Оптични явления: примери в природата и интересни факти

Човек постоянно се сблъсква с леки явления. Всичко, свързано с появата на светлината, нейното разпространение и взаимодействие с материята, се нарича светлинен феномен. Ярки примери за оптични явления могат да бъдат: дъга след дъжд, мълния по време на гръмотевични бури, блещукащи звезди в нощното небе, игра на светлина в поток от вода, променливост на океана и небето и много други.

Учениците получават научно обяснение на физичните явления и оптичните примери в 7-ми клас, когато започват да изучават физика. За много хора оптиката ще бъде най-очарователната и загадъчна част от програмата на училищната физика.

Какво вижда човек?

Очите на човек са подредени така, че той може да възприема само цветовете на дъгата. Днес вече е известно, че спектърът на дъгата не е ограничен до червено, от една страна, а лилаво - от друга. Инфрачервената светлина е зад червеното, ултравиолетовото е зад пурпурно. Много животни и насекоми могат да видят тези цветове, но хората, за съжаление, не могат. Но от друга страна, човек може да създава устройства, които приемат и излъчват светлинни вълни с подходяща дължина.

Пречупване на лъчи

Видимата светлина е дъга от цветове, а светлината от бял цвят, например слънчевата, е проста комбинация от тези цветове. Ако поставите призма в лъч от ярка бяла светлина, тя ще се разпадне на цветове или вълни с различна дължина, от която се състои. Червено се появява първо с още дължина на вълната след това оранжево, жълто, зелено, синьо и накрая лилаво, което има най-къса дължина на вълната във видимата светлина.

Ако вземеш друга призма, за да хванеш светлината на дъгата и да я обърнеш с главата надолу, тя ще донесе всички цветове в бяло. Има много примери за оптични явления във физиката, някои от тях ще бъдат разгледани.

Защо небето е синьо?

Младите родители често са объркани от най-простите, на пръв поглед, въпроси за малките си социални проблеми. Понякога е най-трудното да им отговорим. На практика всички примери за оптични явления в природата могат да се обяснят със съвременната наука.

Слънчевата светлина, която осветява небето през деня, е бяла, което означава, че теоретично небето също трябва да бъде ярко бяло. За да изглежда синьо, някои процеси със светлина са необходими в момента, в който преминава през атмосферата на Земята. Ето какво се случва: някои част от света преминава през свободното пространство между газовите молекули в атмосферата, достигайки земната повърхност и оставайки същия бял цвят, както в началото на пътя. Но слънчевата светлина удари върху газовите молекули, които, подобно на кислорода, се абсорбират и след това се разпръсват във всички посоки.

Атомите в газовите молекули се активират от абсорбираната светлина и отново излъчват фотони от светлина във вълни с различна дължина - от червено до лилаво. По този начин част от светлината отива до земята, а останалото се връща към Слънцето. Яркостта на излъчваната светлина зависи от цвета. За всеки фотон от червено се получават осем фотона синя светлина. Следователно синята светлина е осем пъти по-ярка от червената. Интензивната синя светлина се излъчва от всички страни на милиардите газови молекули и достига до очите ни.

Колоритна арка

Хората мислеха, че дъгите са знаци, които боговете ги изпращат. Наистина красивите многоцветни панделки винаги се появяват в небето от нищото, а след това изчезват също толкова загадъчно. Днес знаем, че една дъга е един от примерите за оптични явления във физиката, но ние не преставаме да се възхищаваме всеки път, когато го наблюдаваме в небето. Интересно е, че всеки наблюдател вижда друга дъга, създадена от лъчи светлина, идващи отзад и от дъждовните капки пред него.

От какво са направени дъгите?

Рецептата за тези оптични явления в природата е проста: водни капки във въздуха, светлина и наблюдател. Но не е достатъчно, че слънцето се появява по време на дъжда. Трябва да е ниско и наблюдателят да застане така, че слънцето да е зад него, и да погледне мястото, където отива, или просто току-що валяло.

Слънчевият лъч, идващ от далечно пространство, изпреварва дъждовна капка. Действайки като призма, дъждовната капка пречупва всеки цвят, скрит в бяла светлина. Така, когато един бял лъч минава през дъждовна капка, той внезапно се разделя на красиви цветни лъчи. Във вътрешността на капка, те се блъскат във вътрешната му стена, която действа като огледало, а лъчите се отразяват в същата посока, от която са проникнали в капката.

В резултат на това очите виждат дъга от цветове под формата на арка в небето - светлината се огъва и отразява от милиони малки дъждовни капки. Те могат да действат като малки призми, разделяйки бялата светлина в спектър от цветове. Но дъждът не винаги е необходим, за да видиш дъгата. Светлината може също да бъде пречупена от мъгла или пари от морето.

Какъв цвят е водата?

Отговорът е очевиден - водата е синя. Ако се излее чиста вода в чаша, всеки ще види прозрачността му. Това се дължи на факта, че в стъклото има твърде малко вода и цветът му е твърде бледа, за да го види.

При попълване на голям стъклен съд можете да видите естествения син нюанс на водата. Цветът му зависи от това как молекулите на водата абсорбират или отразяват светлината. Бялата светлина е съставена от дъга от цветове, а водните молекули поглъщат повечето от цветовете на спектъра от червено до зелено, което минава през тях. И синята част се отразява обратно. Така виждаме син цвят.

Изгреви и залези

Това са и примери за оптични явления, които човек наблюдава всеки ден. Когато слънцето изгрява и залязва, той насочва лъчите си под ъгъл към мястото, където се намира наблюдателят. Те имат по-дълго пътуване, отколкото когато слънцето е в разцвета си.

Слоевете въздух над повърхността на Земята често съдържат много прах или микроскопични частици на влага. Слънчеви лъчи преминават под ъгъл към повърхността и се филтрират. Червените лъчи имат най-дългата вълна на радиация и по този начин правят пътя си по-лесен до земята, отколкото сините с къси вълни, които се отхвърлят с частици прах и вода. Ето защо, по време на сутрешната и вечерната зора, човек наблюдава само част от слънчевите лъчи, които достигат земята, а именно червените.

Планета на светлината

Типична аврора е колоритен блясък в нощното небе, който може да се види всяка вечер на Северния полюс. Огромни ивици от синьо-зелена светлина, променящи се в странни форми с оранжеви и червени петна, понякога достигат до над 160 км и могат да се простират до 1600 км.

Как да обясним това оптично явление, което е толкова зрелище? Блясъците се появяват на Земята, но са причинени от процеси, протичащи в далечното Слънце.

Как върви всичко?

Слънцето е огромна газова топка, състояща се главно от водородни и хелиеви атоми. Всички те имат протони с положителен заряд и електрони, които се въртят около тях с отрицателен заряд. Постоянно ореол от горещ газ се разпространява в космоса под формата на слънчев вятър. Това безброй протони и електрони бързат със скорост от 1000 км в секунда.

Когато частиците на слънчевия вятър достигнат Земята, те са привлечени от силното магнитно поле на планетата. Земята е гигантски магнит с магнитни линии, които се събират на северния и южния полюс. Привлечените частици са разположени по тези невидими линии близо до полюсите и се сблъскват с атомите на азот и кислород, които съставляват земната атмосфера.

Някои от земните атоми губят електроните си, други са заредени с нова енергия. След сблъсък с протони и електрони на Слънцето, те отделят фотони от светлината. Например, азот, който е загубил електрони, привлича виолетова и синя светлина, а заредения азот свети с тъмночервена светлина. Зареденият кислород дава зелена и червена светлина. Така заредените частици причиняват преливане на въздуха с много цветове. Това е сиянието.

миражи

Трябва незабавно да се установи, че миражите не са плод на човешкото въображение, те дори могат да бъдат снимани, те са почти мистични примери за оптични физически явления.

Има много свидетелства за наблюдение на миражи, но науката може да даде научно обяснение за това чудо. Те могат да бъдат прости, като парче вода сред горещите пясъци, и те могат да бъдат изключително сложни чрез изграждане на видения за окачени замъци с колони или фрегати. Всички тези примери на оптични явления са създадени от играта на светлина и въздух.

Светлинните вълни се огъват, когато първо преминават през топъл, а след това студен въздух. Горещият въздух е по-разреден от студен въздух, така че молекулите му са по-активни и се отдалечават по-далече. С намаляването на температурата, движението на молекулите също намалява.

Виденията, наблюдавани през лещите на земната атмосфера, могат да бъдат силно модифицирани, компресирани, разширени или обърнати. Това е така, защото лъчите на светлината се огъват, преминавайки през топлия, а след това и студен въздух, и обратно. И тези образи, които носят със себе си светлинен поток Например, небето може да бъде отразено в горещия пясък и да изглежда като парче вода, което винаги се отдалечава, когато се приближава.

Най-често миражите могат да се наблюдават на големи разстояния: в пустини, морета и океани, където едновременно могат да се намират топли и студени въздушни слоеве с различна плътност. Това е преминаването през различни температурни слоеве, което е в състояние да изкриви светлинната вълна и да получи визия, което е отражение на нещо и представено от фантазията като реално явление.

ореол

За повечето оптични илюзии, които могат да се наблюдават с просто око, обяснението е пречупването на слънчевата светлина в атмосферата. Един от най-необичайните примери за оптични явления е слънчевото ореол. Всъщност хало е дъга около слънцето. Въпреки това, той се различава от обичайната дъга както по външен вид, така и по своите свойства.

Това явление има много разновидности, всяка от които е красива по свой собствен начин. Но за появата на всякакъв вид оптична илюзия са необходими определени условия.

Ореолът се появява в небето, когато няколко фактора съвпадат. Най-често може да се види в студено време при висока влажност. Във въздуха има голям брой ледени кристали. Разбивайки ги, слънчевата светлина се пречупва по такъв начин, че образува дъга около слънцето.

И въпреки че последните 3 примера за оптични явления лесно се обясняват от съвременната наука, за един обикновен наблюдател те често остават загадка и мистерия.

След като разгледа основните примери на оптични явления, е безопасно да се смята, че много от тях са обяснени от съвременната наука, въпреки нейната мистерия и загадъчност. Но учените все още предстоят много открития, улики за загадъчни явления, които се случват на планетата Земя и извън нея.