turun ke air dipantulkan, maka pantulan itu akan kelihatan baginya dipendekkan dan akan "hilang" sepenuhnya jika pemerhati berada tinggi di atas permukaan. daripada air. Selain itu, anda tidak akan dapat melihat pantulan bahagian atas batu, sebahagian daripadanya direndam dalam air.

Landskap dilihat oleh pemerhati seolah-olah ia dilihat dari satu titik yang lebih dalam daripada permukaan air kerana mata pemerhati berada di atas permukaan. Perbezaan antara landskap dan imejnya berkurangan apabila mata menghampiri permukaan air, serta objek bergerak menjauh.

Selalunya nampak kepada orang ramai bahawa pantulan semak dan pokok di dalam kolam dibezakan oleh kecerahan warna dan ketepuan nada yang lebih besar. Ciri ini juga boleh diperhatikan dengan memerhati pantulan objek dalam cermin. Di sini persepsi psikologi memainkan peranan yang lebih besar daripada sisi fizikal fenomena. Bingkai cermin, tebing kolam mengehadkan bahagian kecil landskap, melindungi penglihatan persisian seseorang daripada cahaya bertaburan yang berlebihan yang datang dari seluruh langit dan membutakan pemerhati, iaitu, dia melihat bahagian kecil landskap seolah-olah melalui paip sempit yang gelap. Mengurangkan kecerahan cahaya yang dipantulkan berbanding dengan cahaya langsung memudahkan orang ramai melihat langit, awan dan objek terang yang lain yang, apabila dilihat secara langsung, terlalu terang untuk mata.

Kebergantungan pekali pantulan dari sudut tuju cahaya.

Di sempadan dua media lutsinar, cahaya sebahagiannya dipantulkan, sebahagiannya melalui medium lain dan dibiaskan, sebahagiannya diserap oleh medium. Nisbah tenaga pantulan kepada tenaga kejadian dipanggil pekali pantulan. Nisbah tenaga cahaya yang melalui bahan kepada tenaga cahaya kejadian dipanggil pemancaran.

Pekali pantulan dan penghantaran bergantung pada sifat optik, media yang bersebelahan antara satu sama lain, dan sudut tuju cahaya. Jadi, jika cahaya jatuh pada plat kaca secara berserenjang (sudut tuju α = 0), maka hanya 5% tenaga cahaya dipantulkan, dan 95% melalui antara muka. Apabila sudut tuju meningkat, pecahan tenaga pantulan meningkat. Pada sudut tuju α=90˚ ia sama dengan satu.

Kebergantungan keamatan cahaya yang dipantulkan dan melalui plat kaca boleh dikesan dengan meletakkan plat pada sudut yang berbeza kepada sinaran cahaya dan menganggarkan keamatan oleh mata.

Ia juga menarik untuk menganggarkan dengan mata keamatan cahaya yang dipantulkan dari permukaan takungan, bergantung pada sudut kejadian, untuk memerhati pantulan sinaran matahari dari tingkap rumah pada sudut kejadian yang berbeza pada siang hari. , pada waktu matahari terbenam, pada waktu matahari terbit.

Cermin mata pelindung

Tetingkap tingkap biasa menghantar sebahagian sinar haba. Ia baik untuk menggunakannya di kawasan utara dan juga untuk rumah hijau. Di selatan, premis itu terlalu panas sehingga sukar untuk bekerja di dalamnya. Perlindungan daripada matahari turun kepada sama ada menggelapkan bangunan dengan pokok, atau memilih orientasi yang baik untuk bangunan semasa penstrukturan semula. Kedua-duanya kadangkala sukar dan tidak selalu boleh dilaksanakan.

Agar kaca tidak menghantar sinar haba, ia ditutup dengan filem telus nipis oksida logam. Oleh itu, filem antimoni timah tidak menghantar lebih daripada separuh sinaran haba, dan salutan yang mengandungi oksida besi sepenuhnya mencerminkan sinar ultraviolet dan 35-55% sinaran haba.

Penyelesaian garam pembentuk filem digunakan daripada pistol semburan ke permukaan kaca panas semasa rawatan haba atau pengacuan. Pada suhu tinggi, garam bertukar menjadi oksida, yang terikat kuat pada permukaan kaca.

Cermin mata untuk cermin mata pelindung cahaya dibuat dengan cara yang sama.

Jumlah pantulan cahaya dalaman

Pemandangan yang indah ialah air pancut, di mana jet yang dikeluarkan diterangi dari dalam. Ini boleh digambarkan dalam keadaan biasa dengan melakukan eksperimen berikut (Rajah 1). Dalam tin tin tinggi, pada ketinggian 5 cm dari bawah, lubang bulat mesti digerudi ( a) dengan diameter 5-6 mm. Mentol lampu elektrik dengan kartrij mesti dibalut dengan teliti dengan kertas selofan dan diletakkan bertentangan dengan lubang. Anda perlu menuangkan air ke dalam balang. Membuka lubang a , kita mendapat jet yang akan diterangi dari dalam. Di dalam bilik gelap, ia bersinar terang dan kelihatan sangat mengagumkan. Pancutan boleh diberi sebarang warna dengan meletakkan kaca berwarna di laluan sinaran cahaya. b. Jika anda meletakkan jari anda di laluan jet, maka air disembur dan titisan ini bersinar terang.

Penjelasan untuk fenomena ini agak mudah. Pancaran cahaya melewati sepanjang pancutan air dan mengenai permukaan melengkung pada sudut yang lebih besar daripada had, mengalami pantulan dalaman total, dan kemudian sekali lagi mengenai bahagian bertentangan pancutan pada sudut yang lebih besar daripada had. Jadi rasuk melepasi sepanjang jet, membongkok bersamanya.

Tetapi jika cahaya dipantulkan sepenuhnya di dalam jet, maka ia tidak akan kelihatan dari luar. Sebahagian daripada cahaya bertaburan oleh air, gelembung udara dan pelbagai kekotoran yang terdapat di dalamnya, serta disebabkan oleh permukaan jet yang tidak rata, jadi ia boleh dilihat dari luar.

Panduan cahaya silinder

Jika anda mengarahkan pancaran cahaya pada satu hujung silinder kaca melengkung pepejal, anda boleh melihat bahawa cahaya akan keluar dari hujungnya yang satu lagi (Gamb. 2); hampir tiada cahaya yang keluar melalui permukaan sisi silinder. Laluan cahaya melalui silinder kaca dijelaskan oleh fakta bahawa, jatuh pada permukaan dalam silinder pada sudut yang lebih besar daripada had, cahaya berulang kali mengalami refleksi total dan sampai ke penghujungnya.

Lebih nipis silinder, lebih kerap rasuk akan dipantulkan dan sebahagian besar cahaya akan jatuh pada permukaan dalam silinder pada sudut yang lebih besar daripada had.

Berlian dan Permata

Terdapat pameran dana berlian Rusia di Kremlin.

Lampu di dalam dewan dimalapkan sedikit. Ciptaan tukang emas berkilauan di tingkap kedai. Di sini anda boleh melihat berlian seperti "Orlov", "Shah", "Maria", "Valentina Tereshkova".

Rahsia permainan cahaya yang indah dalam berlian terletak pada fakta bahawa batu ini mempunyai indeks biasan yang tinggi (n=2.4173) dan, sebagai hasilnya, sudut kecil jumlah pantulan dalaman (α=24˚30′) dan mempunyai penyebaran yang lebih besar, menyebabkan penguraian cahaya putih untuk warna mudah.

Di samping itu, permainan cahaya dalam berlian bergantung pada ketepatan potongannya. Bahagian berlian berulang kali memantulkan cahaya dalam kristal. Oleh kerana ketelusan tinggi berlian kelas tinggi, cahaya di dalamnya hampir tidak kehilangan tenaganya, tetapi hanya terurai menjadi warna mudah, sinarnya kemudiannya terpancar dalam pelbagai arah yang paling tidak dijangka. Apabila batu itu diputar, warna yang terpancar dari batu itu berubah, dan nampaknya batu itu sendiri adalah sumber banyak sinar pelbagai warna yang terang.

Terdapat berlian yang dicat dengan warna merah, kebiruan dan ungu. Kecemerlangan berlian bergantung pada potongannya. Apabila dilihat melalui berlian jernih air yang dipotong dengan baik dalam cahaya, batu itu kelihatan legap sepenuhnya, dan beberapa bahagiannya kelihatan hanya hitam. Ini kerana cahaya, yang mengalami pantulan dalaman total, keluar ke arah yang bertentangan atau ke sisi.

Apabila anda melihat potongan atas dari sisi dunia, ia bersinar dalam pelbagai warna, dan di tempat ia berkilauan. Kilauan terang pada bahagian atas berlian dipanggil kecemerlangan berlian. Bahagian bawah berlian dari luar kelihatan bersalut perak dan tuangan dengan kilauan logam.

Berlian yang paling telus dan besar berfungsi sebagai hiasan. Berlian kecil digunakan secara meluas dalam teknologi sebagai alat pemotong atau pengisar untuk peralatan mesin. Berlian digunakan untuk mengukuhkan kepala alat penggerudian untuk menggerudi telaga dalam batuan keras. Penggunaan berlian ini mungkin kerana kekerasan yang hebat yang membezakannya. Batu berharga lain dalam kebanyakan kes ialah kristal aluminium oksida dengan campuran oksida unsur pewarna - kromium (delima), tembaga (zamrud), mangan (amethyst). Mereka juga keras, tahan lama dan mempunyai warna yang cantik dan "permainan cahaya". Pada masa ini, mereka dapat memperoleh kristal besar aluminium oksida secara buatan dan melukisnya dalam warna yang dikehendaki.

Fenomena penyebaran cahaya dijelaskan oleh kepelbagaian warna alam. Seluruh kompleks eksperimen optik dengan prisma pada abad ke-17 telah dijalankan oleh saintis Inggeris Isaac Newton. Eksperimen ini menunjukkan bahawa cahaya putih bukanlah yang utama, ia mesti dianggap sebagai komposit ("tidak seragam"); yang utama adalah warna yang berbeza ("sinar homogen", atau sinar "monokromatik"). Penguraian cahaya putih kepada warna yang berbeza berlaku atas sebab setiap warna mempunyai darjah pembiasannya sendiri. Kesimpulan yang dibuat oleh Newton ini adalah konsisten dengan idea saintifik moden.

Bersama-sama dengan penyebaran indeks biasan, terdapat penyebaran pekali penyerapan, penghantaran, dan pantulan cahaya. Ini menerangkan pelbagai kesan dalam pencahayaan badan. Sebagai contoh, jika terdapat beberapa badan yang telus kepada cahaya, di mana penghantaran adalah besar untuk cahaya merah, dan pekali pantulan adalah kecil, untuk cahaya hijau ia adalah sebaliknya: penghantaran adalah kecil, dan pemantulan adalah besar, maka dalam cahaya yang dihantar badan akan kelihatan merah, dan hijau dalam cahaya yang dipantulkan. Sifat-sifat tersebut dimiliki, sebagai contoh, oleh klorofil, bahan hijau yang terkandung dalam daun tumbuhan dan menyebabkan warna hijau. Larutan klorofil dalam alkohol apabila dilihat melalui cahaya berwarna merah. Dalam cahaya yang dipantulkan, penyelesaian yang sama kelihatan hijau.

Jika sesetengah badan mempunyai pekali penyerapan yang besar, dan pekali penghantaran dan pantulan adalah kecil, maka badan sedemikian akan kelihatan hitam dan legap (contohnya, jelaga). Badan yang sangat putih dan legap (seperti magnesium oksida) mempunyai pemantulan yang hampir kepada kesatuan untuk semua panjang gelombang, dan penghantaran dan penyerapan yang sangat rendah. Badan (kaca) yang telus sepenuhnya kepada cahaya mempunyai pekali pantulan dan penyerapan yang rendah dan ketransmisian yang hampir kepada kesatuan untuk semua panjang gelombang. Untuk kaca berwarna, untuk beberapa panjang gelombang, pekali penghantaran dan pantulan boleh dikatakan sama dengan sifar dan, oleh itu, nilai pekali penyerapan untuk panjang gelombang yang sama adalah hampir kepada perpaduan.

Fenomena yang berkaitan dengan pembiasan cahaya

Mirage

Beberapa jenis fatamorgana. Daripada pelbagai jenis fatamorgana, kami memilih beberapa jenis: fatamorgana "tasik", juga dipanggil fatamorgana inferior, fatamorgana unggul, fatamorgana berganda dan tiga kali ganda, fatamorgana penglihatan jarak jauh ultra.

Fatamorgana inferior ("tasik") berlaku di atas permukaan yang sangat panas. Fatamorgana unggul, sebaliknya, timbul di atas permukaan yang sangat sejuk, sebagai contoh, di atas air sejuk. Sekiranya fatamorgana yang lebih rendah diperhatikan, sebagai peraturan, di padang pasir dan padang rumput, maka fatamorgana atas diperhatikan di lintang utara.

Fatamorgana unggul adalah pelbagai. Dalam sesetengah kes mereka memberikan imej langsung, dalam kes lain imej terbalik muncul di udara. Fatamorgana boleh menjadi dua kali ganda apabila dua imej diperhatikan, yang mudah dan yang terbalik. Imej ini mungkin dipisahkan oleh jalur udara (satu mungkin berada di atas ufuk, satu lagi di bawahnya), tetapi boleh bergabung secara langsung antara satu sama lain. Kadang-kadang ada yang lain - imej ketiga.

Terutama menakjubkan adalah fatamorgana penglihatan ultra-panjang. K. Flammarion dalam bukunya "Atmosphere" menerangkan contoh fatamorgana sedemikian: "Berdasarkan kesaksian beberapa orang yang boleh dipercayai, saya boleh melaporkan fatamorgana yang dilihat di bandar Verviers (Belgium) pada bulan Jun 1815. Suatu pagi, penduduk kota melihat tentera langit, dan ia sangat jelas bahawa ia adalah mungkin untuk membezakan saman artileri dan juga, sebagai contoh, meriam dengan roda patah, yang akan jatuh ... Ia adalah pagi Pertempuran Waterloo! Fatamorgana yang digambarkan digambarkan dalam bentuk cat air berwarna oleh salah seorang saksi mata. Jarak dari Waterloo ke Verviers dalam garis lurus adalah lebih daripada 100 km. Terdapat kes apabila fatamorgana seperti itu diperhatikan pada jarak yang jauh - sehingga 1000 km. "Flying Dutchman" sepatutnya dikaitkan dengan fatamorgana sedemikian.

Penjelasan tentang fatamorgana ("tasik") yang lebih rendah. Jika udara di permukaan bumi sangat panas dan, oleh itu, ketumpatannya agak rendah, maka indeks biasan di permukaan akan kurang daripada di lapisan udara yang lebih tinggi. Menukar indeks biasan udara n dengan ketinggian h berhampiran permukaan bumi untuk kes yang sedang dipertimbangkan ditunjukkan dalam Rajah 3, a.

Selaras dengan peraturan yang ditetapkan, sinar cahaya berhampiran permukaan bumi dalam kes ini akan dibengkokkan supaya trajektorinya cembung ke bawah. Biarkan pemerhati berada di titik A. Pancaran cahaya dari beberapa kawasan langit biru mengenai mata pemerhati, mengalami kelengkungan yang ditentukan. Dan ini bermakna bahawa pemerhati akan melihat bahagian langit yang sepadan bukan di atas garis ufuk, tetapi di bawahnya. Nampaknya dia melihat air, walaupun sebenarnya dia mempunyai imej langit biru di hadapannya. Jika kita membayangkan bahawa terdapat bukit, pokok palma atau objek lain berhampiran ufuk, maka pemerhati akan melihatnya terbalik kerana kelengkungan sinar yang ditanda, dan akan menganggapnya sebagai pantulan objek yang sepadan dalam air yang tidak wujud. Jadi ada ilusi, iaitu fatamorgana "tasik".

Fatamorgana unggul yang mudah. Ia boleh diandaikan bahawa udara di permukaan bumi atau air tidak dipanaskan, tetapi, sebaliknya, disejukkan dengan ketara berbanding dengan lapisan udara yang lebih tinggi; perubahan dalam n dengan ketinggian h ditunjukkan dalam Rajah 4, a. Sinaran cahaya dalam kes yang sedang dipertimbangkan dibengkokkan supaya trajektorinya cembung ke atas. Oleh itu, kini pemerhati boleh melihat objek yang tersembunyi daripadanya di luar ufuk, dan dia akan melihatnya di bahagian atas, seolah-olah tergantung di atas garis ufuk. Oleh itu, fatamorgana sedemikian dipanggil unggul.

Fatamorgana yang unggul boleh menghasilkan imej tegak dan terbalik. Imej langsung yang ditunjukkan dalam rajah berlaku apabila indeks biasan udara menurun secara agak perlahan dengan ketinggian. Dengan penurunan pesat dalam indeks biasan, imej terbalik terbentuk. Ini boleh disahkan dengan mempertimbangkan kes hipotetikal - indeks biasan pada ketinggian tertentu h menurun secara mendadak (Rajah 5). Sinar objek, sebelum sampai ke pemerhati A, mengalami pantulan dalaman total dari sempadan BC, di bawahnya, dalam kes ini, terdapat udara yang lebih tumpat. Ia boleh dilihat bahawa fatamorgana unggul memberikan imej terbalik objek. Pada hakikatnya, tiada sempadan seperti lompatan antara lapisan udara, peralihan berlaku secara beransur-ansur. Tetapi jika ia dilakukan dengan cukup tajam, maka fatamorgana unggul akan memberikan imej terbalik (Rajah 5).

Fatamorgana berganda dan berganda. Jika indeks biasan udara berubah terlebih dahulu dengan cepat dan kemudian perlahan-lahan, maka sinar di kawasan I akan dibengkokkan lebih cepat daripada di rantau II. Akibatnya, dua imej muncul (Rajah 6, 7). Sinaran cahaya 1 yang merambat dalam kawasan udara I membentuk imej terbalik bagi objek itu. Rasuk 2, yang merambat terutamanya dalam kawasan II, melengkung ke tahap yang lebih rendah dan membentuk imej lurus.

Untuk memahami bagaimana fatamorgana tiga kali lipat muncul, seseorang mesti membayangkan tiga kawasan udara berturut-turut: yang pertama (berhampiran permukaan itu sendiri), di mana indeks biasan menurun secara perlahan dengan ketinggian, seterusnya, di mana indeks biasan berkurangan dengan cepat, dan rantau ketiga, di mana indeks biasan menurun semula dengan perlahan. Rajah menunjukkan perubahan yang dipertimbangkan dalam indeks biasan dengan ketinggian. Rajah menunjukkan bagaimana fatamorgana tiga kali berlaku. Sinar 1 membentuk imej bawah objek, ia merambat dalam kawasan udara I. Sinar 2 membentuk imej terbalik; Saya jatuh ke kawasan udara II, sinar ini mengalami kelengkungan yang kuat. Rasuk 3 membentuk imej langsung atas objek.

Fatamorgana penglihatan ultra-panjang. Sifat fatamorgana ini paling kurang dikaji. Jelas sekali bahawa atmosfera mestilah telus, bebas daripada wap air dan pencemaran. Tetapi ini tidak mencukupi. Lapisan udara sejuk yang stabil harus terbentuk pada ketinggian tertentu di atas tanah. Di bawah dan di atas lapisan ini, udara harus lebih panas. Rasuk cahaya yang telah jatuh di dalam lapisan udara sejuk yang padat, seolah-olah, "terkunci" di dalamnya dan merambat di dalamnya seperti sejenis panduan cahaya. Trajektori sinar dalam Rajah 8 adalah cembung sepanjang masa ke arah kawasan udara yang kurang tumpat.

Kemunculan fatamorgana ultra-jauh boleh dijelaskan oleh penyebaran sinar di dalam "panduan cahaya" sedemikian, yang kadang-kadang dicipta oleh alam semula jadi.

Pelangi

Pelangi adalah fenomena langit yang indah yang sentiasa menarik perhatian manusia. Pada zaman dahulu, apabila orang masih mengetahui sedikit tentang dunia di sekeliling mereka, pelangi dianggap sebagai "tanda syurga." Oleh itu, orang Yunani kuno menyangka bahawa pelangi adalah senyuman dewi Irida.

Pelangi diperhatikan dalam arah yang bertentangan dengan Matahari, dengan latar belakang awan hujan atau hujan. Arka berbilang warna biasanya terletak pada jarak 1-2 km dari pemerhati, dan kadangkala ia boleh diperhatikan pada jarak 2-3 m dengan latar belakang titisan air yang dibentuk oleh air pancut atau semburan air.

Pusat pelangi adalah pada kesinambungan garis lurus yang menghubungkan Matahari dan mata pemerhati - pada garis anti-solar. Sudut antara arah ke pelangi utama dan garis antisolar ialah 41-42º (Rajah 9).

Pada waktu matahari terbit, titik antisolar (titik M) berada pada garis ufuk dan pelangi kelihatan seperti separuh bulatan. Apabila matahari terbit, titik antisolar jatuh di bawah ufuk dan saiz pelangi berkurangan. Ia hanya sebahagian daripada bulatan.

Selalunya terdapat pelangi sekunder, sepusat dengan yang pertama, dengan jejari sudut kira-kira 52º dan susunan warna songsang.

Pada ketinggian Matahari 41º, pelangi utama tidak lagi kelihatan dan hanya sebahagian daripada pelangi sekunder muncul di atas ufuk, dan pada ketinggian Matahari lebih daripada 52º, pelangi sekunder juga tidak kelihatan. Oleh itu, di latitud khatulistiwa tengah, fenomena semula jadi ini tidak pernah diperhatikan pada waktu tengah hari.

Pelangi mempunyai tujuh warna utama yang lancar beralih dari satu ke yang lain.

Bentuk arka, kecerahan warna, lebar jalur bergantung pada saiz titisan air dan bilangannya. Titisan besar mencipta pelangi yang lebih sempit, dengan warna yang ketara menonjol, titisan kecil mencipta arka yang kabur, pudar dan juga putih. Itulah sebabnya pelangi sempit yang terang kelihatan pada musim panas selepas ribut petir, di mana titisan besar jatuh.

Teori pelangi pertama kali diberikan pada tahun 1637 oleh René Descartes. Beliau menjelaskan pelangi sebagai fenomena yang dikaitkan dengan pantulan dan pembiasan cahaya dalam titisan hujan.

Pembentukan warna dan urutannya dijelaskan kemudian, selepas membongkar sifat kompleks cahaya putih dan penyebarannya dalam medium. Teori difraksi pelangi telah dibangunkan oleh Airy dan Rakan Kongsi.

Boleh dipertimbangkan kes paling mudah: biarkan pancaran sinar suria selari jatuh pada titisan yang mempunyai bentuk bola (Gamb. 10). Kejadian rasuk pada permukaan setitik di titik A dibiaskan di dalamnya mengikut hukum biasan:

n sin α=n sin β, di mana n=1, n≈1.33 –

indeks biasan udara dan air, masing-masing, α ialah sudut tuju, dan β ialah sudut biasan cahaya.

Di dalam titisan, sinar AB berjalan dalam garis lurus. Pada titik B, rasuk sebahagiannya dibiaskan dan sebahagiannya dipantulkan. Perlu diingat bahawa semakin kecil sudut tuju pada titik B, dan oleh itu pada titik A, semakin rendah keamatan rasuk pantulan dan semakin besar intensiti rasuk terbias.

Rasuk AB selepas pantulan pada titik B berlaku pada sudut β`=β b mencecah titik C, di mana pantulan separa dan pembiasan separa cahaya juga berlaku. Rasuk yang dibiaskan meninggalkan kejatuhan pada sudut γ, manakala yang dipantulkan boleh pergi lebih jauh, ke titik D, dsb. Oleh itu, pancaran cahaya dalam titisan mengalami pelbagai pantulan dan pembiasan. Dengan setiap pantulan, beberapa sinar cahaya keluar dan keamatannya di dalam titisan berkurangan. Sinar yang paling sengit yang muncul ke udara ialah sinar yang muncul dari titisan di titik B. Tetapi sukar untuk memerhatikannya, kerana ia hilang dengan latar belakang cahaya matahari langsung yang terang. Sinar yang dibiaskan pada titik C, bersama-sama, mencipta pelangi primer dengan latar belakang awan gelap, dan sinar yang dibiaskan pada titik D memberikan pelangi sekunder, yang kurang intens daripada yang primer.

Apabila mempertimbangkan pembentukan pelangi, satu lagi fenomena mesti diambil kira - pembiasan gelombang cahaya yang tidak sama panjang yang berbeza, iaitu sinaran cahaya. warna yang berbeza. Fenomena ini dipanggil penyebaran. Disebabkan oleh serakan, sudut biasan γ dan sudut pesongan sinar Θ dalam setitik adalah berbeza untuk sinar yang berlainan warna.

Selalunya kita melihat satu pelangi. Ia tidak biasa untuk dua jalur pelangi muncul serentak di langit, terletak satu demi satu; bilangan lengkok cakerawala yang lebih besar diperhatikan - tiga, empat dan lima pada masa yang sama. Fenomena menarik ini diperhatikan oleh Leningraders pada 24 September 1948, apabila empat pelangi muncul di antara awan di atas Neva pada sebelah petang. Ternyata pelangi boleh timbul bukan sahaja dari sinaran langsung; selalunya ia kelihatan dalam pancaran sinar matahari. Ini boleh dilihat di tepi teluk laut, sungai besar dan tasik. Tiga atau empat pelangi - biasa dan terpantul - kadangkala mencipta gambar yang cantik. Memandangkan sinaran Matahari yang dipantulkan dari permukaan air pergi dari bawah ke atas, pelangi yang terbentuk dalam sinaran kadang-kadang kelihatan luar biasa.

Anda tidak sepatutnya berfikir bahawa pelangi boleh diperhatikan hanya pada siang hari. Ia berlaku pada waktu malam, bagaimanapun, sentiasa lemah. Anda boleh melihat pelangi seperti itu selepas hujan malam, apabila bulan melihat dari sebalik awan.

Beberapa rupa pelangi boleh didapati daripada pengalaman ini: Anda perlu menyalakan kelalang berisi air cahaya matahari atau lampu melalui lubang di papan putih. Kemudian pelangi akan kelihatan jelas di papan, dan sudut perbezaan sinar berbanding arah awal akan menjadi kira-kira 41-42 °. Dalam keadaan semula jadi, tiada skrin, imej muncul pada retina mata, dan mata menayangkan imej ini ke awan.

Jika pelangi muncul pada waktu petang sebelum matahari terbenam, maka pelangi merah diperhatikan. Dalam lima atau sepuluh minit terakhir sebelum matahari terbenam, semua warna pelangi, kecuali merah, hilang, ia menjadi sangat terang dan kelihatan walaupun sepuluh minit selepas matahari terbenam.

Pemandangan yang indah adalah pelangi di atas embun. Ia boleh diperhatikan pada waktu matahari terbit di atas rumput yang diselaputi embun. Pelangi ini berbentuk seperti hiperbola.

aurora

Salah satu fenomena optik alam yang paling indah ialah aurora borealis.

Dalam kebanyakan kes, aurora berwarna hijau atau biru-hijau, dengan tompok atau sempadan merah jambu atau merah sekali-sekala.

Aurora diperhatikan dalam dua bentuk utama - dalam bentuk reben dan dalam bentuk bintik seperti awan. Apabila pancaran adalah sengit, ia mengambil bentuk reben. Kehilangan keamatan, ia bertukar menjadi bintik-bintik. Walau bagaimanapun, banyak reben hilang sebelum ia pecah menjadi bintik-bintik. Reben itu kelihatan tergantung di ruang gelap langit, menyerupai tirai atau langsir gergasi, biasanya membentang dari timur ke barat sejauh beribu-ribu kilometer. Ketinggian tirai ini adalah beberapa ratus kilometer, ketebalannya tidak melebihi beberapa ratus meter, dan ia sangat halus dan telus sehingga bintang dapat dilihat melaluinya. Bahagian tepi bawah langsir digariskan dengan agak tajam dan jelas serta sering diwarnakan dalam warna merah atau merah jambu, mengingatkan sempadan tirai, bahagian atas secara beransur-ansur hilang ketinggian dan ini mencipta kesan yang sangat menakjubkan tentang kedalaman ruang.

Terdapat empat jenis aurora:

Arka homogen - jalur bercahaya mempunyai bentuk yang paling mudah dan paling tenang. Ia lebih cerah dari bawah dan beransur-ansur hilang ke atas dengan latar belakang cahaya langit;

Arka berseri - pita menjadi lebih aktif dan mudah alih, ia membentuk lipatan dan aliran kecil;

Jalur berseri - dengan peningkatan aktiviti, lipatan yang lebih besar ditumpangkan pada yang kecil;

Dengan peningkatan aktiviti, lipatan atau gelung mengembang ke saiz besar, tepi bawah reben bersinar terang dengan cahaya merah jambu. Apabila aktiviti berkurangan, kedutan hilang dan pita kembali ke bentuk seragam. Ini menunjukkan bahawa struktur homogen adalah bentuk utama aurora, dan lipatan dikaitkan dengan peningkatan dalam aktiviti.

Selalunya terdapat aurora yang berlainan jenis. Mereka menangkap seluruh kawasan kutub dan sangat sengit. Ia berlaku semasa peningkatan aktiviti suria. Lampu ini kelihatan sebagai topi hijau keputihan. Aurora seperti itu dipanggil squalls.

Mengikut kecerahan aurora, mereka dibahagikan kepada empat kelas, berbeza antara satu sama lain dengan satu urutan magnitud (iaitu, 10 kali). Kelas pertama termasuk aurora, hampir tidak ketara dan lebih kurang sama dalam kecerahan Bima Sakti, sinaran Gred ke empat menerangi bumi seterang bulan purnama.

Perlu diingatkan bahawa aurora yang timbul merambat ke barat dengan kelajuan 1 km/s. Lapisan atas atmosfera di kawasan aurora memanas dan bergegas ke atas, yang telah menjejaskan peningkatan nyahpecutan satelit buatan Bumi yang melalui zon ini.

Semasa aurora, pusaran muncul di atmosfera Bumi. arus elektrik meliputi kawasan yang luas. Mereka merangsang medan magnet tambahan yang tidak stabil, yang dipanggil ribut magnet. Semasa aurora, atmosfera memancarkan sinar-X, yang kelihatan sebagai hasil nyahpecutan elektron di atmosfera.

Kilauan pancaran yang kuat sering disertai dengan bunyi yang menyerupai bunyi bising, berderak. Auroras menyebabkan perubahan kuat dalam ionosfera, yang seterusnya menjejaskan keadaan radio. Dalam kebanyakan kes, komunikasi radio merosot dengan ketara. Terdapat gangguan yang kuat, dan kadangkala kehilangan penerimaan sepenuhnya.

Bagaimana aurora berlaku. Bumi adalah magnet yang besar kutub Selatan yang terletak berhampiran utara kutub geografi, dan yang utara dekat dengan yang selatan. Garis-garis daya medan magnet bumi, yang dipanggil garis geomagnet, keluar dari kawasan bersebelahan dengan kutub magnet utara Bumi, meliputi Bumi dan masukkannya di kawasan kutub magnet selatan, membentuk kekisi toroid di sekeliling Bumi.

Ia telah lama dipercayai bahawa lokasi magnet garisan daya simetri tentang paksi bumi. Kini ternyata apa yang dipanggil "angin suria" - aliran proton dan elektron yang dipancarkan oleh Matahari - mengenai cangkang geomagnet Bumi dari ketinggian kira-kira 20,000 km, menariknya kembali, menjauhi Matahari, membentuk sejenis "ekor" magnet berhampiran Bumi.

Elektron atau proton yang telah jatuh ke dalam medan magnet Bumi bergerak dalam lingkaran, seolah-olah berliku sendiri pada garis geomagnet. Elektron dan proton yang telah jatuh dari angin suria ke dalam medan magnet Bumi dibahagikan kepada dua bahagian. Sebahagian daripadanya mengalir ke bawah garis medan magnet serta-merta ke kawasan kutub Bumi; yang lain masuk ke dalam teroid dan bergerak ke dalamnya, kerana mungkin mengikut peraturan kiri, di sepanjang lengkung tertutup ABC. Proton dan elektron ini akhirnya mengalir di sepanjang garis geomagnet ke kawasan kutub, di mana peningkatan kepekatannya berlaku. Proton dan elektron menghasilkan pengionan dan pengujaan atom dan molekul gas. Untuk melakukan ini, mereka mempunyai tenaga yang mencukupi, kerana proton tiba di Bumi dengan tenaga 10000-20000 eV (1 eV = 1.6 10 J), dan elektron dengan tenaga 10-20 eV. Untuk pengionan atom, diperlukan: ​​untuk hidrogen - 13.56 eV, untuk oksigen - 13.56 eV, untuk nitrogen - 124.47 eV, dan lebih sedikit untuk pengujaan.

Atom gas yang teruja memberikan kembali tenaga yang diterima dalam bentuk cahaya, sama seperti ia berlaku dalam tiub dengan gas jarang apabila arus dialirkan melaluinya.

Kajian spektrum menunjukkan bahawa cahaya hijau dan merah tergolong dalam atom oksigen teruja, inframerah dan ungu - kepada molekul nitrogen terion. Beberapa garis pelepasan oksigen dan nitrogen terbentuk pada ketinggian 110 km, dan cahaya merah oksigen terbentuk pada ketinggian 200-400 km. Satu lagi sumber lemah cahaya merah ialah atom hidrogen yang terbentuk di atmosfera atas daripada proton yang datang dari Matahari. Setelah menangkap elektron, proton sedemikian bertukar menjadi atom hidrogen yang teruja dan memancarkan cahaya merah.

Suar Aurora biasanya berlaku sehari atau dua selepas suar suria. Ini mengesahkan hubungan antara fenomena ini. Kajian menggunakan roket menunjukkan bahawa di tempat yang mempunyai intensiti aurora yang lebih besar terdapat pengionan gas yang lebih ketara oleh elektron.

AT kebelakangan ini saintis telah mendapati bahawa aurora lebih sengit berhampiran pantai lautan dan laut.

Tetapi penjelasan saintifik tentang semua fenomena yang berkaitan dengan lampu kutub, menghadapi beberapa kesukaran. Sebagai contoh, mekanisme tepat pecutan zarah kepada tenaga yang ditunjukkan tidak diketahui, trajektori mereka dalam ruang berhampiran Bumi tidak begitu jelas, tidak semuanya menumpu secara kuantitatif dalam keseimbangan tenaga pengionan dan pengujaan zarah, mekanisme untuk pembentukan luminescence tidak begitu jelas. pelbagai jenis, asal bunyi tidak jelas.

kesusasteraan:

5. "Kamus ensiklopedia ahli fizik muda", disusun oleh V. A. Chuyanov, rumah penerbitan "Pedagogy", Moscow, 1984.

6. "Buku Panduan seorang budak sekolah dalam fizik", penyusun - masyarakat filologi "Slovo", Moscow, 1995.

7. "Fizik 11", N. M. Shakhmaev, S. N. Shakhmaev, D. Sh. Shodiev, rumah penerbitan Prosveshchenie, Moscow, 1991.

8. "Penyelesaian masalah dalam fizik", V. A. Shevtsov, Nizhne-Volzhskoe rumah penerbitan buku, Volgograd, 1999.