Муніципальне бюджетне загальноосвітня установа
«Кисловська ЗОШ» Томського району
Дослідницька робота
Тема: «Чому захід сонця червоний…»
(Дисперсія світла)
Роботу виконала: ,
учениця 5А класу
Керівник;
вчитель хімії
1. Вступ ………………………………………………… 3
2. Основна частина…………………………………………… 4
3. Що таке світло…………………………………………….. 4
Предмет вивчення- Захід сонця і небо.
Гіпотези дослідження:
У сонця є промені, які фарбують небо у різні кольори;
Червоний колір можна отримати у лабораторних умовах.
Актуальність моєї теми полягає в тому, що вона буде цікава і корисна для слухачів тому, що дуже багато людей, дивляться на ясне блакитне небо, милуються ним, і мало хто знає, чому ж воно таке блакитне, вдень, а на заході сонця червоне і що надає йому такий колір.
2. Основна частина
На перший погляд, це питання здається простим, але насправді воно торкається глибоких аспектів заломлення світла в атмосфері. Перш ніж зрозуміти відповідь на це питання, необхідно мати уявлення про те, що таке світло.
Що таке світло?
Сонячне світло – це енергія. Тепло сонячних променів, сфокусованих лінзою, перетворюється на вогонь. Світло і тепло відбиваються білими поверхнями та поглинаються чорними. Ось чому білий одяг холодніший за чорний.
Яка ж природа світла? Першим, хто спробував серйозно зайнятися вивченням світла, був Ісаак Ньютон. Він вважав, що світло складається з частинок корпускул, які на кшталт куль вистрілюються. Але деякі характеристики світла не могли бути зрозумілі цією теорією.
Інший вчений Гюйгенс запропонував інше пояснення природи світла. Він розробив «хвильову» теорію світла. Він вважав, що світло утворює імпульси, або хвилі, на кшталт того, як камінь, кинутий у ставок, створює хвилі.
Яких поглядів сьогодні дотримуються вчені про походження світла? В даний час вважається, що світлові хвилі мають характерні особливостіі частинок і хвиль одночасно. Проводяться досліди, що підтверджують обидві теорії.
Світло складається з фотонів - невагомих частинок, що не мають маси, подорожують зі швидкістю близько 300 000 км/с і мають хвильові властивості. Частота хвильових коливань світла визначає його колір. Крім того, чим вища частота коливань, тим коротша довжина хвилі. Кожен колір має свою частоту коливань і довжину хвилі. Біле сонячне світло складається з багатьох кольорів, які можна побачити, переломивши його через скляну призму.
1. Призма розкладає світло.
2. Біле світло – складне.
Якщо уважно придивитися до проходження світла через трикутну призму, можна побачити, що розкладання білого світла починається відразу ж, як тільки світло переходить з повітря в скло. Замість скла можна взяти інші прозорі для світла матеріали.
Чудово, що цей досвід пережив століття і його методика без істотних змін використовується в лабораторіях досі.
dispersio (Лат.) - Розсіювання, розвіювання - дисперсія
Досліди І. Ньютона з дисперсії.
Явище дисперсії світла першим почав вивчати І. Ньютон і вважається одним із найважливіших його наукових заслуг. Недарма на його надгробному пам'ятнику, поставленому в 1731 році і прикрашеному фігурами юнаків, які тримають в руках емблеми його найголовніших відкриттів, одна фігура тримає призму, а в написі на пам'ятнику є слова: «Він досліджував відмінність світлових променів і при цьому з'являються при цьому різні властивості, чого раніше ніхто не підозрював». Останнє твердження не зовсім точне. Дисперсія була відома і раніше, але докладно вона не вивчалася. Займаючись удосконаленням телескопів, Ньютон звернув увагу, що зображення, дане об'єктивом, з обох боків пофарбовано. Досліджуючи пофарбовані під час заломлення краю, Ньютон зробив свої відкриття в області оптики.
Спектр видимого випромінювання
При розкладанні променя білого кольору призмі утворюється спектр, у якому випромінювання різних довжин хвиль заломлюються під різним кутом. Кольори, що входять у спектр, тобто такі кольори, які можуть бути одержані світловими хвилями однієї довжини (або дуже вузьким діапазоном), називаються спектральними кольорами. Основні спектральні кольори (що мають власну назву), а також характеристики випромінювання цих кольорів представлені в таблиці:
З кожним "кольором" у спектрі треба зіставляти світлову хвилю певної довжини
Найпростіше уявлення про спектр можна отримати, дивлячись на веселку. Біле світло, заломлюючись у крапельках води, утворює веселку, тому що воно складається з безлічі променів усіх кольорів, а ті переломлюються по-різному: червоні – найслабше, сині та фіолетові – найсильніше. Астрономи досліджують спектри Сонця, зірок, планет, комет, оскільки спектрам можна багато дізнатися.
Азот" Азот . Світло червоного і блакитного кольорупо-різному взаємодіють із киснем. Так як довжина хвилі блакитного кольору приблизно відповідає розміру атома кисню і через це блакитне світло розсіюється киснем у різні боки, тоді як червоне світло спокійно проходить крізь атмосферний шар. Насправді ще більше розсіюється в атмосфері фіолетове світло, проте людське око менш сприйнятливе до нього, ніж до блакитного світла. У результаті виходить те, що око людини з усіх боків вловлює розсіяне киснем блакитне світло, від чого небо нам здається блакитним.
Без атмосфери на Землі Сонце нам представлялося б яскравою білою зіркою, а небо було б чорним.
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
Незвичайні явища
https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg" alt="Полярне сяйво" align="left" width="140" height="217 src=">!} Полярні сяйва З найдавніших часів люди захоплювалися величною картиною полярних сяйв і запитували їх походження. Одна з найбільш ранніх згадок про полярні сяйва зустрічається у Арістотеля. У його "Метеорологіці", написаній 2300 років тому, можна прочитати: "Іноді в ясні ночі спостерігається на небі безліч явищ - зяяння, провали, криваво-червоне забарвлення...
Здається, ніби палає полум'я”.
Що зибе ясний уночі промінь?
Що тонке полум'я в твердиню вражає?
Як блискавка без грізних хмар
Прагне від землі в зеніт?
Як можливо, щоб мерзла куля
Серед зими народжувала пожежа?
Що таке полярне сяйво? Як воно утворюється?
Відповідь. Полярне сяйво - це люмінесцентне світіння, що виникає в результаті взаємодії заряджених частинок (електронів і протонів), що летять від Сонця, з атомами і молекулами земної атмосфери. Поява ж цих заряджених частинок у певних районах атмосфери та на певних висотах є результатом взаємодії сонячного вітру з магнітним полемЗемлі.
Аерозоль" аерозольними розсіюваннями пилу і вологи, ось вони-то і є основною причиною розкладання сонячного кольору (дисперсії). У положенні зеніту падіння сонячного променя на аерозольні складові повітря відбувається майже під прямим кутом, шар їх між очима спостерігача та сонцем незначний, чим нижче сонце опускається до лінії горизонту, тим більше збільшується товщина шару атмосферного повітряі кількість аерозольної суспензії в ньому. Сонячні промені щодо спостерігача змінюють кут падіння на частинки суспензії, тоді і спостерігається дисперсія. сонячного світла. Отже, як говорилося вище, сонячне світло складається із семи основних кольорів. Кожен колір, як електромагнітна хвилямає свою довжину і здатність до розсіювання в атмосфері. Основні кольори спектра розташовуються в шкалі по порядку, від червоного до фіолетового. Найменшою здатністю до розсіювання (отже поглинання) в атмосфері має червоний колір. При явищі дисперсії всі кольори, які в шкалі йдуть за червоним, розсіюються складовими аерозольної суспензії і поглинаються ними. Спостерігачеві видно лише червоний колір. Значить, чим товстіший шар атмосферного повітря, чим вище щільність суспензії, тим більше променів спектра будуть розсіяні та поглинені. Відоме природне явище: після потужного виверження вулкана Кракатау в 1883 році, в різних місцях планети, протягом декількох років, спостерігалися надзвичайно яскраві червоні заходи сонця. Це потужним викидом вулканічного пилу в атмосферу при виверженні.
Думаю, що на цьому моє дослідження не закінчиться. Я ще маю запитання. Хочу знати:
Що відбувається при проходженні променів світла через різні рідинирозчини;
Як відбувається відображення та поглинання світла.
Виконавши цю роботу, я переконалася, як багато дивовижного та корисного для практичної діяльності може полягати у явищі заломлення світла. Саме воно дозволило мені зрозуміти, чому захід сонця червоний.
Література
1. , Фізика. Хімія. 5-6 кл. Підручник М: Дрофа, 2009, стор.106
2. Булат явища у природі. М.: Просвітництво, 1974 р., 143 з.
3. «Хто творить веселку?» - Квант 1988 р., № 6, стор.46.
4. Ньютон І. Лекції з оптики. Тарасов у природі. - М.: Просвітництво, 1988г
Інтернет ресурси:
1. http://potomy. jw.org uk/ Чому колір у неба блакитний?
2. http://www. voprosy-kak-i-pochemu. jw.org uk Чому небо блакитне?
3. http://expirience. ru/category/obrazovanie/
Ми всі звикли, що колір неба – характеристика непостійна. Туман, хмари, доба — все впливає на забарвлення купола над головою. Щоденна її зміна не займає уми більшості дорослих, чого не можна сказати про дітей. Вони постійно цікавляться тим, чому небо блакитне з погляду фізики або що забарвлює захід сонця в червоний. Спробуємо розібратися в цих найпростіших питаннях.
Мінлива
Почати варто з відповіді на питання про те, що, власне, небо є. У стародавньому світівоно бачилося справді як купол, що накриває Землю. Сьогодні, однак, навряд чи хтось не знає, що на яку б висоту не піднявся цікавий дослідник, досягти цього купола він не зможе. Небо - це не річ, а, швидше, панорама, що відкривається при погляді з поверхні планети, якась видимість, зіткана зі світла. Причому, якщо спостерігати з різних точок, воно може виглядати інакше. Так, з того, що піднялося над хмарами, відкривається зовсім інший вигляд, ніж із землі в цей час.
Ясно небо — блакитне, але варто набігти хмарам — і воно стає сірим, свинцевим чи брудно-білим. Нічне небо – чорне, іноді на ньому можна помітити рудуваті ділянки. Це відсвіт штучного освітлення міста. Причина всіх подібних змін - світло та його взаємодія з повітрям та частинками різних речовин у ньому.
Природа кольору
Для того щоб відповісти на питання про те, чому небо блакитне з погляду фізики, потрібно згадати про те, що є кольором. Це хвиля певної довжини. Світло, що йде від Сонця до Землі, бачиться як біле. Ще з експериментів Ньютона відомо, що являє собою пучок із семи променів: червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього та фіолетового. Кольори відрізняються довжиною хвилі. Червоно-жовтогарячий спектр включає хвилі, найбільш значні за цим параметром. Частини спектру характеризуються короткою довжиною хвилі. Розкладання світла на спектр відбувається при зіткненні його з молекулами різних речовин, причому частина хвиль може бути поглинена, а частина — розсіяна.
Дослідження причини
Багато вчених намагалися пояснити, чому небо блакитне, з погляду фізики. Усі дослідники прагнули виявити явище чи процес, що у атмосфері планети розсіює світло в такий спосіб, що у результаті до нас доходить лише блакитний. Першими кандидатами на роль таких частинок були і води. Вважалося, що саме вони поглинають червоне світло та пропускають блакитне, а в результаті ми бачимо небо синього кольору. Підрахунки, що послідували, однак, показали, що тієї кількості озону, кристалів льоду і молекул водяної пари, яка є в атмосфері, недостатньо для надання небу блакитного кольору.
Причина у забрудненні
На наступному етапі досліджень Джоном Тіндаллом було висловлено припущення, що роль часток, що шукаються, грає пил. Синє світло має найбільшу стійкість до розсіювання, а тому здатне пройти крізь усі шари пилу та інших завислих частинок. Тіндал провів експеримент, який підтвердив його припущення. Він створив в умовах лабораторії модель смогу та висвітлив її яскравим білим світлом. Зміг набув блакитного відтінку. Вчений зробив однозначний висновок зі свого дослідження: колір неба визначається частинками пилу, тобто якби повітря Землі було чистим, то над головами людей світилися не блакитні, а білі небеса.
Дослідження лорда
Остаточну точку в питанні про те, чому небо блакитне (з погляду фізики) поставив англійський учений, лорд Д. Релей. Він довів, що не пил чи зміг забарвлює простір над головою у звичний для нас відтінок. Справа в самому повітрі. Молекули газу поглинають велику і насамперед найдовші хвилі, еквівалентні червоному. Синій при цьому розсіюється. Саме так і сьогодні пояснюється те, якого кольору ми бачимо в ясну погоду.
Уважні помітять, що, слідуючи логіці вчених, купол над головою має бути фіолетовим, оскільки саме цей колір має найкоротшу довжину хвилі у видимому діапазоні. Однак це не помилка: частка фіолетового в спектрі значно менша, ніж синього, та й очі людини чутливіші саме до останнього. По суті, видимий нами блакитний результат змішання синього з фіолетовим і деякими іншими кольорами.
Захід сонця та хмари
Всі знають, що в різний часдіб можна побачити різний колірнебо. Фото найкрасивіших заходів сонця над морем чи озером — чудова ілюстрація цього. Різні відтінки червоного і жовтого в поєднанні з блакитним і темно-синім роблять подібне видовище незабутнім. А пояснюється воно тим самим розсіюванням світла. Справа в тому, що під час заходу сонця і світанку сонячним променям доводиться долати набагато більший шлях крізь атмосферу, ніж у розпал дня. При цьому світло синьо-зеленої частини спектру розсіюється в різні боки та хмари, розташовані біля лінії горизонту, стають забарвленими у відтінки червоного.
Коли небо закривають хмари, картина змінюється. не в змозі подолати щільний шар, і більшість їх просто не досягає землі. Промені, що зуміли пройти крізь хмари, зустрічаються з водними краплями дощу та хмар, які знову спотворюють світло. В результаті всіх цих перетворень до землі доходить біле світло, якщо хмари невеликі за розміром, і сірий, коли небо закривають значні хмари, які вдруге поглинають частину променів.
Інші небеса
Цікаво, що на інших планетах Сонячна системапри погляді з поверхні можна побачити небо, дуже відмінне від земного. На космічних об'єктах, обділених атмосферою, сонячне проміння вільно досягає поверхні. В результаті небо тут чорне, без будь-якого відтінку. Таку картину можна побачити на Місяці, Меркурії та Плутоні.
Марсіанське небо має червоно-жовтогарячий відтінок. Причина цього у пилу, якої насичена атмосфера планети. Вона пофарбована в різні відтінкичервоного та помаранчевого. Коли Сонце піднімається над горизонтом, марсіанське небо стає рожево-червоним, при цьому ділянка його, що безпосередньо оточує диск світила, бачиться блакитним або навіть фіолетовим.
Небо над Сатурном того самого кольору, як на Землі. Над Ураном простягаються аквамаринові небеса. Причина криється в метановій серпанку, розташованій у верхніх планетах.
Венеру від очей дослідників приховує щільний шар хмар. Він же не дозволяє дійти до поверхні планети променям синьо-зеленого спектру, тому небо тут жовто-жовтогаряче з сірою смужкою вздовж горизонту.
Дослідження денного простору над головою розкриває не менше чудес, аніж вивчення зоряного неба. Розуміння процесів, що протікають у хмарах і за ними, допомагає зрозуміти причину досить звичних для обивателя речей, які, проте, пояснити з ходу може далеко не кожен.
Коли вітер накидає на гарне блакитне небо білу пухнасту прозору накидку, люди все частіше починають поглядати нагору. Якщо воно при цьому ще й надягає на себе велику сіру шубу зі срібними нитками дощу, то оточуючі ховаються від парасольок. Якщо вбрання темно-фіолетового кольору, всі сидять вдома і бажають побачити сонячне блакитне небо.
І тільки коли з'являється таке довгоочікуване сонячне блакитне небо, яке одягає на себе сліпуче блакитна сукня, прикрашене золотистим сонячним промінням, люди радіють - і посміхаючись, залишають будинки в очікуванні хорошої погоди.
Питання, чому небо блакитне, хвилювало людські уми ще з незапам'ятних часів. Грецькі легенди знайшли свою відповідь. Вони стверджували, що цей відтінок йому надає найчистіший гірський кришталь.
За часів Леонардо да Вінчі та Ґете також шукали відповідь на запитання, чому небо блакитне. Вони вважали, що блакитний колір неба виходить при змішуванні світла з темнотою. Але пізніше ця теорія була спростована як неспроможна, оскільки виявилося, що комбінуючи ці кольори можна отримати лише тони сірого спектру, але ніяк не кольорового.
Через деякий час відповідь на питання, чому небо блакитне, спробували пояснити у 18 столітті Маріотт, Бугер та Ейлер. Вони вважали, що це природний колір частинок, у тому числі складається повітря. Ця ця теорія була популярна навіть на початку наступного століття, особливо коли було встановлено, що рідкий кисень – блакитного, а рідкий озон – синього тонів.
Першим більш-менш тямущу ідею подав Соссюр, який припустив, щоб якби повітря було повністю чистим, без домішок, небо виявилося б чорним. Але оскільки атмосфера містить у собі різні елементи (наприклад, пару чи водяні краплі), всі вони, відбиваючи колір, надають небу потрібний відтінок.
Після цього вчені почали все ближче і ближче підбиратися до істини. Араго відкрив поляризацію, одну з характеристик розсіяного світла, що відбивається від неба. У цьому відкритті вченому допомогла фізика. Пізніше шукати відповідь взялися й інші дослідники. При цьому питання, чому небо блакитне настільки цікавило вчених, що для його з'ясування було проведено велика кількістьрізних експериментів, які призвели до думки, що Головна причинаПоява блакитного кольору в тому, що промені нашого Сонця просто розсіюються в атмосфері.
Пояснення
Першим, хто створив математично обґрунтовану відповідь молекулярного розсіювання світла, виявився британський дослідник Релей. Він висунув припущення, що світло розсіюється не через домішки, які має атмосфера, а через самі молекули повітря. Його теорія отримала розвиток – і ось яких висновків дійшли вчені.
Сонячні промені пробиваються Землю через її атмосферу (товстий шар повітря), так звану повітряну оболонку планети. Темне небо повністю наповнене повітрям, яке незважаючи на те, що повністю прозоре, порожнечею не є, а складається з молекул газу – азоту (78%) та кисню (21%), а також водяних крапель, пари, крижаних кристалів та невеликих шматочків твердого матеріалу (наприклад, частинок пилу, сажі, попелу, океанської солі тощо).
Деяким променям вдається вільно пройти між газовими молекулами, повністю минаючи їх, а тому без змін досягти поверхні нашої планети, але більшість променів стикаються з газовими молекулами, які приходять у збуджений стан, отримують енергію і випускають у різні боки різнокольорові промені, повністю забарвлюючи небо, внаслідок чого ми бачимо сонячне блакитне небо.
Біле світло саме по собі складається з усіх кольорів веселки, яку нерідко можна побачити, коли воно розкладається на складові. Так вийшло, що молекули повітря найбільше розсіюють синій та фіолетовий кольори, оскільки вони є найкоротшою частиною спектру, оскільки мають найменшу довжину хвилі.
При змішуванні в атмосфері синього та фіолетового кольорів з невеликою кількістю червоного, жовтого та зеленого небо починає «світитися» блакитним кольором.
Оскільки атмосфера нашої планети не однорідна, а досить різна (біля поверхні Землі щільніша, ніж нагорі), вона має різну структуру та властивості, ми можемо спостерігати переливи блакитного кольору. Перед заходом сонця або сходом, коли довжина сонячних променів значно збільшується, сині і фіолетові кольори розсіюються в атмосфері і до поверхні нашої планети абсолютно не доходять. Успішно дістаються жовто-червоні хвилі, які ми й спостерігаємо на небосхилі в цей період часу.
У нічний час, коли сонячні промені, потрапляючи на певний бік планети, не мають жодної можливості, атмосфера там стає прозорою, і ми бачимо «чорний» космос. Саме таким його бачать астронавти, які перебувають над атмосферою. Варто зауважити, що космонавтам пощастило, адже коли вони перебувають понад 15 км над поверхнею землі, вдень вони можуть одночасно спостерігати за Сонцем та зірками.
Забарвлення неба на інших планетах
Оскільки колір піднебіння багато в чому залежить від атмосфери, немає нічого дивного в тому, що на різних планетах воно різного кольору. Цікаво, що такого ж кольору, як на нашій планеті, атмосфера Сатурна.
Дуже красивого аквамаринового кольору неба Урана. Атмосфера на ньому складається в основному з гелію та водню.У ній також присутній метан, який повністю поглинає червоний та розсіює зелений та блакитний кольори. Синього кольоруНебеса Нептуна: в атмосфері цієї планети немає стільки гелію і водню, як наша, але багато метану, який нейтралізує червоне світло.
Атмосфера на Місяці, супутнику Землі, а також на Меркурії та Плутоні повністю відсутня, отже, світлові промені не відбиваються, тому небесне склепіння тут чорне, а зірки легко помітні. Сині та зелені кольорисонячні промені повністю поглинаються атмосферою Венери, і коли Сонце біля горизонту, небеса тут жовті.
Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версіяроботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF
Граючи на вулиці, я одного разу звернув увагу на небо, воно було незвичайне: бездонне, нескінченне та блакитне, блакитне! І лише хмари трохи прикривали цей блакитний колір. Я задумався, а чому небо пофарбоване у блакитний колір? Відразу згадалася пісенька лисиці Аліси з казки про Буратіно «Яке небо блакитне…!» і урок географії, де ми, вивчаючи тему «Погода», описували стан неба, і теж говорили, що воно блакитного кольору. То все-таки, чому небо блакитне? Прийшовши додому, я поставив це питання мамі. Вона мені розповіла, що, коли люди плачуть, вони просять у неба допомоги. Небо забирає їх сльозинки, тому воно як озеро стає блакитним. Але розповідь мами не задовольнила моє запитання. Я вирішив з'ясувати у своїх однокласників та вчителів, чи знають вони, чому небо блакитне? В анкетуванні взяли участь 24 учні та 17 педагогів. Опрацювавши анкети, отримали такі результати:
У школі на уроці географії це питання я поставив вчителю. Вона мені відповіла, що колір неба можна легко пояснити з погляду фізики. Це називається дисперсією. З вікіпедії я дізнався, що дисперсія – це процес розкладання світла на спектр. Вчитель з географії Лариса Борисівна запропонувала мені поспостерігати за цим явищем досвідченим шляхом. І ми вирушили до кабінету фізики. Василь Олександрович, викладач фізики, нам охоче погодився в цьому допомогти. За допомогою спеціального обладнання мені вдалося простежити, як відбувається процес дисперсії в природі.
Для того, щоб знайти відповідь на питання, чому небо блакитне ми вирішили провести дослідження. Так виникла ідея написання проекту. З моїм керівником ми визначили тему, мету та завдання дослідження, висунули гіпотезу, визначили методи дослідження та механізми реалізації нашої ідеї.
Гіпотеза: Світло на Землю посилає Сонце і найчастіше, коли ми дивимося на нього, воно нам здається сліпучо білим. Значить, і небо має бути білого кольору? Але насправді небо синє. У результаті дослідження знайдемо пояснення цим протиріччям.
Ціль: знайти відповідь на питання, чому небо блакитне та з'ясувати, від чого залежить його колір.
Завдання: 1. Ознайомитися з теоретичним матеріалом на тему
2. Експериментально вивчити явище дисперсії світла
3. Поспостерігати за кольором неба у різний час доби та за різної погоди
Об'єкт дослідження: небо
Предмет:світло та колір неба
Методи дослідження:аналіз, експеримент, спостереження
Етапи роботи:
1. Теоретичний
2. Практичний
3. Заключний: висновки на тему дослідження
Практичне значення роботи: матеріали дослідження можна використовувати на уроках географії та фізики як навчальний модуль.
2. Основна частина.
2.1. Теоретичні аспекти проблеми. Явище синього небаз погляду фізики
Чому небо блакитне – дуже важко знайти відповідь на таке просте запитання. Спочатку дамо визначення поняття. Небо – простір над Землею чи поверхнею будь-якого іншого астрономічного об'єкта. У цілому нині, небом зазвичай називають панораму, що відкривається при погляді із Землі (чи іншого астрономічного об'єкта) у бік космосу.
Багато вчених ламали собі голови у пошуках відповіді. Леонардо да Вінчі, спостерігаючи за вогнем у каміні, писав: «Світло поверх темряви стає синім». Але сьогодні відомо, що злиття білого та чорного кольору дає сірий колір.
Мал. 1. Гіпотеза Леонардо да Вінчі
Ісаак Ньютон майже пояснив колір неба, правда, для цього йому довелося припустити, що краплі води, що містяться в атмосфері, мають тонкі стінки на кшталт мильних бульбашок. Але виявилося, що ці краплі є сферами, отже, немає товщини стінки. Так мильна бульбашка Ньютона і луснула!
Мал. 2. Гіпотеза Ньютона
Найкраще вирішення проблеми близько 100 років тому запропонував англійський фізик лорд Джон Релей. Але розпочнемо спочатку. Сонце випромінює сліпуче біле світло, отже і колір неба має бути таким самим, але воно все-таки блакитне. Що відбувається з білим світлом у атмосфері? Він, проходячи через атмосферу, як через призму, розпадається на сім кольорів. Вам, напевно, відомі ці рядки: кожен мисливець бажає знати, де сидить фазан. У цих пропозиціях приховано глибоке значення. Вони представляють нам основні кольори у спектрі видимого світла.
Мал. 3. Спектр білого світла.
Найкраща природна демонстрація цього спектру, звичайно ж, веселка.
Мал. 4 Спектр видимого світла
Видимий світло - це електромагнітне випромінювання, хвилі якого мають різну довжину. Є і не видиме світло, його наше око не сприймає. Це ультрафіолетовий та інфрачервоний. Ми його не бачимо, тому що його довжина або надто велика, або надто мала. Бачити світло, значить сприймати його колір, а ось який колір ми побачитимемо, залежить від довжини хвилі. Найдовші видимі хвилі – червоні, а найкоротші – фіолетові.
Від довжини хвилі залежить ще й здатність світла до розсіювання, тобто до поширення в середовищі. Червоні світлові хвилі розсіюються гірше за всіх, а от синій і фіолетовий кольори мають високу здатність до розсіювання.
Мал. 5. Здатність світла до розсіювання
І, нарешті, ми наблизилися впритул до відповіді на наше запитання, а чому ж небо блакитне? Як уже говорилося вище, білий колір- це суміш усіх можливих кольорів. при зіткненні з молекулою газу, кожен із семи колірних компонентів білого світла розсіюється. При цьому світло з довшими хвилями розсіюється гірше, ніж світло з короткими хвилями. Через це у повітрі залишається у 8 разів більше синього спектру, ніж червоного. Хоча найкоротша хвиля у фіолетового кольору, небо все одно здається блакитним через змішування фіолетових та зелених хвиль. Крім того, наші очі краще сприймають блакитний колір, ніж фіолетовий, за однакової яскравості обох. Саме ці факти й визначають колірну гамунеба: атмосфера буквально наповнена променями синьо-блакитного кольору.
Однак небо блакитне не завжди. Протягом дня ми бачимо небо синім, блакитним, сірим, увечері – червоним (Додаток 1).Чому захід сонця червоний? Під час заходу сонця Сонце наближається до горизонту, і сонячний проміньспрямований до Землі не вертикально, як удень, а під кутом. Тому шлях, який він проходить через атмосферу, набагато більший за те, що він проходить вдень, коли Сонце стоїть високо. Через це синьо-блакитний спектр поглинається в атмосфері, не доходячи до Землі, а довші світлові хвилі червоного спектру сягають поверхні Землі, забарвлюючи небо в червоні та жовті тони. Зміна кольору небо вочевидь пов'язані з обертанням Землі навколо своєї осі, отже кутом падіння світла Землю.
2.2. практичні аспекти. Експериментальний шлях вирішення проблеми
У кабінеті фізики я познайомився з приладом спектрографа. Василь Олександрович, вчитель фізики, розповів мені принцип роботи даного приладу, після чого я самостійно провів досвід, який називається дисперсія. Промінь білого світла, проходячи через призму, заломлюється і на екрані ми бачимо веселку (Додаток 2).Цей досвід допоміг мені зрозуміти, як на небі з'являється цей дивовижний витвір природи. За допомогою спектрографа вчені сьогодні можуть отримувати інформацію про склад та властивості різних речовин.
Фото 1. Демонстрація досвіду дисперсії у
кабінеті фізики
Отримати веселку мені захотілося й у домашніх умовах. Мій учитель географії, Лариса Борисівна розповіла, як це можна зробити. Аналогом спектрографа стали скляна ємність із водою, дзеркало, ліхтарик та білий аркуш паперу. У ємність із водою поміщаємо дзеркало, ззаду ємності ставимо білий аркуш паперу. Направляємо на дзеркало світло ліхтарика так, щоб відбите світло падало на папір. На аркуші паперу знову з'явилася веселка! (Додаток 3).Досвід краще проводити у затемненій кімнаті.
Ми вже говорили вище, що біле світло по суті вже містить у собі всі кольори веселки. Переконатися в цьому і, зібрати всі кольори назад у білий, можна зробивши райдужний дзига (Додаток 4).Якщо його сильно розкрутити, кольори зливатимуться і диск набуде білого кольору.
Незважаючи на наукове поясненняУтворення веселки, це явище залишається одним із загадкових оптичних видовищ в атмосфері. Дивіться та насолоджуйтесь!
3. Висновок
У пошуках відповіді на дитяче запитання, що так часто задається батькам «Чому небо блакитне?» я дуже багато дізнався для себе цікавого та повчального. Суперечності в нашій гіпотезі сьогодні мають наукове пояснення:
Весь секрет у кольорі неба у нашій атмосфері – у повітряній оболонці планети Земля.
Білий промінь сонця, проходячи через атмосферу, розпадається на промені семи кольорів.
Червоні та помаранчеві промені – найдовші, а блакитні – найкоротші.
Блакитні промені менше за інші досягають Землі, і небо виявляється завдяки цим променям пронизане блакитним кольором.
Небо не завжди пофарбоване в блакитний колір, і це пов'язане з осьовим рухом Землі.
Досвідченим шляхом нам вдалося наочно уявити та зрозуміти, як відбувається дисперсія у природі. на класній годиніу школі я розповів своїм однокласникам, чому небо має блакитний колір. Також було цікаво дізнатися, де можна спостерігати явище дисперсії у нашій повсякденному житті. Я знайшов кілька практичних областей застосування цього унікального явища (Додаток 5).Надалі мені хотілося б і надалі вивчати небо. Скільки ще воно таїть у собі загадок? Які явища ще відбуваються в атмосфері і яка їхня природа? Як вони впливають на людину та все живе на Землі? Можливо, це будуть теми моїх майбутніх досліджень.
Список літератури
1. Вікіпедія – вільна енциклопедія
2. Л.А. Малікова. Електронний посібник з фізики «Геометрична оптика»
3. Перишкін А.В. фізика. 9 клас. Підручник М: Дрофа, 2014, с.202-209
4. htt; / www. voprosy-kak-ipochemu.ru
5. Особистий фото-архів «Небо над Голишмановим»
Додаток 1.
«Небо над Голишмановим»(особистий фото архів)
Додаток 2.
Дисперсія світла за допомогою спектрографа
Додаток 3.
Дисперсія світла в домашніх умовах
«райдуга»
Додаток 4.
Райдужний дзига
Дзига в стані спокою Дзига в процесі обертання
Додаток 5.
Дисперсія у житті людини
Діамант Вогні на борту літака
Фари автомобіля
Світловідбивні знаки
Колір неба при різних станахпогоди буває різним, змінюючись від білуватого до інтенсивно синього. Теорія, яка пояснює колір піднебіння була розроблена Релеєм.
За цією теорією колір неба пояснюється тим, що промені сонця, багаторазово відбиваючись від молекул повітря і найдрібніших частинок пилу, розсіюються в атмосфері. Світлові хвилі різної довжини розсіюються молекулами неоднаково: молекули повітря розсіюють переважно короткохвильову частину видимого сонячного діапазону, тобто. блакитні, сині та фіолетові промені, а так як інтенсивність фіолетової частини спектру невелика порівняно з блакитною та синьою частинами, то небо і представляється блакитним або синім.
Значна яскравість небесного склепіння пояснюється лише тим, що земна атмосфера має значну товщу і світло розсіюється величезним числом молекул.
На великих висотах, наприклад, при спостереженнях з космічних кораблів, Над головою спостерігача залишаються розряджені шари атмосфери з меншим числом молекул, що розсіюють світло, а отже, і яскравість небесного склепіння зменшується. Небо здається темнішим, його колір зі збільшенням висоти змінюється. Небо здається темнішим, його колір зі збільшенням висоти змінюється від темно-синього до темно-фіолетового. Вочевидь, що у ще більших висотах і поза атмосфери небо представляється спостерігачеві чорним.
Якщо повітря містить велику кількість щодо великих частинок, то ці частинки розсіюють і довші світлові хвилі. У цьому випадку небо набуває білуватий колір. Великі водяні краплі, або водяні кристали, з яких складаються хмари, приблизно однаково розсіюють всі спектральні кольори, і хмарне небомає тому блідо-сірий колір.
Це підтверджують проведені спостереження, під час яких відзначалися метеорологічні умови та відповідний колір неба над Новокузнецьким містом.
Характерні відтінки у кольорі піднебіння 28-29 листопада зумовлені присутністю промислових викидів, які концентруються у повітрі зі зниженням температури та відсутністю вітру.
На колір піднебіння впливає характер і колір земної поверхні, а також щільність атмосфери.
Експоненційний закон зменшення щільності атмосфери з висотою.
Барометрична формула описує спадання щільності атмосфери з висотою в загальних рисах; вона не враховує вітру, конвекційних потоків, змін температури. Крім того, висота не повинна бути занадто великою, щоб можна було нехтувати залежністю прискорення g від висоти.
Барометричну формулу пов'язують з ім'ям австрійського фізика Людвіга Больцмана. Але перші вказівки на експоненційний характер зменшення щільності повітря з висотою містилися фактично в дослідженнях Ньютона з рефракції світла в атмосфері і були використані при складанні уточненої таблиці рефракції.
Графіки, наведені, показують, як у процесі дослідження астрономічної рефракції уточнювалися уявлення про загальний характер зміни показника заломлення атмосфери з висотою.
- відповідає теорії Кеплера
- первісної ньтонівської теорії рефракції
- уточненої ньютонівської та сучасної теоріїрефракції світла в атмосфері
Рефракція світла в атмосфері
Атмосфера є оптично неоднорідним середовищем, тому траєкторія світлового променя в атмосфері завжди певною мірою криволінійна. Викривлення світлових променів під час проходження через атмосферу називають рефракцією світла у атмосфері.
Розрізняють астрономічну та земну рефракцію. У першому випадку розглядається викривлення світлових променів, що приходять до земного спостерігача від небесних тіл. У другому випадку розглядається викривлення світлових променів, які приходять до спостерігача від земних об'єктів. В обох випадках внаслідок викривлення світлових променів спостерігач може бачити об'єкт не в тому напрямку, що відповідає дійсності; об'єкт може здаватися спотвореним. Можливе спостереження об'єкта навіть тоді, коли той фактично знаходиться за лінією горизонту. Таким чином, рефракція світла у земній атмосфері може призводити до своєрідних обманів зору.
Припустимо, що атмосфера складається із набору оптично однорідних горизонтальних шарів однакової товщини; показник заломлення стрибком змінюється від одного шару до іншого, поступово збільшуючись у напрямку від верхніх шарівдо нижніх. Така чисто умоглядна ситуація показана.
Насправді щільність атмосфери, отже, і його показник заломлення змінюються з висотою не стрибками, а безперервно. Тому траєкторія світлового променя є не ламаною, а кривою лінією.
Припустимо, що зображений на малюнку промінь проходить до спостерігача від деякого небесного об'єкта. Якби не було рефракції світла в атмосфері, цей об'єкт був би видно спостерігачеві під кутом ά . Внаслідок рефракції спостерігач бачить об'єкт не під кутом ά, а під кутом φ. Оскільки φ ά, то об'єкт здається вище над горизонтом, ніж це є насправді. Інакше кажучи, зенітна відстань об'єкта, що спостерігається, менше дійсної зенітної відстані. Різниця Ώ = ά - φ називають кутом рефракції.
Згідно з сучасними даними максимальний кут рефракції становить 35".
Коли спостерігач стежить за заходом Сонця і бачить, як нижній край світила торкнувся лінії горизонту, насправді в Наразіцей край вже знаходиться на 35" нижче лінії горизонту. Цікаво, що верхній край сонячного диска піднімається рефракцією слабше - тільки на 29". Тому Сонце, що заходить, здається трохи сплюснутим по вертикалі.
Дивне в сонячних заходах сонця
Розглядаючи рефракцію світла, необхідно враховувати поряд із систематичною зміною щільності повітря з висотою також і ряд додаткових факторів, багато з яких мають досить випадковий характер. Йдеться вплив на показник заломлення повітря конвекційних потоків і вітру, температури повітря у різних точках атмосфери над різними ділянками земної поверхні.
Особливості стану атмосфери і насамперед особливості прогрівання атмосфери в нижніх її шарах над різними ділянками земної поверхні призводять до своєрідності спостережуваних заходів Сонця.
Сліпа смуга. Іноді Сонце здається не за лінію горизонту, а за деяку невидиму лінію, що знаходиться над горизонтом. Таке явище спостерігається без будь-якої хмарності на горизонті. Якщо в цей час піднятися на вершину пагорба, то можна спостерігати ще дивнішу картину: тепер Сонце заходить за лінію горизонту, але при цьому сонячний диск виявляється ніби перерізаним горизонтальною сліпою смугою, положення якої по відношенню до лінії горизонту зберігається незмінним. Ці незвичайні сонячні заходи можна побачити, за словами очевидців, у різних географічних областях, наприклад, у п. Великий камінь Приморського краю та Сочі Краснодарського краю.
Така картина спостерігається, якщо повітря біля самої Землі виявляється холодним, а вище знаходиться шар відносно теплого повітря. У цьому випадку показник заломлення повітря змінюється з висотою приблизно так, як показано на графіці; перехід від нижнього холодного шару повітря до теплого, що лежить над ним, може призводити до досить різкого спаду показника заломлення. Для простоти приймемо, що цей спад відбувається стрибком і тому між холодним і теплим шарами існує чітко виражена поверхня розділу, що знаходиться на певній висоті h1 над поверхнею Землі. На малюнку через nx позначено показник заломлення повітря у холодному шарі, а через nт – у теплому шарі поблизу кордону з холодним.
Показник заломлення повітря дуже мало відрізняється від одиниці, тому для більшої наочності по вертикальній осі на цьому малюнку відкладено значення не самого показника заломлення, яке перевищення над одиницею, тобто. різницю n-1.
Картина зміни показника заломлення, представлена на рис.4б), використана при побудові ходу променів на малюнку 5, де зображені частина поверхні земної кулі і шар холодного повітря, що примикає до неї, товщиною hο.
Якщо поступово збільшувати φ починаючи від нуля, при цьому кут α2 також буде збільшуватися. Припустимо, що при деякому значенні φ = φ кут α2 стає рівним граничному куту αο , що відповідає повному внутрішньому відображенню на межі холодного та теплого шарів; у цьому випадку sin α1 = 1. Куту αο відповідає малюнку 5 промінь ВА; він утворює з горизонталлю кут β = 90 - φ '. До спостерігача нічого очікувати потрапляти промені, які увійдуть у холодний шар точках, кутова висота яких над горизонтом менше, ніж кутова висота точки, тобто. менше кута β. Тим самим одержує пояснення сліпа смуга.
Зелений промінь. Зеленим променем називають дуже ефектний спалах зеленого світла, що спостерігається іноді при заході та сході Сонця. Тривалість спалаху становить лише 1-2сек. Явище полягає в наступному: якщо Сонце заходить при ясному небі, то за достатньої прозорості повітря іноді можна спостерігати, як остання видима точка Сонця швидко змінює свій колір від блідо-жовтого або оранжево-червоного до яскраво-зеленого. При сході Сонця можна спостерігати те саме явище, але з зворотним порядкомчергування кольорів.
Виникнення зеленого променя можна пояснити, якщо взяти до уваги зміну показника заломлення із частотою світла.
Зазвичай показник заломлення зростає із збільшенням частоти. Промені з більш високою частотою заломлення сильніші. Отже, синьо-зелені промені зазнають сильнішої рефракції порівняно з червоними променями.
Припустимо, що рефракція світла у атмосфері є, а розсіювання світла немає. У цьому випадку верхній та нижній краї сонячного диска поблизу лінії горизонту мали б бути пофарбованими у кольори веселки. Нехай у спектрі сонячного світла є лише два кольори – зелений та червоний; «білий» сонячний диск можна розглядати в даному випадкуу вигляді накладених один на одного зеленого та червоного дисків. Рефракція світла в атмосфері піднімає над горизонтом зелений диск більшою мірою, ніж червоний. Тому спостерігач мав би бачити західне Сонце таким, яким воно показано на рис. 6а). Верхній крайсонячного диска був би зеленим, а нижній червоним; у центральній частині диска спостерігалося б змішання кольорів, тобто. спостерігався б білий колір.
Насправді ж не можна не враховувати розсіювання світла в атмосфері. Воно призводить до того, що з світлового пучка, що йде від Сонця, вибувають ефективніше промені з вищою частотою. Так що зеленої облямівки зверху диска не буде видно, а весь диск виглядатиме не білим, а червонуватим. Якщо, однак, майже весь сонячний диск пішов за обрій, залишився лише найвищий його краєчок, і при цьому стоїть ясна і тиха погода, повітря чисте, то в цьому випадку спостерігач може побачити яскраво-зелений край Сонця разом із розсипом яскравих зелених променів.
