Po dlhú dobu fatamorgány, mihotavé postavy vo vzduchu znepokojovali a vydesili ľudí. V súčasnosti vedci odhalili mnohé tajomstvá prírody, vrátane optických javov. Neprekvapujú ich prírodné záhady, ktorých podstata je už dávno študovaná. Na strednej škole sa dnes optické javy vyučujú vo fyzike v 8. ročníku, takže každý študent môže pochopiť ich podstatu.
Základné pojmy
Vedci staroveku verili, že ľudské oko vidí hmatom predmety s najtenšími chápadlami. Optika bola v tom čase štúdiom videnia.
V stredoveku optika skúmala svetlo a jeho podstatu.
V súčasnosti je optika súčasťou fyziky, ktorá študuje šírenie svetla rôznymi médiami a jeho interakciu s inými látkami. Všetky problémy súvisiace s videním študuje fyziologická optika.
Optické javy sú prejavy rôznych činností vykonávaných lúčmi svetla. Sú študované atmosférickou optikou.
Nezvyčajné procesy v atmosfére
Planéta Zem je obklopená plynným obalom nazývaným atmosféra. Jeho hrúbka je stovky kilometrov. Bližšie k Zemi je atmosféra hustejšia, v smerenahor je riedky. Fyzikálne vlastnosti atmosférického obalu sa neustále menia, vrstvy sa miešajú. Zmeňte teploty. Posun hustoty, priehľadnosti.
Svetelné lúče idú zo Slnka a iných nebeských telies smerom k Zemi. Prechádzajú zemskou atmosférou, ktorá im slúži ako špecifický optický systém meniaci jeho vlastnosti. Svetelné lúče sa odrážajú, rozptyľujú, prechádzajú atmosférou, osvetľujú zem. Za určitých podmienok je dráha lúčov ohnutá, takže dochádza k rôznym javom. Fyzici považujú za najoriginálnejšie optické javy:
- sunshine sunset;
- vzhľad dúhy;
- severné svetlá;
- mirage;
- halo.
Pozrime sa na ne bližšie.
Halo okolo Slnka
Samotné slovo „halo“v gréčtine znamená „kruh“. Aký optický jav je za tým?
Halo je proces lomu a odrazu lúčov, ktorý sa vyskytuje v oblačných kryštáloch vysoko v atmosfére. Tento jav vyzerá ako svetelné lúče v blízkosti Slnka, obmedzené tmavým intervalom. Haló sa zvyčajne tvoria pred cyklónmi a môžu byť ich prekurzormi.
Kvapky vody zamrznú vo vzduchu a získajú správny hranolový tvar so šiestimi stranami. Každý pozná námrazu, ktorá sa objavuje v spodných vrstvách atmosféry. V hornej časti takéto ľadové ihly voľne padajú vo vertikálnom smere. Kryštalické ľadové kryhy sa otáčajú, klesajú na zem, pričom sú pozdĺžne usporiadanévzťah k zemi. Osoba riadi videnie cez kryštály, ktoré fungujú ako šošovky a lámu svetlo.
Ostatné hranoly sú ploché alebo vyzerajú ako hviezdy so šiestimi lúčmi. Lúče svetla dopadajúce na kryštály nemusia podliehať lomu alebo iným procesom. Málokedy sa stáva, že všetky procesy sú jasne viditeľné, zvyčajne sa jedna alebo druhá časť javu javí jasnejšie, zatiaľ čo iné sú slabo zastúpené.
Malé halo je kruh okolo Slnka s polomerom približne 22 stupňov. Farba kruhu je zvnútra červenkastá, potom prechádza do žltej, bielej a mieša sa s modrou oblohou. Vnútorná oblasť kruhu je tmavá. Vzniká v dôsledku lomu svetla v ľadových ihličkách lietajúcich vo vzduchu. Lúče v hranoloch sú vychýlené pod uhlom 22 stupňov, takže tie, ktoré prešli cez kryštály, sa pozorovateľovi javia ako vychýlené o 22 stupňov. Preto sa interiér javí tmavý.
Červená farba sa menej láme a je najmenej odklonená od slnka. Ďalej je žltá. Ostatné lúče sa miešajú a vyzerajú biele.
Okolo 22-stupňového halo je 46 stupňové halo. Jeho vnútorná oblasť je tiež červenkastá, pretože svetlo sa láme v ľadových ihličkách, ktoré sú otočené o 90 stupňov k slnku.
Známe aj 90-stupňové halo, ktoré slabo svieti, nemá takmer žiadnu farbu alebo je zvonka sfarbené do červena. Vedci túto odrodu ešte úplne nepreštudovali.
Halo okolo Mesiacaa iné druhy
Tento optický jav je často viditeľný, keď sú na oblohe ľahké oblaky a množstvo miniatúrnych kryštalických ľadových krýh. Každý takýto kryštál je akýmsi hranolom. Ich tvarom sú v podstate predĺžené šesťuholníky. Svetlo vstupuje do prednej kryštalickej oblasti a pri výstupe z opačnej časti sa láme o 22 stupňov.
V zime je v chladnom vzduchu pri pouličných lampách vidieť svätožiaru. Objavuje sa vo svetle lampáša.
Aureola okolo Slnka môže vzniknúť aj v mrazivom zasneženom vzduchu. Vo vzduchu sú snehové vločky, cez mraky prechádza svetlo. Pri večernom západe slnka sa toto svetlo zmení na červenú. V minulých storočiach boli poverčiví ľudia z takýchto javov zdesení.
Halo môže vyzerať ako dúhový kruh okolo Slnka. Zdá sa, že v atmosfére je veľa kryštálov so šiestimi stenami, ktoré však slnečné lúče neodrážajú, ale lámu. Väčšina lúčov je rozptýlená a nedosahuje naše oči. Zvyšok lúčov sa dostane do ľudského oka a my si všimneme dúhový kruh okolo Slnka. Jeho polomer je približne 22 stupňov alebo 46 stupňov.
Falošné slnko
Vedci zistili, že kruh so svätožiarou je po stranách vždy jasnejší. Vysvetľuje to skutočnosť, že sa tu stretávajú vertikálne a horizontálne halo. Na ich priesečníkoch sa môžu objaviť falošné slnká. Stáva sa to obzvlášť často, keď je Slnko blízko horizontu, vtedy už časť vertikálneho kruhu nevidíme.
Falošné slnko je tiež optický jav, akési halo. Zdá sa to kvôliľadové kryštály so šiestimi plochami v tvare klincov. Takéto kryštály sa vznášajú v atmosfére vo vertikálnom smere, svetlo sa láme na ich bočných plochách.
Tretie „slnko“sa môže vytvoriť aj vtedy, ak je nad skutočným slnkom viditeľná iba povrchová časť kruhu so svätožiarou. Môže to byť segment oblúka alebo svetelný bod nepochopiteľného tvaru. Niekedy sú falošné slnká také jasné, že sú na nerozoznanie od skutočného Slnka.
Rainbow
Toto je atmosférický optický jav vo forme neúplného kruhu s rôznymi farbami.
Staroveké náboženstvá považovali dúhu za most z neba na zem. Aristoteles veril, že dúha sa objavuje v dôsledku odrazu kvapiek slnečného svetla. Aký optický úkaz ešte dokáže potešiť človeka tak ako dúha?
V 17. storočí Descartes študoval povahu dúhy. Neskôr Newton experimentoval so svetlom a doplnil Descartovu teóriu, no nedokázal pochopiť vznik niekoľkých dúh, absenciu jednotlivých farebných odtieňov v nich.
Úplnú teóriu dúhy predstavil v 19. storočí astronóm z Anglicka D. Erie. Bol to on, kto dokázal odhaliť všetky procesy dúhy. Teória, ktorú vyvinul, je akceptovaná aj dnes.
Dúha sa objaví, keď slnečné svetlo dopadne na záves dažďovej vody v oblasti oblohy oproti Slnku. Stred dúhy sa nachádza v bode na odvrátenej strane Slnka, to znamená, že ho ľudské oko nevidí. Oblúk dúhy je časťou kruhu okolo tohto centrálneho bodu.
Farby v dúhe sú umiestnené v určitom poradí. Je stály. Červená je na hornom okraji, fialová je na spodnej strane. Medzi nimi idú farby v prísnom usporiadaní. Dúha neobsahuje všetky existujúce farby. Prevaha zelenej naznačuje prechod do priaznivého počasia.
Aurora Borealis
Ide o žiaru v horných magnetických vrstvách atmosféry v dôsledku vzájomného vplyvu atómov a prvkov slnečného vetra. Aurora sú zvyčajne zelené alebo modré s nádychom ružovej a červenej. Môžu byť vo forme stuhy alebo škvrny. Ich výbuchy sú často sprevádzané hlučnými zvukmi.
Mirage
Jednoduché fatamorgány sú známe každému. Napríklad pri jazde po vyhriatom asf alte sa ako vodná plocha objaví fatamorgána. Nikoho to neprekvapuje. Aký optický jav vysvetľuje výskyt fatamorgánu? Poďme sa tejto problematike venovať podrobnejšie.
Mirage je optický fyzikálny jav v atmosfére, v dôsledku ktorého oko vidí predmety, ktoré sú za normálnych podmienok skryté. Je to spôsobené lomom svetelného lúča pri jeho prúdení cez vzduchové vrstvy. Objekty, ktoré sú v značnej vzdialenosti, môžu stúpať alebo klesať vzhľadom na ich skutočnú polohu, alebo môžu byť zdeformované a nadobúdať bizarné tvary.
Brocken Ghost
Toto je jav, pri ktorom pri západe alebo východe slnka tieň človeka, ktorý sa nachádza vo vyvýšenine, nadobudne nepochopiteľné rozmery, pretože padá na oblaky, ktoré sú v blízkosti. Toto je vysvetlenéodraz a lom svetelných lúčov kvapkami vody v podmienkach hmly. Tento jav bol pomenovaný po jednej z výšin nemeckého pohoria Harz.
Oheň svätého Elma
Sú to svietiace kefy modrej alebo fialovej farby na stožiaroch námorných plavidiel. Svetlá sa môžu objaviť na horských výškach, na budovách pôsobivej výšky. K tomuto javu dochádza v dôsledku elektrických výbojov na koncoch vodičov v dôsledku toho, že sa zvyšuje elektrické napätie.
Toto sú optické javy, o ktorých sa uvažuje na hodinách 8. ročníka. Poďme sa porozprávať o optických zariadeniach.
Návrhy v optike
Optické zariadenia sú zariadenia, ktoré premieňajú svetelné žiarenie. Zvyčajne tieto zariadenia fungujú vo viditeľnom svetle.
Všetky optické zariadenia možno rozdeliť do dvoch typov:
- Zariadenia, v ktorých sa obraz získava na obrazovke. Sú to fotoaparáty, filmové kamery, premietacie zariadenia.
- Zariadenia, ktoré interagujú s ľudským okom, ale nevytvárajú obraz na obrazovke. Toto je lupa, mikroskop, teleskopy. Tieto zariadenia sa považujú za vizuálne.
Kamera je opto-mechanické zariadenie používané na získanie snímok objektu na filme. Konštrukcia fotoaparátu zahŕňa fotoaparát a šošovky, ktoré tvoria objektív. Objektív vytvára prevrátený miniatúrny obraz objektu, ktorý je zachytený na film. Je to spôsobené pôsobením svetla.
Obrázok je spočiatku neviditeľný, no vďaka vývojovému riešeniu sa stáva viditeľným. Tento obrázok sa nazývanegatívne, v ňom svetlé miesta vyzerajú tmavé a naopak. Vytvorte pozitív z negatívu na fotocitlivý papier. Pomocou zväčšovača fotografií sa obrázok zväčší.
Lupa je šošovka alebo systém šošoviek určený na zväčšovanie predmetov pri pohľade na ne. Lupa je umiestnená vedľa oka, je zvolená vzdialenosť, z ktorej je objekt jasne viditeľný. Použitie lupy je založené na zväčšení uhla pohľadu, z ktorého sa na objekt pozerá.
Ak chcete získať uhlovejšie zväčšenie, použite mikroskop. V tomto zariadení dochádza k zväčšovaniu objektov vďaka optickému systému, ktorý pozostáva zo šošovky a okuláru. Najprv sa zorný uhol zväčší šošovkou a potom okulárom.
Takže sme zvážili hlavné optické javy a zariadenia, ich odrody a vlastnosti.
