Общински бюджет образователна институция
"Кисловская гимназия" Томска област
Проучване
Тема: “Защо залезът е червен...”
(Дисперсия на светлината)
Завършена работа: ,
ученик от 5А клас
Ръководител;
учител по химия
1. Въведение ……………………………………………………………… 3
2. Основна част………………………………………………………4
3. Какво е светлина………………………………………………………….. 4
Предмет на изследване– залез и небе.
Изследователски хипотези:
Слънцето има лъчи, които оцветяват небето в различни цветове;
Червен цвят може да се получи в лабораторни условия.
Уместността на моята тема се крие във факта, че ще бъде интересна и полезна за слушателите, защото много хора гледат ясното синьо небе и му се възхищават, а малцина знаят защо е толкова синьо през деня и червено при залез слънце и какво дава това е неговият цвят.
2. Основна част
На пръв поглед този въпрос изглежда прост, но всъщност засяга дълбоки аспекти на пречупването на светлината в атмосферата. Преди да разберете отговора на този въпрос, трябва да имате представа какво е светлина..jpg" align="left" height="1 src=">
Какво е светлина?
Слънчевата светлина е енергия. Топлината на слънчевите лъчи, фокусирани от лещата, се превръща в огън. Светлината и топлината се отразяват от белите повърхности и се абсорбират от черните. Ето защо белите дрехи са по-готини от черните.
Каква е природата на светлината? Първият човек, който сериозно се опитва да изучава светлината, е Исак Нютон. Той вярваше, че светлината се състои от корпускулярни частици, които се изстрелват като куршуми. Но някои характеристики на светлината не могат да бъдат обяснени с тази теория.
Друг учен, Хюйгенс, предложи различно обяснение за природата на светлината. Той развива "вълновата" теория за светлината. Той вярваше, че светлината образува импулси, или вълни, по същия начин, по който камък, хвърлен в езеро, създава вълни.
Какви възгледи имат днешните учени относно произхода на светлината? Понастоящем се смята, че светлинните вълни имат характеристикикакто частици, така и вълни едновременно. Провеждат се експерименти за потвърждаване на двете теории.
Светлината се състои от фотони, безтегловни частици без маса, които се движат със скорости от около 300 000 km/s и имат свойствата на вълни. Честотата на вълната на светлината определя нейния цвят. Освен това, колкото по-висока е честотата на трептене, толкова по-къса е дължината на вълната. Всеки цвят има своя собствена честота на вибрация и дължина на вълната. Бялата слънчева светлина се състои от много цветове, които могат да се видят, когато се пречупят през стъклена призма.
1. Призмата разлага светлината.
2. Бялата светлина е сложна.
Ако се вгледате внимателно в преминаването на светлината през триъгълна призма, можете да видите, че разлагането на бялата светлина започва веднага щом светлината премине от въздуха в стъклото. Вместо стъкло можете да използвате други материали, които са прозрачни за светлина.
Забележително е, че този експеримент е оцелял векове и неговата техника все още се използва в лабораториите без значителни промени.
dispersio (лат.) – разпръскване, дисперсия - дисперсия
I. Опитите на Нютон върху дисперсията.
И. Нютон е първият, който изучава явлението дисперсия на светлината и се счита за едно от най-важните му научни постижения. Не напразно на неговия надгробен камък, издигнат през 1731 г. и украсен с фигури на млади мъже, които държат в ръцете си емблемите на най-важните му открития, една фигура държи призма, а надписът на паметника съдържа думите: „ Той изследва разликата в светлинните лъчи и появяването различни свойства, за което никой не подозираше преди.” Последното твърдение не е съвсем точно. Дисперсията беше известна по-рано, но не беше подробно проучена. Докато подобрява телескопите, Нютон забелязва, че изображението, създадено от лещата, е оцветено в краищата. Изследвайки ръбове, оцветени чрез пречупване, Нютон прави своите открития в областта на оптиката.
Видим спектър
Когато бял лъч се разложи в призма, се образува спектър, в който лъчението с различни дължини на вълната се пречупва под различни ъгли. Цветовете, включени в спектъра, т.е. онези цветове, които могат да бъдат произведени от светлинни вълни с една дължина на вълната (или много тесен диапазон), се наричат спектрални цветове. Основните спектрални цветове (които имат свои имена), както и емисионните характеристики на тези цветове са представени в таблицата:
Всеки „цвят“ в спектъра трябва да бъде съчетан със светлинна вълна с определена дължина
Най-простата представа за спектъра може да се получи, като се погледне дъгата. Бялата светлина, пречупена във водни капки, образува дъга, тъй като се състои от много лъчи от всички цветове и те се пречупват по различен начин: червените са най-слаби, сините и виолетовите са най-силни. Астрономите изучават спектрите на Слънцето, звездите, планетите и кометите, тъй като от спектрите може да се научи много.
Азот" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">азот. Светлина от червено и син цвятвзаимодействат с кислорода по различен начин. Тъй като дължината на вълната на синия цвят приблизително съответства на размера на кислороден атом и поради това синята светлина се разпръсква от кислород в различни посоки, докато червената светлина спокойно преминава през атмосферния слой. Всъщност виолетовата светлина се разпръсква още повече в атмосферата, но човешкото око е по-малко чувствително към нея, отколкото към синята светлина. Резултатът е, че човешкото око улавя синя светлина, разпръсната от кислород от всички страни, поради което небето ни изглежда синьо.
Без атмосфера на Земята Слънцето би ни изглеждало като ярка бяла звезда, а небето би било черно.
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
Необичайни явления
https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg" alt="Аврора" align="left" width="140" height="217 src=">!} Полярни сияния От древни времена хората са се възхищавали на величествената картина на полярните сияния и са се чудели за техния произход. Едно от най-ранните споменавания на полярните сияния се намира при Аристотел. В неговата „Метеорология“, написана преди 2300 години, можете да прочетете: „Понякога в ясни нощи се наблюдават много явления в небето - празнини, празнини, кървавочервен цвят...
Изглежда, че гори огън."
Защо ясният лъч се вълнува през нощта?
Какъв тънък пламък се разпространява в небесния свод?
Като мълния без заплашителни облаци
Стремеж от земята към зенита?
Как може да е замръзнала топка
Имаше ли пожар посред зима?
Какво е полярното сияние? Как се образува?
Отговор. Полярното сияние е луминисцентно сияние в резултат на взаимодействието на заредени частици (електрони и протони), летящи от Слънцето, с атоми и молекули на земната атмосфера. Появата на тези заредени частици в определени райони на атмосферата и на определени височини е резултат от взаимодействието на слънчевия вятър с магнитно полеЗемята.
Аерозолно" href="/text/category/ayerozolmz/" rel="bookmark">аерозолно разпръскване на прах и влага, те са основната причина за разлагането на слънчевия цвят (дисперсия). В зенитната позиция, разпространението на слънчевият лъч върху аерозолните компоненти на въздуха се появява почти под прав ъгъл, техният слой между очите на наблюдателя и слънцето е незначителен, колкото по-ниско слънцето се спуска към хоризонта, толкова повече се увеличава дебелината на слоя. атмосферен въздухи количеството аерозолна суспензия в него. Слънчевите лъчи спрямо наблюдателя променят ъгъла на падане върху суспендираните частици и след това се наблюдава дисперсия слънчева светлина. И така, както бе споменато по-горе, слънчевата светлина се състои от седем основни цвята. Всеки цвят е като електромагнитна вълна, има собствена дължина и способност да се разпръсне в атмосферата. Основните цветове на спектъра са подредени в скала от червено до виолетово. Червеният цвят има най-малка способност да се разсейва (и следователно да абсорбира) в атмосферата. При явлението дисперсия всички цветове, които следват червеното на скалата, се разпръскват от компонентите на аерозолната суспензия и се абсорбират от тях. Наблюдателят вижда само червен цвят. Това означава, че колкото по-дебел е слоят атмосферен въздух, толкова по-висока е плътността на суспендираното вещество, толкова повече лъчи от спектъра ще бъдат разпръснати и погълнати. Добре познат природен феномен: след мощното изригване на вулкана Кракатау през 1883 г. в продължение на няколко години на различни места на планетата са наблюдавани необичайно ярки, червени залези. Това се обяснява с мощното изхвърляне на вулканичен прах в атмосферата по време на изригването.
Мисля, че изследването ми няма да свърши до тук. Все още имам въпроси. Искам да знам:
Какво се случва, когато светлинните лъчи преминават различни течности, решения;
Как се отразява и абсорбира светлината.
След като завърших тази работа, се убедих колко удивително и полезно за практическите дейности може да се съдържа във феномена пречупване на светлината. Именно това ми позволи да разбера защо залезът е червен.
Литература
1. Физика. Химия. 5-6 клас Учебник. М.: Дропла, 2009, стр.106
2. Феномени на дамаската в природата. М.: Образование, 1974, 143 с.
3. „Кой прави дъгата?“ – Квант 1988, № 6, с.
4. Нютон I. Лекции по оптика. Тарасов в природата. – М.: Образование, 1988
Интернет ресурси:
1. http://potomy. ru/ Защо небето е синьо?
2. http://www. voprosy-kak-i-pochemu. ru Защо небето е синьо?
3. http://expirience. ru/category/education/
Всички сме свикнали с факта, че цветът на небето е променлива характеристика. Мъгла, облаци, време на деня - всичко влияе върху цвета на купола над главата. Ежедневната му смяна не заема умовете на повечето възрастни, което не може да се каже за децата. Те постоянно се чудят защо небето е физически синьо или какво прави залеза червен. Нека се опитаме да разберем тези не толкова прости въпроси.
Сменяем
Струва си да започнем с отговора на въпроса какво всъщност представлява небето. IN древен святнаистина се е виждало като купол, покриващ Земята. Днес обаче едва ли има някой, който да не знае, че колкото и високо да се издигне любознателният изследовател, той няма да успее да стигне до този купол. Небето не е нещо, а по-скоро панорама, която се разкрива, когато се гледа от повърхността на планетата, вид изтъкан от светлина вид. Освен това, ако се наблюдава от различни точки, може да изглежда различно. Така че от издигането над облаците се отваря съвсем различна гледка, отколкото от земята по това време.
Ясното небе е синьо, но щом настъпят облаци, то става сиво, оловно или мръсно бяло. Нощното небе е черно, понякога върху него можете да видите червеникави участъци. Това е отражението на изкуственото осветление на града. Причината за всички подобни промени е светлината и нейното взаимодействие с въздуха и частиците от различни вещества в него.
Естеството на цвета
За да отговорим на въпроса защо небето е синьо от гледна точка на физиката, трябва да си припомним какъв е цветът. Това е вълна с определена дължина. Светлината, идваща от Слънцето към Земята, се вижда като бяла. Още от опитите на Нютон се знае какво е лъч от седем лъча: червен, оранжев, жълт, зелен, син, индиго и виолетов. Цветовете се различават по дължина на вълната. Червено-оранжевият спектър включва вълни, които са най-впечатляващи в този параметър. части от спектъра се характеризират с къси дължини на вълните. Разлагането на светлината в спектър се случва, когато тя се сблъска с молекули на различни вещества, като някои от вълните могат да бъдат погълнати, а някои могат да бъдат разпръснати.
Изследване на причината
Много учени са се опитвали да обяснят защо небето е синьо от гледна точка на физиката. Всички изследователи се стремят да открият феномен или процес, който разпръсква светлина в атмосферата на планетата по такъв начин, че в резултат на това до нас достига само синя светлина. Първите кандидати за ролята на такива частици бяха водата. Смятало се е, че те абсорбират червената светлина и пропускат синята светлина и в резултат на това виждаме синьо небе. Последвалите изчисления обаче показаха, че количеството озон, ледени кристали и молекули на водната пара в атмосферата не е достатъчно, за да придаде на небето син цвят.
Причината е замърсяване
На следващия етап от изследването Джон Тиндал предположи, че прахът играе ролята на желаните частици. Синята светлина има най-голяма устойчивост на разсейване и следователно може да премине през всички слоеве прах и други суспендирани частици. Тиндал проведе експеримент, който потвърди предположението му. Той създаде модел на смог в лабораторията и го освети с ярка бяла светлина. Смогът придоби син оттенък. Ученият направи недвусмислено заключение от своето изследване: цветът на небето се определя от прахови частици, тоест, ако въздухът на Земята беше чист, тогава небето над главите на хората щеше да свети не синьо, а бяло.
Изследванията на Господ
Последната точка на въпроса защо небето е синьо (от гледна точка на физиката) е поставена от английския учен лорд Д. Рейли. Той доказа, че не прахът или смогът оцветяват пространството над главите ни в познатия ни нюанс. В самия въздух е. Газовите молекули абсорбират повечето и главно най-дългите дължини на вълните, еквивалентни на червеното. Синьото се разсейва. Точно така днес си обясняваме цвета на небето, което виждаме при ясно време.
Внимателните ще забележат, че по логиката на учените куполът отгоре трябва да е лилав, тъй като този цвят има най-късата дължина на вълната във видимия диапазон. Това обаче не е грешка: делът на виолетовото в спектъра е много по-малък от синьото и човешките очи са по-чувствителни към последното. Всъщност синьото, което виждаме, е резултат от смесването на синьо с виолетово и някои други цветове.
Залези и облаци
Всеки знае, че в различно времедни можете да видите различен цвятнебе. Снимки на красиви залези над море или езеро са идеална илюстрация за това. Всички видове нюанси на червено и жълто, съчетани със синьо и тъмно синьо, правят такъв спектакъл незабравим. И се обяснява със същото разсейване на светлината. Факт е, че по време на залез и зазоряване слънчевите лъчи трябва да изминат много по-дълъг път през атмосферата, отколкото в разгара на деня. В този случай светлината от синьо-зелената част на спектъра се разпръсква в различни посоки и облаците, разположени близо до хоризонта, се оцветяват в нюанси на червено.
Когато небето се замъгли, картината се променя напълно. неспособни да преодолеят плътния слой и повечето от тях просто не достигат до земята. Лъчите, успели да преминат през облаците, се срещат с водни капки дъжд и облаци, които отново изкривяват светлината. В резултат на всички тези трансформации бялата светлина достига до земята, ако облаците са малки по размер, и сивата светлина, когато небето е покрито от внушителни облаци, които поглъщат част от лъчите за втори път.
Други небеса
Интересно е, че на други планети слънчева системаКогато се гледа от повърхността, човек може да види небе, много различно от това на Земята. На космическите обекти, лишени от атмосфера, слънчевите лъчи свободно достигат повърхността. В резултат на това небето тук е черно, без никаква сянка. Тази снимка може да се види на Луната, Меркурий и Плутон.
Марсианското небе има червено-оранжев оттенък. Причината за това се крие в праха, който изпълва атмосферата на планетата. Тя е нарисувана в различни нюансичервено и оранжево. Когато Слънцето се издигне над хоризонта, марсианското небе става розово-червено, докато зоната, непосредствено около диска на светилото, изглежда синя или дори виолетова.
Небето над Сатурн е със същия цвят като на Земята. Аквамариново небе се простира над Уран. Причината се крие в метановата мъгла, разположена в горните планети.
Венера е скрита от очите на изследователите от плътен слой облаци. Той не позволява на лъчите от синьо-зеления спектър да достигнат повърхността на планетата, така че небето тук е жълто-оранжево със сива ивица по протежение на хоризонта.
Изследването на пространството над главата през деня разкрива не по-малко чудеса от изучаването на звездното небе. Разбирането на процесите, протичащи в облаците и зад тях, помага да се разбере причината за неща, които са доста познати на обикновения човек, които обаче не всеки може да обясни веднага.
Когато вятърът хвърли бяла пухкава прозрачна пелерина върху красивото синьо небе, хората започват да поглеждат нагоре все по-често. Ако в същото време облече и голямо сиво кожено палто със сребърни нишки от дъжд, тогава околните се крият от него под чадъри. Ако облеклото е тъмно лилаво, тогава всички седят у дома и искат да видят слънчево синьото небе.
И само когато се появи такова дългоочаквано слънчево синьо небе, което облича ослепително синя рокля, украсени със златни лъчи на слънцето, хората се радват и усмихнати напускат домовете си в очакване на хубаво време.
Въпросът защо небето е синьо тревожи човешките умове от незапомнени времена. Гръцките легенди намериха своя отговор. Те твърдяха, че този нюанс му е даден от най-чистия скален кристал.
По времето на Леонардо да Винчи и Гьоте също са търсили отговор на въпроса защо небето е синьо. Те вярвали, че синият цвят на небето се получава чрез смесване на светлината с тъмнината. Но по-късно тази теория беше опровергана като несъстоятелна, тъй като се оказа, че чрез комбиниране на тези цветове можете да получите само тонове от сивия спектър, но не и цвят.
След известно време отговорът на въпроса защо небето е синьо се опитва да бъде обяснен през 18 век от Мариот, Бугер и Ойлер. Те вярвали, че това е естественият цвят на частиците, които изграждат въздуха. Тази теория беше популярна дори в началото на следващия век, особено когато се установи, че течният кислород е син, а течният озон - син.
Сосюр е първият, който излезе с повече или по-малко разумна идея, който предположи, че ако въздухът е напълно чист, без примеси, небето ще се окаже черно. Но тъй като атмосферата съдържа различни елементи (например пара или водни капки), те, отразявайки цвета, придават на небето желания нюанс.
След това учените започнаха да се доближават все повече и повече до истината. Араго откри поляризацията, една от характеристиките на разсеяната светлина, която отскача от небето. Физиката определено помогна на учения в това откритие. По-късно други изследователи започнаха да търсят отговора. В същото време въпросът защо небето е синьо интересува учените толкова много, че да го разберат беше извършено голяма сумаразлични експерименти, довели до идеята, че главната причинаПоявата на син цвят се дължи на факта, че лъчите на нашето Слънце просто се разпръскват в атмосферата.
Обяснение
Първият, който създаде математически базиран отговор за молекулярното разсейване на светлината, беше британският изследовател Rayleigh. Той предположи, че светлината се разсейва не заради примесите в атмосферата, а заради самите молекули на въздуха. Неговата теория е развита - и до това заключение са стигнали учените.
Слънчевите лъчи си проправят път към Земята през нейната атмосфера (дебел слой въздух), така наречената въздушна обвивка на планетата. Тъмното небе е изцяло изпълнено с въздух, който въпреки че е напълно прозрачен, не е празен, а се състои от газови молекули - азот (78%) и кислород (21%), както и водни капчици, пара, ледени кристали и малки парчета твърд материал (например частици прах, сажди, пепел, океанска сол и др.).
Някои лъчи успяват да преминат свободно между газовите молекули, напълно ги заобикаляйки и следователно достигат повърхността на нашата планета без промени, но повечето лъчи се сблъскват с газови молекули, които се възбуждат, получават енергия и освобождават многоцветни лъчи в различни посоки, напълно оцветяване на небето, в резултат на което виждаме слънчево синьо небе.
Самата бяла светлина се състои от всички цветове на дъгата, които често могат да се видят, когато се раздели на съставните части. Случва се така, че въздушните молекули разпръскват най-много сини и виолетови цветове, тъй като те са най-късата част от спектъра, защото имат най-къса дължина на вълната.
Когато сини и виолетови цветове се смесват в атмосферата с малко количество червено, жълто и зелено, небето започва да „свети“ в синьо.
Тъй като атмосферата на нашата планета не е хомогенна, а по-скоро различна (близо до повърхността на Земята е по-плътна, отколкото отгоре), има различна структура и свойства, можем да наблюдаваме сини нюанси. Преди залез или изгрев, когато дължината на слънчевите лъчи се увеличи значително, сините и виолетовите цветове се разпръскват в атмосферата и абсолютно не достигат повърхността на нашата планета. Жълто-червените вълни, които наблюдаваме в небето през този период от време, успешно достигат.
През нощта, когато слънчевите лъчи не могат да достигнат до определена страна на планетата, атмосферата там става прозрачна и ние виждаме „черно“ пространство. Точно така го виждат астронавтите над атмосферата. Струва си да се отбележи, че астронавтите са имали късмет, защото когато са на повече от 15 км над повърхността на земята, през деня те могат едновременно да наблюдават Слънцето и звездите.
Цвят на небето на други планети
Тъй като цветът на небето до голяма степен зависи от атмосферата, не е изненадващо, че на различните планети то е с различни цветове. Интересно е, че атмосферата на Сатурн е със същия цвят като тази на нашата планета.
Небето на Уран е с много красив аквамарин. Атмосферата му се състои главно от хелий и водород.Съдържа и метан, който напълно абсорбира червеното и разпръсква зелените и сините цветове. От син цвятНебето на Нептун: атмосферата на тази планета не съдържа толкова много хелий и водород, колкото нашата, но има много метан, който неутрализира червената светлина.
Атмосферата на Луната, спътника на Земята, както и на Меркурий и Плутон, напълно отсъства, следователно светлинните лъчи не се отразяват, така че небето тук е черно и звездите са лесно различими. Синьо и зелени цветовеСлънчевите лъчи се поглъщат напълно от атмосферата на Венера и когато Слънцето е близо до хоризонта, небето е жълто.
Текстът на работата е публикуван без изображения и формули.
Пълна версияработата е достъпна в раздела "Работни файлове" в PDF формат
Докато играех на улицата, веднъж забелязах небето, беше невероятно: бездънно, безкрайно и синьо, синьо! И само облаците леко покриваха този син цвят. Чудех се защо небето е синьо? Веднага си спомних песента на лисицата Алиса от приказката за Пинокио "Какво синьо небе...!" и урок по география, където, докато изучавахме темата „Времето“, описахме състоянието на небето и също казахме, че е синьо. В края на краищата, защо небето е синьо? Когато се прибрах, зададох този въпрос на майка ми. Тя ми каза, че когато хората плачат, те молят небето за помощ. Небето отнема сълзите им, та става синьо като езеро. Но историята на майка ми не отговори на въпроса ми. Реших да попитам моите съученици и учители дали знаят защо небето е синьо? В анкетата участваха 24 ученици и 17 учители. След обработката на въпросниците получихме следните резултати:
В училище по време на урок по география зададох този въпрос на учителя. Тя ми отговори, че цветът на небето може лесно да се обясни от гледна точка на физиката. Това явление се нарича дисперсия. От Wikipedia научих, че дисперсията е процесът на разлагане на светлината в спектър. Учителят по география Лариса Борисовна ми предложи да наблюдавам това явление експериментално. И отидохме в кабинета по физика. Василий Александрович, учител по физика, с готовност се съгласи да ни помогне с това. С помощта на специално оборудване успях да проследя как протича процесът на дисперсия в природата.
За да намерим отговора на въпроса защо небето е синьо, решихме да проведем проучване. Така се роди идеята за написване на проект. Заедно с моя ръководител определихме темата, целта и целите на изследването, изложихме хипотеза, определихме изследователски методи и механизми за реализиране на нашата идея.
Хипотеза: Светлината се изпраща на Земята от Слънцето и най-често, когато я погледнем, тя ни изглежда ослепително бяла. Това означава ли, че небето трябва да е бяло? Но в действителност небето е синьо. В хода на изследването ще намерим обяснения за тези противоречия.
Мишена: намерете отговора на въпроса защо небето е синьо и разберете от какво зависи цветът му.
Задачи: 1. Запознайте се с теоретичния материал по темата
2. Експериментално изследване на явлението дисперсия на светлината
3. Наблюдавайте цвета на небето в различните часове на деня и при различни метеорологични условия
Обект на изследване: небе
Вещ:светлина и цвят на небето
Изследователски методи:анализ, експеримент, наблюдение
Етапи на работа:
1. Теоретичен
2. Практичен
3. Окончателни: заключения по темата на изследването
Практическо значение на работата: Изследователските материали могат да се използват в уроците по география и физика като учебен модул.
2. Основна част.
2.1. Теоретични аспекти на проблема. Феномен синьо небеот гледна точка на физиката
Защо небето е синьо - много е трудно да се намери отговор на такъв прост въпрос. Първо, нека дефинираме концепцията. Небето е пространството над Земята или повърхността на всеки друг астрономически обект. Като цяло, небето обикновено се нарича панорамата, която се отваря, когато се гледа от повърхността на Земята (или друг астрономически обект) към космоса.
Много учени са си блъскали мозъка в търсене на отговор. Леонардо да Винчи, наблюдавайки огъня в камината, пише: „Светлината над тъмнината става синя“. Но днес е известно, че сливането на бяло и черно произвежда сиво.
Ориз. 1. Хипотезата на Леонардо да Винчи
Исак Нютон почти обясни цвета на небето, но за това трябваше да предположи, че капките вода, съдържащи се в атмосферата, имат тънки стени като сапунени мехури. Но се оказа, че тези капки са сфери, което означава, че нямат дебелина на стените. И така балонът на Нютон се спука!
Ориз. 2. Хипотезата на Нютон
Най-доброто решение на проблема е предложено от английския физик лорд Джон Рейли преди около 100 години. Но да започнем отначало. Слънцето излъчва ослепителна бяла светлина, което означава, че цветът на небето трябва да е същият, но все още е синьо. Какво се случва с бялата светлина в атмосферата? При преминаване през атмосферата, сякаш през призма, се разпада на седем цвята. Вероятно знаете тези редове: всеки ловец иска да знае къде седи фазанът. В тези изречения се крие дълбок смисъл. Те представляват за нас основните цветове в спектъра на видимата светлина.
Ориз. 3. Спектър на бялата светлина.
Най-добрата естествена демонстрация на този спектър е, разбира се, дъгата.
Ориз. 4 Спектър на видимата светлина
Видимата светлина е електромагнитно излъчване, чиито вълни имат различна дължина на вълната. Има и невидима светлина, очите ни не я възприемат. Това са ултравиолетови и инфрачервени лъчи. Не го виждаме, защото дължината му е или твърде дълга, или твърде къса. Да видим светлина означава да възприемем нейния цвят, но какъв цвят виждаме зависи от дължината на вълната. Най-дългите видими вълни са червени, а най-късите са виолетови.
Способността на светлината да се разпръсква, тоест да се разпространява в среда, също зависи от дължината на вълната. Червените светлинни вълни разпръскват най-лошо, но сините и виолетовите цветове имат висока разсейваща способност.
Ориз. 5. Способност за разсейване на светлината
И накрая, ние сме близо до отговора на нашия въпрос, защо небето е синьо? Както е споменато по-горе, бял цвят- това е смесица от всички възможни цветове. Когато се сблъска с газова молекула, всеки от седемте цветни компонента на бялата светлина се разпръсква. В същото време светлината с по-дълги вълни се разсейва по-лошо от светлината с къси вълни. Поради това във въздуха остава 8 пъти повече син спектър от червения. Въпреки че виолетовото има най-късата дължина на вълната, небето все още изглежда синьо поради сместа от виолетови и зелени дължини на вълните. Освен това очите ни възприемат синьото по-добре от виолетовото, като се има предвид еднаква яркост и на двете. Именно тези факти определят цветова схеманебе: атмосферата е буквално изпълнена с лъчи от синьо-син цвят.
Небето обаче не винаги е синьо. През деня виждаме небето като синьо, циан, сиво, вечер - червено (Приложение 1).Защо залезът е червен? По време на залез слънцето се приближава до хоризонта и Слънчев лъчнасочен към повърхността на Земята не вертикално, както през деня, а под ъгъл. Следователно пътят, който изминава през атмосферата, е много по-дълъг от този през деня, когато Слънцето е високо. Поради това синьо-синият спектър се абсорбира в атмосферата, преди да достигне Земята, а по-дългите светлинни вълни от червения спектър достигат повърхността на Земята, оцветявайки небето в червени и жълти тонове. Промяната в цвета на небето е ясно свързана с въртенето на Земята около нейната ос и следователно с ъгъла на падане на светлината върху Земята.
2.2. Практически аспекти. Експериментален начин за решаване на проблема
В часа по физика се запознах с устройството спектрограф. Василий Александрович, учител по физика, ми каза принципа на действие на това устройство, след което аз самостоятелно проведох експеримент, наречен дисперсия. Лъч бяла светлина, преминаващ през призма, се пречупва и на екрана виждаме дъга. (Приложение 2).Това преживяване ми помогна да разбера как това невероятно творение на природата се появява в небето. С помощта на спектрограф учените днес могат да получат информация за състава и свойствата на различни вещества.
Снимка 1. Демонстрация на опит с дисперсия в
кабинет по физика
Исках да имам дъга у дома. Моята учителка по география Лариса Борисовна ми каза как да направя това. Аналог на спектрографа беше стъклен съд с вода, огледало, фенерче и бял лист хартия. Поставете огледало в съд с вода и поставете бял лист хартия зад съда. Насочваме светлината на фенерче към огледалото, така че отразената светлина да пада върху хартията. Отново се появи дъга на лист хартия! (Приложение 3).По-добре е експериментът да се проведе в затъмнена стая.
Вече казахме по-горе, че бялата светлина по същество вече съдържа всички цветове на дъгата. Можете да се уверите в това и да съберете всички цветове обратно в бяло, като направите дъгова горна част (Приложение 4).Ако го завъртите твърде много, цветовете ще се слеят и дискът ще стане бял.
Въпреки научно обяснениеОбразуването на дъга, това явление остава едно от мистериозните оптични зрелища в атмосферата. Гледайте и се наслаждавайте!
3. Заключение
В търсене на отговор на така често задавания от родителите детски въпрос „Защо небето е синьо?“ Научих много интересни и поучителни неща. Противоречията в днешната ни хипотеза имат научно обяснение:
Цялата тайна е в цвета на небето в нашата атмосфера – във въздушната обвивка на планетата Земя.
Бял слънчев лъч, преминавайки през атмосферата, се разпада на лъчи от седем цвята.
Червените и оранжевите лъчи са най-дългите, а сините лъчи са най-късите.
Сините лъчи достигат Земята по-малко от други и благодарение на тези лъчи небето е пропито със син цвят
Небето не винаги е синьо и това се дължи на аксиалното движение на Земята.
Експериментално успяхме да визуализираме и разберем как възниква дисперсията в природата. На час на класаВ училище казах на моите съученици защо небето е синьо. Също така беше интересно да се знае къде може да се наблюдава явлението дисперсия в нашата Ежедневието. Намерих няколко практически приложения на този уникален феномен. (Приложение 5).В бъдеще бих искал да продължа да изучавам небето. Колко още мистерии крие? Какви други явления се случват в атмосферата и какво е тяхното естество? Как те влияят на хората и целия живот на Земята? Може би това ще са темите на бъдещите ми изследвания.
Библиография
1. Уикипедия – безплатната енциклопедия
2. Л.А. Маликова. Електронен учебник по физика "Геометрична оптика"
3. Перишкин А.В. Физика. 9 клас. Учебник. М.: Дропла, 2014, стр.202-209
4. htt;/www. voprosy-kak-ipochemu.ru
5. Личен фотоархив „Небе над Голишманово”
Приложение 1.
"Небето над Голишманово"(личен фотоархив)
Приложение 2.
Дисперсия на светлината с помощта на спектрограф
Приложение 3.
Светлинна дисперсия у дома
"дъга"
Приложение 4.
Дъгова горна част
Горна част в покой Горна част по време на въртене
Приложение 5.
Вариации в човешкия живот
Диамантени светлини на борда на самолет
Автомобилни фарове
Светлоотразителни знаци
Цветът на небето различни състоянияВремето може да бъде различно, вариращо от белезникаво до интензивно синьо. Теория, обясняваща цвета на небето, е разработена от Рейли.
Според тази теория цветът на небето се обяснява с факта, че слънчевите лъчи, многократно отразявани от молекулите на въздуха и малките частици прах, се разпръскват в атмосферата. Светлинните вълни с различна дължина се разпръскват по различен начин от молекулите: молекулите на въздуха разпръскват предимно късовълновата част от видимия слънчев спектър, т.е. сини, индигови и виолетови лъчи и тъй като интензитетът на виолетовата част на спектъра е нисък в сравнение със синята и синята част, небето изглежда синьо или синьо.
Значителната яркост на небето се обяснява с факта, че земната атмосфера има значителна дебелина и светлината се разсейва от огромен брой молекули.
На големи височини, например при наблюдение от Космически кораби, над главата на наблюдателя остават разредени слоеве на атмосферата с по-малко молекули, разпръскващи светлина, и следователно яркостта на небето намалява. Небето изглежда по-тъмно, цветът му се променя с увеличаване на надморската височина. Небето изглежда по-тъмно, цветът му се променя от тъмно синьо до тъмно лилаво с увеличаване на надморската височина. Очевидно на още по-високи височини и извън атмосферата небето изглежда черно за наблюдателя.
Ако въздухът съдържа голям брой сравнително големи частици, тогава тези частици също разпръскват по-дълги светлинни вълни. В този случай небето придобива белезникав цвят. Големи водни капчици или водни кристали, които изграждат облаците, разпръскват всички спектрални цветове приблизително еднакво и Облачно небеследователно има бледосив цвят.
Това се потвърждава от наблюдения, по време на които са отбелязани метеорологичните условия и съответният цвят на небето над град Новокузнецк.
Характерните нюанси в цвета на небето на 28-29 ноември се дължат на наличието на промишлени емисии, които се концентрират във въздуха при понижаване на температурата и безветрие.
Цветът на небето също се влияе от природата и цвета на земната повърхност, както и от плътността на атмосферата.
Експоненциален закон за намаляване на атмосферната плътност с височина.
Барометричната формула описва намаляването на атмосферната плътност с надморската височина общ контур; не взема предвид вятъра, конвекционните течения или температурните промени. Освен това височината не трябва да е твърде висока, за да може да се пренебрегне зависимостта на ускорението g от височината.
Барометричната формула се свързва с името на австрийския физик Лудвиг Болцман. Но първите индикации за експоненциалния характер на намаляването на плътността на въздуха с височина всъщност се съдържат в изследванията на Нютон върху пречупването на светлината в атмосферата и са използвани при съставянето на актуализирана таблица на пречупване.
Представените графики показват как в процеса на изучаване на астрономическата рефракция са усъвършенствани идеите за общия характер на промените в индекса на пречупване на атмосферата с височина.
- отговаря на теорията на Кеплер
- Оригиналната теория на пречупването на Нютон
- рафиниран нютонов и съвременна теорияпречупване на светлината в атмосферата
Пречупване на светлината в атмосферата
Атмосферата е оптически нехомогенна среда, поради което траекторията на светлинния лъч в атмосферата винаги е криволинейна до известна степен. Огъването на светлинните лъчи при преминаването им през атмосферата се нарича пречупване на светлината в атмосферата.
Има астрономическа и земна рефракция. В първия случай кривината на светлинните лъчи, идващи към земен наблюдател от небесни тела. Във втория случай се разглежда кривината на светлинните лъчи, идващи към наблюдателя от земни обекти. И в двата случая, поради огъването на светлинните лъчи, наблюдателят може да види обекта в посока, която не отговаря на реалността; обектът може да изглежда изкривен. Възможно е да се наблюдава обект дори когато той всъщност е зад хоризонта. Така пречупването на светлината в земната атмосфера може да доведе до особени оптични илюзии.
Да приемем, че атмосферата се състои от набор от оптически хомогенни хоризонтални слоеве с еднаква дебелина; индексът на пречупване се променя рязко от един слой към друг, като постепенно се увеличава в посока от горни слоевекъм по-ниските. Показана е тази чисто спекулативна ситуация.
В действителност плътността на атмосферата и следователно нейният индекс на пречупване се променят с височината не скокове, а непрекъснато. Следователно траекторията на светлинния лъч не е начупена, а крива линия.
Да приемем, че показаният на фигурата лъч преминава към наблюдателя от някакъв небесен обект. Ако в атмосферата нямаше пречупване на светлината, тогава този обект би бил видим за наблюдателя под ъгъл ά. Поради пречупването наблюдателят вижда обекта не под ъгъл ά, а под ъгъл φ. Тъй като φ ά, обектът изглежда по-високо над хоризонта, отколкото е в действителност. С други думи, наблюдаваното зенитно разстояние на обект е по-малко от действителното зенитно разстояние. Разликата Ώ = ά – φ се нарича ъгъл на пречупване.
По съвременни данни максималният ъгъл на пречупване е 35".
Когато наблюдател гледа залеза и вижда как долният край на осветителното тяло докосва хоризонта, в действителност този моменттози ръб вече е 35" под линията на хоризонта. Интересно е, че горният ръб на слънчевия диск е повдигнат по-малко от пречупване - само 29". Следователно залязващото слънце изглежда леко сплеснато вертикално.
Невероятни залези
Когато се разглежда пречупването на светлината, е необходимо да се вземат предвид, наред със систематичната промяна на плътността на въздуха с височина, редица допълнителни фактори, много от които са доста произволни по природа. Говорим за влиянието върху индекса на пречупване на въздуха на конвекционните течения и вятъра, температурата на въздуха в различни точки на атмосферата над различни части на земната повърхност.
Характеристиките на състоянието на атмосферата и преди всичко характеристиките на нагряването на атмосферата в долните й слоеве над различни части на земната повърхност водят до уникалността на наблюдаваните залези.
Сляпа лента. Понякога Слънцето сякаш залязва не зад хоризонта, а зад някаква невидима линия, разположена над хоризонта. Това явление се наблюдава при липса на облаци на хоризонта. Ако се изкачите до върха на хълма по това време, можете да наблюдавате още по-странна картина: сега слънцето залязва зад хоризонта, но в същото време слънчевият диск изглежда отрязан от хоризонтална „сляпа ивица“, чието положение спрямо хоризонта остава непроменено. Тези необичайни залези могат да се видят, според очевидци, в различни географски райони, например в село Болшой Камен, Приморски край и Сочи, Краснодарски край.
Тази картина се наблюдава, ако въздухът в близост до самата Земя се окаже студен, а отгоре има слой сравнително топъл въздух. В този случай индексът на пречупване на въздуха се променя с височина приблизително както е показано на графиката; Преходът от долния студен слой въздух към топлия, разположен над него, може да доведе до доста рязък спад на индекса на пречупване. За простота приемаме, че този спад настъпва внезапно и че следователно има ясно дефинирана граница между студените и топлите слоеве, разположени на определена височина h1 над повърхността на Земята. На фигурата nx означава коефициента на пречупване на въздуха в студения слой, а nt – в топлия слой близо до границата със студения.
Коефициентът на пречупване на въздуха се различава много малко от единството, следователно за по-голяма яснота вертикалната ос на тази фигура показва не стойностите на самия индекс на пречупване, а неговият излишък над единството, т.е. разлика n-1.
Картината на промяната в показателя на пречупване, представена на фиг. 4b), е използвана за конструиране на пътя на лъча на фиг. 5, който показва част от повърхността на земното кълбо и съседния слой студен въздух с дебелина hο.
Ако постепенно увеличавате φ, започвайки от нула, ъгълът α2 също ще се увеличи. Да приемем, че при определена стойност φ = φ´ ъгълът α2 става равен на граничния ъгъл αο, съответстващ на пълното вътрешно отражение на границата на студения и топлия слой; в този случай sin α1 = 1. Ъгълът αο съответства на лъча BA на фигура 5; образува ъгъл β = 90˚ - φ´ с хоризонтала. Наблюдателят няма да получи лъчи, които влизат в студения слой в точки, чиято ъглова височина над хоризонта е по-малка от ъгловата височина на точка В, т.е. по-малко от ъгъл β. Това обяснява сляпото петно.
Зелен лъч. Зеленият лъч е много зрелищна светкавица на зелена светлина, понякога наблюдавана при залез и изгрев. Продължителността на светкавицата е само 1-2 секунди. Феноменът е следният: ако Слънцето залязва в ясно небе, тогава при достатъчна прозрачност на въздуха понякога можете да наблюдавате как последната видима точка на Слънцето бързо променя цвета си от бледожълто или оранжево-червено до ярко зелено. При изгрев слънце може да се наблюдава същото явление, но с в обратен редредуващи се цветове.
Появата на зеления лъч може да се обясни, като се вземе предвид промяната на индекса на пречупване с честотата на светлината.
Обикновено индексът на пречупване се увеличава с увеличаване на честотата. Лъчите с по-висока честота на пречупване са по-силни. Това означава, че синьо-зелените лъчи претърпяват по-силно пречупване в сравнение с червените лъчи.
Да приемем, че в атмосферата има пречупване на светлината, но не и разсейване на светлината. В този случай горният и долният ръб на слънчевия диск в близост до линията на хоризонта ще трябва да бъдат оцветени в цветовете на дъгата. Нека в спектъра на слънчевата светлина има само два цвята - зелен и червен; "Белият" слънчев диск може да се види в в такъв случайпод формата на зелени и червени дискове, насложени един върху друг. Пречупването на светлината в атмосферата повдига зеления диск над хоризонта в по-голяма степен от червения. Следователно, наблюдателят би трябвало да види залязващото слънце, както е показано на фиг. 6а). Горен ръбслънчевият диск ще бъде зелен, а долният червен; в централната част на диска би се наблюдавала смесица от цветове, т.е. ще се наблюдава бял цвят.
В действителност не може да се пренебрегне разсейването на светлината в атмосферата. Това води до факта, че лъчите с по-висока честота се елиминират по-ефективно от светлинния лъч, идващ от Слънцето. Така че зелената рамка отгоре на диска няма да се вижда и целият диск ще изглежда червеникав, а не бял. Ако обаче почти целият слънчев диск е излязъл отвъд хоризонта, остава само най-горният му ръб, а времето е ясно и спокойно, въздухът е чист, тогава в този случай наблюдателят може да види яркозеления ръб на Слънцето заедно с разпръскване на ярки зелени лъчи
