Presupuesto municipal institución educativa
"Escuela secundaria Kislovskaya" distrito de Tomsk
Trabajo de investigación
Tema: “¿Por qué el atardecer es rojo…”
(dispersión de luz)
Trabajo realizado por: ,
estudiante de la clase 5A
Supervisor;
profesor de quimica
1. Introducción ………………………………………………………… 3
2. Parte principal…………………………………………………………4
3. ¿Qué es la luz?…………………………………………………….. 4
Tema de estudio– puesta de sol y cielo.
Hipótesis de investigación:
El sol tiene rayos que tiñen el cielo de diferentes colores;
El color rojo se puede obtener en condiciones de laboratorio.
La relevancia de mi tema radica en el hecho de que será interesante y útil para los oyentes porque muchas personas miran el cielo azul claro y lo admiran, y pocos saben por qué es tan azul durante el día y rojo al atardecer y qué le da esto. es su color.
2. parte principal
A primera vista, esta cuestión parece sencilla, pero en realidad afecta a aspectos profundos de la refracción de la luz en la atmósfera. Antes de que puedas entender la respuesta a esta pregunta, necesitas tener una idea de qué es la luz..jpg" align="left" height="1 src=">
¿Qué es la luz?
La luz del sol es energía. El calor de los rayos del sol, enfocados por la lente, se convierte en fuego. La luz y el calor son reflejados por las superficies blancas y absorbidos por las negras. Por eso la ropa blanca es más fresca que la negra.
¿Cuál es la naturaleza de la luz? La primera persona que intentó seriamente estudiar la luz fue Isaac Newton. Creía que la luz se compone de partículas corpusculares que se disparan como balas. Pero esta teoría no podía explicar algunas características de la luz.
Otro científico, Huygens, propuso una explicación diferente de la naturaleza de la luz. Desarrolló la teoría "ondulatoria" de la luz. Creía que la luz formaba pulsos u ondas, del mismo modo que una piedra arrojada a un estanque crea ondas.
¿Qué puntos de vista tienen hoy los científicos sobre el origen de la luz? Actualmente se cree que las ondas de luz tienen rasgos característicos tanto partículas como ondas al mismo tiempo. Se están realizando experimentos para confirmar ambas teorías.
La luz está formada por fotones, partículas ingrávidas y sin masa que viajan a velocidades de unos 300.000 km/s y tienen propiedades de ondas. La frecuencia de onda de la luz determina su color. Además, cuanto mayor es la frecuencia de oscilación, más corta es la longitud de onda. Cada color tiene su propia frecuencia de vibración y longitud de onda. La luz blanca del sol se compone de muchos colores que se pueden ver cuando se refracta a través de un prisma de vidrio.
1. Un prisma descompone la luz.
2. La luz blanca es compleja.
Si observas de cerca el paso de la luz a través de un prisma triangular, puedes ver que la descomposición de la luz blanca comienza tan pronto como la luz pasa del aire al vidrio. En lugar de vidrio, puedes utilizar otros materiales que sean transparentes a la luz.
Es de destacar que este experimento ha sobrevivido durante siglos y su técnica todavía se utiliza en los laboratorios sin cambios significativos.
dispersión (lat.) – dispersión, dispersión - dispersión
I. Los experimentos de Newton sobre la dispersión.
I. Newton fue el primero en estudiar el fenómeno de la dispersión de la luz y se considera uno de sus logros científicos más importantes. No en vano, en su lápida, erigida en 1731 y decorada con figuras de jóvenes que sostienen en sus manos los emblemas de sus descubrimientos más importantes, una figura sostiene un prisma y la inscripción del monumento contiene las palabras: “ Investigó la diferencia en los rayos de luz y la aparición. varias propiedades, algo que nadie sospechaba antes”. La última afirmación no es del todo exacta. La dispersión se conocía antes, pero no se estudió en detalle. Mientras mejoraba los telescopios, Newton notó que la imagen producida por la lente estaba coloreada en los bordes. Al examinar los bordes coloreados por la refracción, Newton hizo sus descubrimientos en el campo de la óptica.
Espectro visible
Cuando un rayo blanco se descompone en un prisma, se forma un espectro en el que la radiación de diferentes longitudes de onda se refracta en diferentes ángulos. Los colores incluidos en el espectro, es decir, aquellos colores que pueden producirse mediante ondas de luz de una longitud de onda (o de un rango muy estrecho), se denominan colores espectrales. Los principales colores espectrales (que tienen sus propios nombres), así como las características de emisión de estos colores, se presentan en la tabla:
Cada “color” del espectro debe coincidir con una onda de luz de cierta longitud.
La idea más simple del espectro se puede obtener mirando un arco iris. La luz blanca, refractada en las gotas de agua, forma un arco iris, ya que está formado por muchos rayos de todos los colores y se refractan de diferentes maneras: los rojos son los más débiles, el azul y el violeta son los más fuertes. Los astrónomos estudian los espectros del Sol, las estrellas, los planetas y los cometas, ya que de ellos se puede aprender mucho.
Nitrógeno" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">nitrógeno. Luz roja y color azul interactúan con el oxígeno de manera diferente. Dado que la longitud de onda del color azul corresponde aproximadamente al tamaño de un átomo de oxígeno, la luz azul es dispersada por el oxígeno en diferentes direcciones, mientras que la luz roja atraviesa tranquilamente la capa atmosférica. De hecho, la luz violeta se dispersa aún más en la atmósfera, pero el ojo humano es menos sensible a ella que a la luz azul. El resultado es que el ojo humano capta la luz azul dispersada por el oxígeno desde todos lados, razón por la cual el cielo nos parece azul.
Sin atmósfera en la Tierra, el Sol nos parecería una estrella blanca brillante y el cielo sería negro.
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Fenómenos inusuales
https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg" alt="Aurora" align="left" width="140" height="217 src=">!} auroras Desde la antigüedad, la gente admira la majestuosa imagen de las auroras y se pregunta sobre su origen. Una de las primeras menciones de las auroras se encuentra en Aristóteles. En su “Meteorología”, escrita hace 2300 años, se puede leer: “A veces, en noches claras, se observan muchos fenómenos en el cielo: lagunas, lagunas, color rojo sangre...
Parece que hay un fuego ardiendo."
¿Por qué un rayo claro se ondula por la noche?
¿Qué fina llama se extiende por el firmamento?
Como un relámpago sin nubes amenazantes
¿Luchando desde el suelo hasta el cenit?
¿Cómo puede ser que una bola congelada
¿Hubo un incendio en pleno invierno?
¿Qué es la aurora? ¿Cómo se forma?
Respuesta. La aurora es un resplandor luminiscente resultante de la interacción de partículas cargadas (electrones y protones) que vuelan desde el Sol con átomos y moléculas de la atmósfera terrestre. La aparición de estas partículas cargadas en determinadas regiones de la atmósfera y a determinadas altitudes es el resultado de la interacción del viento solar con campo magnético Tierra.
Aerosol" href="/text/category/ayerozolmz/" rel="bookmark">aerosol dispersión de polvo y humedad, estos son los principales causantes de la descomposición del color solar (dispersión). En la posición cenital, la incidencia del Los rayos del sol sobre los componentes aerosoles del aire se producen casi en ángulo recto, su capa entre los ojos del observador y el sol es insignificante. Cuanto más desciende el sol en el horizonte, más aumenta el espesor de la capa. aire atmosférico y la cantidad de suspensión de aerosol que contiene. Los rayos del sol, en relación con el observador, cambian el ángulo de incidencia sobre las partículas suspendidas y luego se observa dispersión. luz del sol. Entonces, como se mencionó anteriormente, la luz del sol se compone de siete colores primarios. Cada color es como onda electromagnética, tiene su propia longitud y capacidad de dispersarse en la atmósfera. Los colores primarios del espectro están ordenados en una escala, del rojo al violeta. El color rojo tiene la menor capacidad de disiparse (y por tanto absorber) en la atmósfera. Con el fenómeno de dispersión, todos los colores que siguen al rojo en la escala son dispersados por los componentes de la suspensión de aerosol y absorbidos por ellos. El observador ve sólo el color rojo. Esto significa que cuanto más gruesa sea la capa de aire atmosférico, mayor será la densidad de la materia en suspensión y más rayos del espectro se dispersarán y absorberán. Un fenómeno natural muy conocido: después de la poderosa erupción del volcán Krakatoa en 1883, durante varios años se observaron puestas de sol rojas inusualmente brillantes en diferentes lugares del planeta. Esto se explica por la poderosa liberación de polvo volcánico a la atmósfera durante la erupción.
Creo que mi investigación no terminará aquí. Todavía tengo preguntas. Quiero saber:
¿Qué sucede cuando los rayos de luz pasan? varios líquidos, soluciones;
Cómo se refleja y absorbe la luz.
Después de completar este trabajo, me convencí de lo sorprendente y útil que puede contener el fenómeno de la refracción de la luz para la actividad práctica. Fue esto lo que me permitió entender por qué el atardecer es rojo.
Literatura
1. , Física. Química. 5-6 grados Libro de texto. M.: Avutarda, 2009, p.106
2. Fenómenos del acero damasco en la naturaleza. M.: Educación, 1974, 143 p.
3. "¿Quién hace el arcoíris?" – Kvant 1988, núm. 6, pág.
4. Newton I. Conferencias sobre óptica. Tarasov en la naturaleza. – M.: Educación, 1988
Recursos de Internet:
1. http://potomía. ru/ ¿Por qué el cielo es azul?
2. http://www. voprosy-kak-i-pochemu. ru ¿Por qué el cielo es azul?
3. http://experiencia. es/categoría/educación/
Todos estamos acostumbrados a que el color del cielo sea una característica variable. Niebla, nubes, hora del día: todo influye en el color de la cúpula. Su cambio diario no ocupa la mente de la mayoría de los adultos, lo que no se puede decir de los niños. Constantemente se preguntan por qué el cielo es físicamente azul o qué hace que una puesta de sol sea roja. Intentemos comprender estas preguntas no tan simples.
Cambiable
Vale la pena comenzar respondiendo a la pregunta de qué representa realmente el cielo. EN mundo antiguo Realmente fue visto como una cúpula que cubría la Tierra. Hoy en día, sin embargo, casi nadie no sabe que, por muy alto que se eleve el curioso explorador, no podrá alcanzar esta cúpula. El cielo no es una cosa, sino un panorama que se abre cuando se mira desde la superficie del planeta, una especie de apariencia tejida con luz. Además, si se observa desde diferentes puntos, puede parecer diferente. Entonces, al elevarse por encima de las nubes, se abre una vista completamente diferente a la que se abre desde el suelo en este momento.
Un cielo despejado es azul, pero tan pronto como aparecen las nubes, se vuelve gris, plomizo o blanco sucio. El cielo nocturno es negro, a veces se pueden ver zonas rojizas. Este es el reflejo de la iluminación artificial de la ciudad. La razón de todos estos cambios es la luz y su interacción con el aire y las partículas de diversas sustancias que contiene.
naturaleza del color
Para responder a la pregunta de por qué el cielo es azul desde el punto de vista de la física, debemos recordar de qué color es. Esta es una onda de cierta longitud. La luz que llega del Sol a la Tierra se ve blanca. Se sabe desde los experimentos de Newton que se trata de un haz de siete rayos: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Los colores difieren en la longitud de onda. El espectro rojo-naranja incluye ondas que son las más impresionantes en este parámetro. partes del espectro se caracterizan por longitudes de onda cortas. La descomposición de la luz en un espectro se produce cuando choca con moléculas de diversas sustancias, y algunas de las ondas pueden absorberse y otras dispersarse.
Investigación de la causa.
Muchos científicos han intentado explicar por qué el cielo es azul en términos de física. Todos los investigadores se esforzaron por descubrir un fenómeno o proceso que dispersa la luz en la atmósfera del planeta de tal manera que, como resultado, solo nos llega luz azul. Los primeros candidatos para el papel de tales partículas fueron el agua. Se creía que absorben la luz roja y transmiten luz azul, y como resultado vemos un cielo azul. Sin embargo, cálculos posteriores demostraron que la cantidad de ozono, cristales de hielo y moléculas de vapor de agua en la atmósfera no es suficiente para darle al cielo un color azul.
La razón es la contaminación.
En la siguiente etapa de la investigación, John Tyndall sugirió que el polvo desempeña el papel de las partículas deseadas. La luz azul tiene la mayor resistencia a la dispersión y, por lo tanto, puede atravesar todas las capas de polvo y otras partículas en suspensión. Tindall realizó un experimento que confirmó su suposición. Creó un modelo de smog en el laboratorio y lo iluminó con una luz blanca brillante. El smog adquirió un tinte azul. El científico llegó a una conclusión inequívoca de su investigación: el color del cielo está determinado por las partículas de polvo, es decir, si el aire de la Tierra estuviera limpio, entonces el cielo sobre las cabezas de las personas no brillaría en azul, sino en blanco.
La investigación del Señor
El último punto sobre la cuestión de por qué el cielo es azul (desde el punto de vista de la física) lo planteó el científico inglés Lord D. Rayleigh. Demostró que no es el polvo ni el smog lo que tiñe el espacio sobre nuestras cabezas con la sombra que conocemos. Está en el aire mismo. Las moléculas de gas absorben la mayoría y principalmente las longitudes de onda más largas, equivalentes al rojo. El azul se disipa. Precisamente así explicamos hoy el color del cielo que vemos cuando hace buen tiempo.
Quienes estén atentos notarán que, siguiendo la lógica de los científicos, la cúpula superior debería ser violeta, ya que este color tiene la longitud de onda más corta en el rango visible. Sin embargo, esto no es un error: la proporción de violeta en el espectro es mucho menor que la del azul, y el ojo humano es más sensible a este último. De hecho, el azul que vemos es el resultado de mezclar azul con violeta y algunos otros colores.
Atardeceres y nubes
Todo el mundo sabe que en diferentes tiempos días que puedes ver color diferente cielo. Las fotos de hermosas puestas de sol sobre el mar o el lago son un ejemplo perfecto de esto. Todo tipo de tonos de rojo y amarillo combinados con azul y azul oscuro hacen que este espectáculo sea inolvidable. Y esto se explica por la misma dispersión de la luz. El hecho es que durante el atardecer y el amanecer, los rayos del sol tienen que recorrer un camino mucho más largo a través de la atmósfera que en pleno día. En este caso, la luz de la parte azul-verde del espectro se dispersa en diferentes direcciones y las nubes situadas cerca del horizonte se tiñen en tonos rojos.
Cuando el cielo se nubla, la imagen cambia por completo. incapaz de superar la capa densa, y la mayoría de ellos simplemente no llegan al suelo. Los rayos que lograron atravesar las nubes se encuentran con las gotas de lluvia y las nubes, que nuevamente distorsionan la luz. Como resultado de todas estas transformaciones, la luz blanca llega a la Tierra si las nubes son de tamaño pequeño, y la luz gris cuando el cielo está cubierto por nubes impresionantes que absorben parte de los rayos por segunda vez.
Otros cielos
Es interesante que en otros planetas. sistema solar Visto desde la superficie, se puede ver un cielo muy diferente al de la Tierra. En los objetos espaciales privados de atmósfera, los rayos del sol llegan libremente a la superficie. Como resultado, el cielo aquí es negro, sin sombras. Esta imagen se puede ver en la Luna, Mercurio y Plutón.
El cielo marciano tiene un tono rojo anaranjado. La razón de esto radica en el polvo que llena la atmósfera del planeta. ella esta pintada en diferentes tonos rojo y naranja. Cuando el Sol sale por el horizonte, el cielo marciano se vuelve rojo rosado, mientras que la zona que rodea inmediatamente el disco de la luminaria aparece azul o incluso violeta.
El cielo sobre Saturno es del mismo color que el de la Tierra. Los cielos color aguamarina se extienden sobre Urano. La razón radica en la neblina de metano que se encuentra en los planetas superiores.
Venus está oculto a los ojos de los investigadores por una densa capa de nubes. No permite que los rayos del espectro azul-verde lleguen a la superficie del planeta, por lo que el cielo aquí es de color amarillo anaranjado con una franja gris a lo largo del horizonte.
Explorar el espacio diurno sobre tu cabeza revela no menos maravillas que estudiar el cielo estrellado. Comprender los procesos que ocurren en las nubes y detrás de ellas ayuda a comprender el motivo de cosas que son bastante familiares para el ciudadano medio y que, sin embargo, no todo el mundo puede explicar de inmediato.
Cuando el viento arroja una capa blanca y transparente sobre el hermoso cielo azul, la gente comienza a mirar hacia arriba cada vez con más frecuencia. Si al mismo tiempo también se pone un gran abrigo de piel gris con hilos plateados de lluvia, los que lo rodean se esconden bajo los paraguas. Si el traje es de color violeta oscuro, entonces todos están sentados en casa y quieren ver el cielo azul soleado.
Y sólo cuando aparece el tan esperado cielo azul y soleado, que adquiere un brillo deslumbrante. vestido azul, decorado con rayos dorados del sol, la gente se regocija y, sonriendo, abandonan sus casas anticipando el buen tiempo.
La pregunta de por qué el cielo es azul ha preocupado a la mente humana desde tiempos inmemoriales. Las leyendas griegas han encontrado su respuesta. Afirmaron que este tono se lo daba el cristal de roca más puro.
Durante la época de Leonardo da Vinci y Goethe, también buscaron una respuesta a la pregunta de por qué el cielo es azul. Creían que el color azul del cielo se obtenía mezclando la luz con la oscuridad. Pero más tarde esta teoría fue refutada por insostenible, ya que resultó que al combinar estos colores, solo se pueden obtener tonos del espectro de grises, pero no color.
Después de un tiempo, Marriott, Bouguer y Euler intentaron explicar la respuesta a la pregunta de por qué el cielo es azul en el siglo XVIII. Creían que éste era el color natural de las partículas que formaban el aire. Esta teoría fue popular incluso a principios del siglo siguiente, especialmente cuando se descubrió que el oxígeno líquido es azul y el ozono líquido es azul.
Saussure fue el primero en tener una idea más o menos sensata, quien sugirió que si el aire fuera completamente puro, sin impurezas, el cielo resultaría negro. Pero como la atmósfera contiene varios elementos (por ejemplo, vapor o gotas de agua), estos, al reflejar el color, le dan al cielo el tono deseado.
Después de esto, los científicos comenzaron a acercarse cada vez más a la verdad. Arago descubrió la polarización, una de las características de la luz dispersa que rebota en el cielo. La física definitivamente ayudó al científico en este descubrimiento. Posteriormente, otros investigadores empezaron a buscar la respuesta. Al mismo tiempo, la pregunta de por qué el cielo es azul interesó tanto a los científicos que para averiguarlo se llevó a cabo gran cantidad diversos experimentos que llevaron a la idea de que razón principal La aparición del color azul se debe a que los rayos de nuestro Sol simplemente se encuentran dispersos en la atmósfera.
Explicación
El primero en crear una respuesta matemática para la dispersión de la luz molecular fue el investigador británico Rayleigh. Planteó la hipótesis de que la luz se dispersa no debido a las impurezas de la atmósfera, sino a las propias moléculas de aire.
Su teoría fue desarrollada y ésta es la conclusión a la que llegaron los científicos.
Los rayos del sol llegan a la Tierra a través de su atmósfera (una gruesa capa de aire), la llamada envoltura de aire del planeta. El cielo oscuro está completamente lleno de aire que, a pesar de ser completamente transparente, no está vacío, sino que está formado por moléculas de gas: nitrógeno (78%) y oxígeno (21%), así como gotas de agua, vapor, cristales de hielo y pequeños trozos de material sólido (por ejemplo, partículas de polvo, hollín, cenizas, sal del océano, etc.).
Algunos rayos logran pasar libremente entre las moléculas de gas, evitándolas por completo, y por lo tanto llegan a la superficie de nuestro planeta sin cambios, pero la mayoría de los rayos chocan con las moléculas de gas, que se excitan, reciben energía y liberan rayos multicolores en diferentes direcciones, completamente coloreando el cielo, lo que nos hace ver cielos azules soleados.
La luz blanca en sí está compuesta por todos los colores del arco iris, que a menudo se pueden ver cuando se descompone en sus partes componentes.
Sucede que las moléculas de aire son las que más dispersan los colores azul y violeta, ya que son la parte más corta del espectro porque tienen la longitud de onda más corta.
Por la noche, cuando los rayos del sol no pueden llegar a un determinado lado del planeta, la atmósfera allí se vuelve transparente y vemos un espacio "negro". Así es exactamente como lo ven los astronautas sobre la atmósfera. Vale la pena señalar que los astronautas tuvieron suerte, porque cuando se encuentran a más de 15 km sobre la superficie de la tierra, durante el día pueden observar simultáneamente el Sol y las estrellas.
Color del cielo en otros planetas.
Dado que el color del cielo depende en gran medida de la atmósfera, no es sorprendente que sea de diferentes colores en diferentes planetas. Es interesante que la atmósfera de Saturno sea del mismo color que la de nuestro planeta.
El cielo de Urano es de un color aguamarina muy bonito. Su atmósfera se compone principalmente de helio e hidrógeno. También contiene metano, que absorbe completamente el rojo y dispersa los colores verde y azul. color azul Los cielos de Neptuno: la atmósfera de este planeta no contiene tanto helio e hidrógeno como la nuestra, pero sí mucho metano, que neutraliza la luz roja.
La atmósfera en la Luna, el satélite de la Tierra, así como en Mercurio y Plutón, está completamente ausente, por lo que los rayos de luz no se reflejan, por lo que el cielo aquí es negro y las estrellas se distinguen fácilmente. azul y colores verdes Los rayos del sol son completamente absorbidos por la atmósfera de Venus y cuando el Sol está cerca del horizonte, el cielo se vuelve amarillo.
El texto de la obra se publica sin imágenes ni fórmulas.
Versión completa El trabajo está disponible en la pestaña "Archivos de trabajo" en formato PDF.
Mientras jugaba en la calle, una vez noté el cielo, era extraordinario: ¡sin fondo, sin fin y azul, azul! Y sólo las nubes cubrieron ligeramente este color azul. Me preguntaba ¿por qué el cielo es azul? Inmediatamente recordé la canción de la zorra Alicia del cuento de Pinocho “¡Qué cielo más azul...!” y una lección de geografía, donde, mientras estudiábamos el tema “Clima”, describimos el estado del cielo y también dijimos que era azul. Entonces, ¿por qué el cielo es azul? Cuando llegué a casa, le hice esta pregunta a mi madre. Me dijo que cuando la gente llora, pide ayuda al cielo. El cielo les quita las lágrimas, por eso se vuelve azul como un lago. Pero la historia de mi madre no satisfizo mi pregunta. Decidí preguntarles a mis compañeros y profesores si sabían por qué el cielo era azul. En la encuesta participaron 24 estudiantes y 17 profesores. Después de procesar los cuestionarios, recibimos los siguientes resultados:
En la escuela, durante una lección de geografía, le hice esta pregunta al profesor. Ella me respondió que el color del cielo se puede explicar fácilmente desde el punto de vista de la física. Este fenómeno se llama dispersión. De Wikipedia aprendí que la dispersión es el proceso de descomponer la luz en un espectro. La profesora de geografía Larisa Borisovna me sugirió que observara este fenómeno de forma experimental. Y fuimos a la sala de física. Vasily Aleksandrovich, profesor de física, aceptó de buen grado ayudarnos con esto. Usando un equipo especial pude rastrear cómo ocurre el proceso de dispersión en la naturaleza.
Para encontrar la respuesta a la pregunta de por qué el cielo es azul, decidimos realizar un estudio. Así surgió la idea de escribir un proyecto. Junto con mi supervisor, determinamos el tema, el propósito y los objetivos de la investigación, planteamos una hipótesis, determinamos métodos de investigación y mecanismos para implementar nuestra idea.
Hipótesis: El Sol envía luz a la Tierra y la mayoría de las veces, cuando la miramos, nos parece de un blanco deslumbrante. ¿Eso significa que el cielo debería ser blanco? Pero en realidad el cielo es azul. A lo largo del estudio encontraremos explicaciones para estas contradicciones.
Objetivo: encuentra la respuesta a la pregunta de por qué el cielo es azul y descubre de qué depende su color.
Tareas: 1. Familiarízate con el material teórico sobre el tema.
2. Estudiar experimentalmente el fenómeno de la dispersión de la luz.
3. Observa el color del cielo en diferentes momentos del día y en diferentes condiciones climáticas.
Objeto de estudio: cielo
Artículo: luz y color del cielo
Métodos de investigación: análisis, experimento, observación
Etapas de trabajo:
1. Teórico
2. Práctico
3. Final: conclusiones sobre el tema de investigación
Importancia práctica del trabajo.: Los materiales de investigación se pueden utilizar en lecciones de geografía y física como módulo didáctico.
2. Parte principal.
2.1. Aspectos teóricos del problema. Fenómeno cielo azul desde el punto de vista de la física
¿Por qué el cielo es azul? Es muy difícil encontrar una respuesta a una pregunta tan simple. Primero, definamos el concepto. El cielo es el espacio sobre la Tierra o la superficie de cualquier otro objeto astronómico. En general, se suele llamar cielo al panorama que se abre al mirar desde la superficie de la Tierra (u otro objeto astronómico) hacia el espacio.
Muchos científicos se han devanado los sesos en busca de una respuesta. Leonardo da Vinci, mirando el fuego de la chimenea, escribió: “La luz sobre la oscuridad se vuelve azul”. Pero hoy se sabe que la fusión del blanco y el negro produce el gris.
Arroz. 1. La hipótesis de Leonardo da Vinci
Isaac Newton casi explicó el color del cielo, pero para ello tuvo que partir de la base de que las gotas de agua contenidas en la atmósfera tienen paredes delgadas como las pompas de jabón. Pero resultó que estas gotas son esferas, lo que significa que no tienen espesor de pared. ¡Y así estalló la burbuja de Newton!
Arroz. 2. La hipótesis de Newton
La mejor solución al problema la propuso el físico inglés Lord John Rayleigh hace unos 100 años. Pero empecemos desde el principio. El sol emite una luz blanca cegadora, lo que significa que el color del cielo debería ser el mismo, pero sigue siendo azul. ¿Qué sucede con la luz blanca en la atmósfera? Al atravesar la atmósfera, como a través de un prisma, se descompone en siete colores. Probablemente conozcas estas líneas: todo cazador quiere saber dónde se sienta el faisán. Hay un significado profundo escondido en estas frases. Representan para nosotros los colores primarios del espectro de luz visible.
Arroz. 3. Espectro de luz blanca.
La mejor demostración natural de este espectro es, por supuesto, el arco iris.
Arroz. 4 Espectro de luz visible
La luz visible es una radiación electromagnética cuyas ondas tienen diferentes longitudes de onda. También hay luz invisible; nuestros ojos no la perciben. Estos son ultravioleta e infrarrojos. No lo vemos porque su longitud es demasiado larga o demasiado corta. Ver la luz significa percibir su color, pero el color que vemos depende de la longitud de onda. Las ondas visibles más largas son rojas y las más cortas son violetas.
La capacidad de la luz para dispersarse, es decir, propagarse en un medio, también depende de la longitud de onda. Las ondas de luz roja son las que peor se dispersan, pero los colores azul y violeta tienen una gran capacidad de dispersión.
Arroz. 5. Capacidad de dispersión de la luz
Y finalmente, estamos cerca de la respuesta a nuestra pregunta, ¿por qué el cielo es azul? Como se mencionó anteriormente, blanco- es una mezcla de todos colores posibles. Cuando choca con una molécula de gas, cada uno de los siete componentes de color de la luz blanca se dispersa. En este caso, la luz con ondas más largas se dispersa peor que la luz con ondas cortas. Debido a esto, queda en el aire 8 veces más espectro azul que rojo. Aunque el violeta tiene la longitud de onda más corta, el cielo todavía parece azul debido a la mezcla de longitudes de onda violeta y verde. Además, nuestros ojos perciben mejor el azul que el violeta, dado el mismo brillo de ambos. Son estos hechos los que determinan combinación de colores cielo: la atmósfera está literalmente llena de rayos de color azul azulado.
Sin embargo, el cielo no siempre es azul. Durante el día vemos el cielo azul, cian, gris, por la noche rojo. (Apéndice 1).¿Por qué el atardecer es rojo? Durante la puesta del sol, el Sol se acerca al horizonte y rayo de sol dirigido hacia la superficie de la Tierra no verticalmente, como durante el día, sino en ángulo. Por tanto, el camino que recorre a través de la atmósfera es mucho más largo que el que recorre durante el día cuando el Sol está alto. Debido a esto, el espectro azul-azul es absorbido en la atmósfera antes de llegar a la Tierra, y ondas de luz más largas del espectro rojo llegan a la superficie de la Tierra, coloreando el cielo en tonos rojos y amarillos. El cambio de color del cielo está claramente relacionado con la rotación de la Tierra alrededor de su eje y, por tanto, con el ángulo de incidencia de la luz sobre la Tierra.
2.2. Aspectos prácticos. Manera experimental de resolver el problema.
En la clase de física conocí el aparato espectrógrafo. Vasily Aleksandrovich, profesor de física, me explicó el principio de funcionamiento de este dispositivo, tras lo cual realicé de forma independiente un experimento llamado dispersión. Un rayo de luz blanca que pasa a través de un prisma se refracta y vemos un arco iris en la pantalla. (Apéndice 2). Esta experiencia me ayudó a comprender cómo aparece en el cielo esta asombrosa creación de la naturaleza. Con la ayuda de un espectrógrafo, los científicos de hoy pueden obtener información sobre la composición y propiedades de diversas sustancias.
Foto 1. Demostración de experiencia de dispersión en
sala de fisica
Quería tener un arcoíris en casa. Mi profesora de geografía, Larisa Borisovna, me dijo cómo hacerlo. Un análogo del espectrógrafo era un recipiente de vidrio con agua, un espejo, una linterna y una hoja de papel blanca. Coloca un espejo en un recipiente con agua y coloca una hoja de papel blanca detrás del recipiente. Dirigimos la luz de una linterna hacia el espejo para que la luz reflejada incida sobre el papel. ¡Ha vuelto a aparecer un arcoíris en un trozo de papel! (Apéndice 3). Es mejor realizar el experimento en una habitación a oscuras.
Ya hemos dicho anteriormente que la luz blanca esencialmente ya contiene todos los colores del arco iris. Puedes asegurarte de esto y reunir todos los colores nuevamente al blanco haciendo un top de arcoíris. (Apéndice 4). Si lo giras demasiado fuerte, los colores se fusionarán y el disco se volverá blanco.
A pesar de explicación científica La formación del arco iris, este fenómeno, sigue siendo uno de los misteriosos espectáculos ópticos de la atmósfera. ¡Mira y disfruta!
3. Conclusión
En busca de una respuesta a la pregunta que los padres hacen con tanta frecuencia: “¿Por qué el cielo es azul?” Aprendí muchas cosas interesantes e instructivas. Las contradicciones de nuestra hipótesis hoy tienen una explicación científica:
Todo el secreto está en el color del cielo de nuestra atmósfera, en la envoltura de aire del planeta Tierra.
Un rayo de sol blanco, al atravesar la atmósfera, se descompone en rayos de siete colores.
Los rayos rojos y naranjas son los más largos y los azules son los más cortos.
Los rayos azules llegan a la Tierra menos que otros, y gracias a estos rayos el cielo se impregna de color azul.
El cielo no siempre es azul y esto se debe al movimiento axial de la Tierra.
Experimentalmente pudimos visualizar y comprender cómo se produce la dispersión en la naturaleza. En hora de clase En la escuela les dije a mis compañeros por qué el cielo es azul. También fue interesante saber dónde se puede observar el fenómeno de la dispersión en nuestra la vida cotidiana. He encontrado varios usos prácticos para este fenómeno único. (Apéndice 5). En el futuro me gustaría seguir estudiando el cielo. ¿Cuántos misterios más encierra? ¿Qué otros fenómenos ocurren en la atmósfera y cuál es su naturaleza? ¿Cómo afectan a los humanos y a toda la vida en la Tierra? Quizás estos sean los temas de mis futuras investigaciones.
Referencias
1. Wikipedia: la enciclopedia libre
2. Los Ángeles Malikova. Libro de texto electrónico de física “Óptica geométrica”
3. Peryshkin A.V. Física. 9no grado. Libro de texto. M.: Avutarda, 2014, p.202-209
4.htt;/www. voprosy-kak-ipochemu.ru
5. Archivo fotográfico personal "Cielo sobre Golyshmanovo"
Apéndice 1.
"El cielo sobre Golyshmanovo"(archivo de fotos personales)
Apéndice 2.
Dispersión de la luz mediante un espectrógrafo.
Apéndice 3.
Dispersión de la luz en casa.
"arcoíris"
Apéndice 4.
parte superior del arco iris
Parte superior en reposo Parte superior en rotación
Apéndice 5.
Variación en la vida humana.
Luces de diamante a bordo de un avión
faros de coche
Señales reflectantes
El color del cielo diferentes estados El clima puede ser diferente, pasando del blanquecino al azul intenso. Rayleigh desarrolló una teoría que explica el color del cielo.
Según esta teoría, el color del cielo se explica por el hecho de que los rayos del sol, reflejados repetidamente por las moléculas de aire y pequeñas partículas de polvo, se dispersan en la atmósfera. Las ondas luminosas de diferentes longitudes se dispersan de forma diferente mediante las moléculas: las moléculas de aire dispersan predominantemente la parte de longitud de onda corta del espectro solar visible, es decir, rayos azul, índigo y violeta, y dado que la intensidad de la parte violeta del espectro es baja en comparación con las partes azul y azul, el cielo parece azul o azul.
El importante brillo del cielo se explica por el hecho de que la atmósfera terrestre tiene un espesor considerable y la luz es dispersada por una gran cantidad de moléculas.
A grandes altitudes, por ejemplo, cuando se observa desde naves espaciales, sobre la cabeza del observador quedan capas enrarecidas de la atmósfera con menos moléculas que dispersan la luz y, en consecuencia, el brillo del cielo disminuye. El cielo parece más oscuro, su color cambia a medida que aumenta la altitud. El cielo parece más oscuro y su color cambia del azul oscuro al violeta oscuro a medida que aumenta la altitud. Evidentemente, a altitudes aún mayores y fuera de la atmósfera, el cielo parece negro al observador.
Si el aire contiene una gran cantidad de partículas relativamente grandes, estas partículas también dispersan ondas luminosas más largas. En este caso, el cielo adquiere un color blanquecino. Las grandes gotas de agua, o cristales de agua, que forman las nubes dispersan todos los colores espectrales aproximadamente por igual, y cielo nublado por tanto tiene un color gris pálido.
Esto lo confirman las observaciones, durante las cuales se observaron las condiciones meteorológicas y el color correspondiente del cielo sobre la ciudad de Novokuznetsk.
Las tonalidades características del color del cielo los días 28 y 29 de noviembre se deben a la presencia de emisiones industriales, que se concentran en el aire con el descenso de la temperatura y la falta de viento.
El color del cielo también está influenciado por la naturaleza y el color de la superficie terrestre, así como por la densidad de la atmósfera.
Ley exponencial de densidad atmosférica decreciente con la altura.
La fórmula barométrica describe la disminución de la densidad atmosférica con la altitud. esquema general; no tiene en cuenta el viento, las corrientes de convección ni los cambios de temperatura. Además, la altura no debe ser demasiado alta para que pueda despreciarse la dependencia de la aceleración g con la altura.
La fórmula barométrica está asociada al nombre del físico austriaco Ludwig Boltzmann. Pero los primeros indicios de la naturaleza exponencial de la disminución de la densidad del aire con la altura estaban en realidad contenidos en los estudios de Newton sobre la refracción de la luz en la atmósfera y se utilizaron para compilar una tabla de refracción refinada.
Los gráficos presentados muestran cómo, en el proceso de estudio de la refracción astronómica, se refinaron las ideas sobre la naturaleza general de los cambios en el índice de refracción de la atmósfera con la altura.
- Corresponde a la teoría de Kepler.
- La teoría original de la refracción de Newton.
- newtoniano refinado y teoría moderna refracción de la luz en la atmósfera
Refracción de la luz en la atmósfera.
La atmósfera es un medio ópticamente no homogéneo, por lo que la trayectoria de un rayo de luz en la atmósfera siempre es hasta cierto punto curvilínea. La curvatura de los rayos de luz al atravesar la atmósfera se denomina refracción de la luz en la atmósfera.
Hay refracción astronómica y terrestre. En el primer caso, la curvatura de los rayos de luz que llegan a un observador terrestre desde cuerpos celestes. En el segundo caso, se considera la curvatura de los rayos de luz que llegan al observador desde los objetos terrestres. En ambos casos, debido a la curvatura de los rayos de luz, el observador puede ver el objeto en una dirección que no es la que corresponde a la realidad; el objeto puede parecer distorsionado. Es posible observar un objeto incluso cuando en realidad se encuentra detrás del horizonte. Así, la refracción de la luz en la atmósfera terrestre puede dar lugar a peculiares ilusiones ópticas.
Supongamos que la atmósfera está formada por un conjunto de capas horizontales ópticamente homogéneas de igual espesor; El índice de refracción cambia abruptamente de una capa a otra, aumentando gradualmente en la dirección de capas superiores a los inferiores. Se muestra esta situación puramente especulativa.
En realidad, la densidad de la atmósfera y, por tanto, su índice de refracción, cambia con la altura no a saltos, sino continuamente. Por tanto, la trayectoria de un haz de luz no es una línea discontinua, sino una línea curva.
Supongamos que el rayo que se muestra en la figura pasa al observador desde algún objeto celeste. Si no hubiera refracción de la luz en la atmósfera, entonces este objeto sería visible para el observador en un ángulo ά. Debido a la refracción, el observador ve el objeto no en un ángulo ά, sino en un ángulo φ. Dado que φ ά, el objeto parece estar más alto sobre el horizonte de lo que realmente está. En otras palabras, la distancia cenital observada de un objeto es menor que la distancia cenital real. La diferencia Ώ = ά – φ se llama ángulo de refracción.
Según datos modernos, el ángulo de refracción máximo es de 35".
Cuando un observador observa la puesta de sol y ve cómo el borde inferior de la luminaria toca el horizonte, en realidad en este momento este borde ya está a 35" por debajo de la línea del horizonte. Es interesante que el borde superior del disco solar se eleva menos por refracción: sólo 29". Por lo tanto, el Sol poniente aparece ligeramente aplanado verticalmente.
atardeceres increíbles
Al considerar la refracción de la luz, es necesario tener en cuenta, junto con el cambio sistemático de la densidad del aire con la altura, una serie de factores adicionales, muchos de los cuales son de naturaleza bastante aleatoria. Estamos hablando de la influencia sobre el índice de refracción del aire de las corrientes de convección y el viento, la temperatura del aire en diferentes puntos de la atmósfera en diferentes partes de la superficie terrestre.
Las características del estado de la atmósfera y, sobre todo, las características del calentamiento de la atmósfera en sus capas inferiores en varias partes de la superficie terrestre conducen a la singularidad de las puestas de sol observadas.
Carril ciego. A veces, el Sol parece no ponerse detrás del horizonte, sino detrás de alguna línea invisible ubicada sobre el horizonte. Este fenómeno se observa en ausencia de nubes en el horizonte. Si subes a la cima de la colina en este momento, podrás observar una imagen aún más extraña: ahora el Sol se pone más allá del horizonte, pero al mismo tiempo el disco solar parece estar cortado por una "franja ciega" horizontal. cuya posición con respecto al horizonte permanece sin cambios. Estas inusuales puestas de sol se pueden ver, según testigos presenciales, en diferentes zonas geográficas, por ejemplo, en el pueblo de Bolshoy Kamen, en el territorio de Primorsky, y en Sochi, en el territorio de Krasnodar.
Esta imagen se observa si el aire cerca de la Tierra resulta frío y encima hay una capa de aire relativamente cálido. En este caso, el índice de refracción del aire cambia con la altura aproximadamente como se muestra en el gráfico; La transición de la capa inferior de aire frío a la cálida que se encuentra encima puede provocar una caída bastante pronunciada del índice de refracción. Para simplificar, suponemos que este declive ocurre abruptamente y que, por lo tanto, existe una interfaz claramente definida entre las capas fría y cálida, ubicadas a una cierta altura h1 sobre la superficie de la Tierra. En la figura, nx denota el índice de refracción del aire en la capa fría y nt, en la capa cálida cerca del límite con la fría.
El índice de refracción del aire difiere muy poco de la unidad, por lo que, para mayor claridad, el eje vertical de esta figura no muestra los valores del índice de refracción en sí, sino su exceso sobre la unidad, es decir. diferencia n-1.
La imagen del cambio en el índice de refracción presentada en la Fig. 4b) se utilizó para construir la trayectoria del rayo en la Fig. 5, que representa parte de la superficie del globo y la capa adyacente de aire frío de espesor hο.
Si aumentas gradualmente φ, comenzando desde cero, el ángulo α2 también aumentará. Supongamos que para un cierto valor φ = φ´ el ángulo α2 se vuelve igual al ángulo límite αο correspondiente a la reflexión interna total en el límite de las capas fría y cálida; en este caso sen α1 = 1. El ángulo αο corresponde a la viga BA en la Figura 5; forma un ángulo β = 90˚ - φ´ con la horizontal. El observador no recibirá rayos que entren en la capa fría en puntos cuya altura angular sobre el horizonte sea menor que la altura angular del punto B, es decir menor que el ángulo β. Esto explica el punto ciego.
Rayo verde. Un rayo verde es un destello de luz verde muy espectacular, que a veces se observa al atardecer y al amanecer. La duración del flash es de solo 1-2 segundos. El fenómeno es el siguiente: si el Sol se pone en un cielo despejado, con suficiente transparencia del aire, a veces se puede observar cómo el último punto visible del Sol cambia rápidamente de color de amarillo pálido o rojo anaranjado a verde brillante. Al amanecer se puede observar el mismo fenómeno, pero con en orden inverso colores alternos.
La aparición del rayo verde se puede explicar teniendo en cuenta el cambio en el índice de refracción con la frecuencia de la luz.
Normalmente, el índice de refracción aumenta al aumentar la frecuencia. Los rayos con una frecuencia refractiva más alta son más fuertes. Esto significa que los rayos azul verdosos sufren una refracción más fuerte en comparación con los rayos rojos.
Supongamos que hay refracción de la luz en la atmósfera, pero no dispersión de la luz. En este caso, los bordes superior e inferior del disco solar cerca de la línea del horizonte tendrían que pintarse con los colores del arco iris. Que solo haya dos colores en el espectro de la luz solar: verde y rojo; El disco solar "blanco" se puede ver en en este caso en forma de discos verdes y rojos superpuestos entre sí. La refracción de la luz en la atmósfera eleva el disco verde sobre el horizonte en mayor medida que el rojo. Por lo tanto, el observador tendría que ver el Sol poniéndose como se muestra en la Fig. 6a). borde superior el disco solar sería verde, y el inferior rojo; en la parte central del disco se observaría una mezcla de colores, es decir se observaría un color blanco.
En realidad, no se puede ignorar la dispersión de la luz en la atmósfera. Esto conduce al hecho de que los rayos de mayor frecuencia se eliminan de manera más eficiente del haz de luz proveniente del Sol. Por lo tanto, el borde verde en la parte superior del disco no será visible y todo el disco se verá rojizo en lugar de blanco. Sin embargo, si casi todo el disco solar ha traspasado el horizonte, solo queda su borde superior, y el clima es claro y tranquilo, el aire está limpio, entonces, en este caso, el observador puede ver el borde verde brillante del Sol. junto con una dispersión de rayos verdes brillantes
