Sokáig délibábok, pislákoló alakok a levegőben, riadt és rémült emberek. Napjainkban a tudósok a természet számos titkát feltárták, beleértve az optikai jelenségeket is. Nem lepik meg őket a természeti rejtélyek, amelyek lényegét régóta tanulmányozták. A középiskolában ma már 8. osztályban tanítják az optikai jelenségeket fizikából, így minden tanuló megértheti azok természetét.
Alapfogalmak
Az ókor tudósai úgy vélték, hogy az emberi szem úgy lát, hogy megtapintja a legvékonyabb csápokkal rendelkező tárgyakat. Az optika akkoriban a látás tanulmányozása volt.
A középkorban az optika a fényt és annak lényegét tanulmányozta.
Ma az optika a fizika része, amely a fény terjedését különböző médiumokon és más anyagokkal való kölcsönhatását vizsgálja. A látással kapcsolatos összes kérdést a fiziológiai optika tanulmányozza.
Az optikai jelenségek a fénysugarak által végrehajtott különféle cselekvések megnyilvánulásai. Ezeket a légköri optika tanulmányozza.
Szokatlan folyamatok a légkörben
A Föld bolygót egy légkörnek nevezett gáznemű héj veszi körül. Vastagsága több száz kilométer. A Földhöz közelebb a légkör sűrűbb, iránybanfelfelé ritka. A légköri héj fizikai tulajdonságai folyamatosan változnak, a rétegek keverednek. Változtassa meg a hőmérsékletet. Sűrűség, átlátszóság eltolás.
A fénysugarak a Napból és más égitestekből a Föld felé mennek. Áthaladnak a Föld légkörén, amely sajátos optikai rendszerként szolgál számukra, megváltoztatva a jellemzőit. A fénysugarak visszaverődnek, szétszóródnak, áthaladnak a légkörön, megvilágítják a földet. Bizonyos körülmények között a sugarak útja meggörbül, így különféle jelenségek lépnek fel. A fizikusok a legeredetibb optikai jelenségeknek tartják:
- napfény naplemente;
- a szivárvány megjelenése;
- északfény;
- mirage;
- halo.
Nézzük meg őket közelebbről.
Haló a Nap körül
A „halo” szó görögül „kört” jelent. Milyen optikai jelenség áll mögötte?
A halo a sugarak törésének és visszaverődésének folyamata, amely a magas légkörben lévő felhőkristályokban fordul elő. A jelenség fényes sugaraknak tűnik a Nap közelében, amelyet egy sötét intervallum korlátoz. A halók általában a ciklonok előtt keletkeznek, és ezek előfutárai lehetnek.
A vízcseppek megfagynak a levegőben, és a megfelelő prizma alakot veszik fel, hat oldalúan. Mindenki ismeri az alsó légköri rétegekben megjelenő jégcsapokat. A tetején az ilyen jégtűk szabadon esnek függőleges irányban. A kristályos jégtáblák forognak, leereszkednek a földre, miközben párhuzamosan helyezkednek ela földhöz való viszony. Az ember a látást kristályokon keresztül irányítja, amelyek lencsékként működnek és megtörik a fényt.
A többi prizma lapos vagy hat sugarú csillagnak tűnik. Előfordulhat, hogy a kristályokra eső fénysugarak nem törnek meg, és nem tapasztalnak számos más folyamatot. Ritkán fordul elő, hogy minden folyamat jól látható legyen, általában a jelenség egyik vagy másik része tisztábban jelenik meg, míg mások rosszul ábrázolódnak.
A kis halo egy kör a Nap körül, amelynek sugara körülbelül 22 fok. A kör színe belülről vöröses, majd sárgába, fehérbe folyik és keveredik a kék égbolttal. A kör belső területe sötét. A levegőben repülő jégtűkben a fénytörés eredményeként jön létre. A prizmákban lévő sugarak 22 fokos szögben eltérnek, így a kristályokon áthaladók 22 fokkal eltérültnek tűnnek a szemlélő számára. Ezért a belső tér sötétnek tűnik.
A vörös szín kevésbé törik meg, így a legkevésbé tér el a naptól. A következő a sárga. A többi sugár keveredik, és fehérnek tűnik.
A 22 fokos fényudvar körül 46 fokos fényudvar található. Belső része is vöröses, mert a fény a nap felé 90 fokos szögben álló jégtűkben megtörik.
A 90 fokos glória is ismert, halványan világít, szinte nincs színe, vagy kívülről pirosra színeződött. A tudósok még nem tanulmányozták teljesen ezt a fajtát.
Halo a Hold körülés más fajok
Ez az optikai jelenség gyakran látható, amikor könnyű felhők és sok miniatűr kristályos jégtábla van az égen. Minden ilyen kristály egyfajta prizma. Alapvetően az alakjuk hosszúkás hatszög. A fény behatol az elülső kristályos tartományba, és az ellenkező részből kilépve 22 fokkal megtörik.
Télen az utcai lámpák közelében halo látható a hideg levegőben. Egy lámpás fényéből látszik.
A Nap körül glória fagyos havas levegőben is kialakulhat. Hópelyhek vannak a levegőben, a fény áthalad a felhőkön. Az esti naplementében ez a fény pirosra vált. Az elmúlt évszázadokban a babonás emberek megrémültek az ilyen jelenségektől.
A halo úgy néz ki, mint egy szivárvány színű kör a Nap körül. Úgy tűnik, ha sok hatlapú kristály van a légkörben, de ezek nem visszaverik, hanem megtörik a napsugarakat. A legtöbb sugárzás szétszórt, nem éri el a szemünket. A többi sugár eléri az emberi szemet, és egy irizáló kört veszünk észre a Nap körül. A sugara körülbelül 22 fok vagy 46 fok.
False Sun
A tudósok megjegyezték, hogy a halokör mindig világosabb az oldalakon. Ez azzal magyarázható, hogy itt találkozik a függőleges és a vízszintes fényudvar. A kereszteződésükben hamis napok jelenhetnek meg. Ez különösen gyakran akkor fordul elő, ha a Nap közel van a horizonthoz, ilyenkor már nem látjuk a függőleges kör egy részét.
A hamis nap is optikai jelenség, egyfajta halo. Úgy tűnik, miatthat arcú, köröm alakú jégkristályok. Az ilyen kristályok függőleges irányban lebegnek a légkörben, a fény az oldalfelületükön megtörik.
A harmadik "nap" is kialakulhat, ha a halokörnek csak a felszíni része látható a valódi nap felett. Ez lehet egy ívszakasz vagy egy érthetetlen alakú világító folt. Néha a hamis napok olyan fényesek, hogy megkülönböztethetetlenek a valódi Naptól.
Szivárvány
Ez egy atmoszférikus optikai jelenség egy hiányos kör formájában, különböző színekkel.
Az ókori vallások a szivárványt az ég és a föld közötti hídnak tekintették. Arisztotelész úgy gondolta, hogy a szivárvány a napfénycseppek visszaverődése miatt jelenik meg. Melyik optikai jelenség tud még annyira tetszeni az embernek, mint a szivárvány?
A 17. században Descartes a szivárvány természetét tanulmányozta. Később Newton kísérletezett a fénnyel, és kiegészítette Descartes elméletét, de nem tudta megérteni több szivárvány kialakulását, az egyedi színárnyalatok hiányát bennük.
A szivárvány teljes elméletét a 19. században egy angliai csillagász, D. Erie mutatta be. Ő volt az, akinek sikerült feltárnia a szivárvány összes folyamatát. Az általa kidolgozott elmélet ma is elfogadott.
A szivárvány akkor jelenik meg, amikor a nap fénye eléri az esővízfüggönyt a Nappal szemközti égboltban. A szivárvány középpontja a Nap túlsó oldalán található, vagyis emberi szemmel nem látható. A szivárvány íve a körnek a központi pont körüli része.
A szivárvány színei meghatározott sorrendben vannak elhelyezve. Ő állandó. A piros a felső szélén, a lila az alsó. Közöttük a színek szigorú elrendezésben mennek. A szivárvány nem tartalmazza az összes létező színt. A zöld túlsúlya a kedvező időjárásra való átmenetet jelzi.
Aurora Borealis
Ez egy izzás a légkör felső mágneses rétegeiben a napszél atomjainak és elemeinek kölcsönös hatása miatt. Az Aurora általában zöld vagy kék, rózsaszín és piros árnyalatokkal. Lehetnek szalag vagy folt formájában. Kitöréseiket gyakran zajos hangok kísérik.
Mirage
Az egyszerű délibábos megtévesztés minden ember számára ismerős. Például fűtött aszf alton haladva délibáb jelenik meg vízfelületként. Ez senkit nem lep meg. Milyen optikai jelenség magyarázza a délibábok megjelenését? Foglalkozzunk ezzel a kérdéssel részletesebben.
A Mirage egy optikai fizikai jelenség a légkörben, melynek eredményeként a szem olyan tárgyakat lát, amelyek normál körülmények között rejtve vannak. Ez annak köszönhető, hogy a fénysugár megtörik, amikor átáramlik a levegőrétegeken. A jelentős távolságra lévő objektumok felemelkedhetnek vagy leeshetnek valódi helyükhöz képest, vagy eltorzulhatnak, és bizarr alakot ölthetnek.
Brocken Ghost
Ez egy olyan jelenség, amelyben napnyugtakor vagy napkeltekor a magaslaton tartózkodó ember árnyéka felfoghatatlan méreteket ölt, mivel a közelben lévő felhőkre esik. Ezt elmagyarázzákfénysugarak visszaverődése és törése vízcseppek által ködös körülmények között. A jelenség a németországi Harz-hegység egyik magaslatáról kapta a nevét.
St. Elmo's Fire
Ezek kék vagy lila színű világító ecsetek a tengeri hajók árbocán. Fények jelenhetnek meg hegyvidéki magasságokban, lenyűgöző magasságú épületeken. Ez a jelenség a vezetők végein fellépő elektromos kisülések miatt következik be, mivel az elektromos feszültség nő.
Ezekkel az optikai jelenségekkel foglalkozunk a 8. osztályos órákon. Beszéljünk az optikai eszközökről.
Dizájnok az optikában
Az optikai eszközök olyan eszközök, amelyek átalakítják a fénysugárzást. Általában ezek az eszközök látható fényben működnek.
Minden optikai eszköz két típusra osztható:
- Eszközök, amelyeken a kép megjelenik a képernyőn. Ezek kamerák, filmkamerák, vetítőeszközök.
- Eszközök, amelyek kölcsönhatásba lépnek az emberi szemmel, de nem képeznek képet a képernyőn. Ez egy nagyító, mikroszkóp, teleszkóp. Ezek az eszközök vizuálisnak számítanak.
A kamera egy opto-mechanikus eszköz, amellyel egy tárgy filmre rögzíthető. A kamera kialakítása tartalmaz egy kamerát és az objektívet alkotó lencséket. Az objektív fordított miniatűr képet hoz létre a tárgyról, amelyet filmre rögzítenek. Ez a fény hatásának köszönhető.
A kép kezdetben láthatatlan, de az előhívó megoldásnak köszönhetően láthatóvá válik. Ezt a képet hívjáknegatív, benne a világos helyek sötétnek tűnnek, és fordítva. Készítsen pozitívat a negatívból fényérzékeny papírra. Fényképnagyítóval a kép nagyításra kerül.
A nagyító egy lencse vagy lencserendszer, amelyet arra terveztek, hogy a tárgyakat ránézés közben felnagyítsa. A nagyítót a szem mellé helyezzük, és kiválasztjuk azt a távolságot, ahonnan a tárgy tisztán látható. A nagyító használata a tárgy látószögének növelésén alapul.
Ha nagyobb szögnagyítást szeretne elérni, használjon mikroszkópot. Ebben az eszközben a tárgyak nagyítása az optikai rendszernek köszönhető, amely egy lencséből és egy okulárból áll. Először a látószöget a lencse, majd a szemlencse növeli.
Tehát megvizsgáltuk a fő optikai jelenségeket és eszközöket, azok fajtáit és jellemzőit.
