Για πολύ καιρό, αντικατοπτρισμοί, φιγούρες που τρεμοπαίζουν στον αέρα, ανησυχούν και τρομοκρατούν τους ανθρώπους. Στις μέρες μας, οι επιστήμονες έχουν αποκαλύψει πολλά μυστικά της φύσης, συμπεριλαμβανομένων των οπτικών φαινομένων. Δεν εκπλήσσονται από φυσικά μυστήρια, η ουσία των οποίων έχει μελετηθεί από καιρό. Στο γυμνάσιο σήμερα, τα οπτικά φαινόμενα διδάσκονται στη φυσική στην 8η τάξη, έτσι ώστε κάθε μαθητής να μπορεί να κατανοήσει τη φύση τους.
Βασικές έννοιες
Οι επιστήμονες της αρχαιότητας πίστευαν ότι το ανθρώπινο μάτι βλέπει νιώθοντας αντικείμενα με τα πιο λεπτά πλοκάμια. Η οπτική εκείνη την εποχή ήταν η μελέτη της όρασης.
Στο Μεσαίωνα, η οπτική μελετούσε το φως και την ουσία του.
Σήμερα, η οπτική είναι ένα μέρος της φυσικής που μελετά τη διάδοση του φωτός μέσω διαφόρων μέσων και την αλληλεπίδρασή του με άλλες ουσίες. Όλα τα θέματα που σχετίζονται με την όραση μελετώνται από τη φυσιολογική οπτική.
Τα οπτικά φαινόμενα είναι εκδηλώσεις ποικίλων ενεργειών που εκτελούνται από ακτίνες φωτός. Μελετώνται από την ατμοσφαιρική οπτική.
Ασυνήθιστες διεργασίες στην ατμόσφαιρα
Ο πλανήτης Γη περιβάλλεται από ένα αέριο κέλυφος που ονομάζεται ατμόσφαιρα. Το πάχος του είναι εκατοντάδες χιλιόμετρα. Πιο κοντά στη Γη, η ατμόσφαιρα είναι πιο πυκνή, προς την κατεύθυνσηπρος τα πάνω είναι αραιή. Οι φυσικές ιδιότητες του ατμοσφαιρικού κελύφους αλλάζουν συνεχώς, τα στρώματα αναμειγνύονται. Αλλάξτε τις θερμοκρασίες. Πυκνότητα, μετατόπιση διαφάνειας.
Οι ακτίνες φωτός πηγαίνουν από τον Ήλιο και άλλα ουράνια σώματα προς τη Γη. Περνούν από την ατμόσφαιρα της Γης, η οποία χρησιμεύει ως ένα συγκεκριμένο οπτικό σύστημα για αυτούς, αλλάζοντας τα χαρακτηριστικά της. Οι φωτεινές ακτίνες αντανακλούν, διασκορπίζονται, περνούν από την ατμόσφαιρα, φωτίζουν τη γη. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, η διαδρομή των ακτίνων είναι λυγισμένη, οπότε συμβαίνουν διάφορα φαινόμενα. Οι φυσικοί θεωρούν τα πιο πρωτότυπα οπτικά φαινόμενα:
- ηλιοβασίλεμα;
- εμφάνιση του ουράνιου τόξου;
- βόρειο σέλας;
- mirage;
- halo.
Ας τους ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά.
Halo γύρω από τον Ήλιο
Η ίδια η λέξη "halo" στα ελληνικά σημαίνει "κύκλος". Ποιο οπτικό φαινόμενο κρύβεται πίσω από αυτό;
Halo είναι η διαδικασία διάθλασης και ανάκλασης των ακτίνων που συμβαίνει σε κρυστάλλους σύννεφων ψηλά στην ατμόσφαιρα. Το φαινόμενο μοιάζει με φωτεινές ακτίνες κοντά στον Ήλιο, που περιορίζονται από ένα σκοτεινό διάστημα. Τα φωτοστέφανα σχηματίζονται συνήθως πριν από τους κυκλώνες και μπορεί να είναι οι πρόδρομοί τους.
Οι σταγόνες νερού παγώνουν στον αέρα και παίρνουν το σωστό πρισματικό σχήμα με έξι πλευρές. Όλοι είναι εξοικειωμένοι με τα παγάκια που εμφανίζονται στα κατώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα. Στην κορυφή, τέτοιες βελόνες πάγου πέφτουν ελεύθερα σε κάθετη κατεύθυνση. Κρυστάλλινοι πάγοι περιστρέφονται, κατεβαίνουν στο έδαφος, ενώ έχουν παράλληλη διάταξη κατά μήκοςσχέση με τη γη. Ένα άτομο κατευθύνει την όραση μέσω κρυστάλλων, οι οποίοι λειτουργούν ως φακοί και διαθλούν το φως.
Άλλα πρίσματα είναι επίπεδα ή μοιάζουν με αστέρια με έξι ακτίνες. Οι ακτίνες φωτός που πέφτουν στους κρυστάλλους μπορεί να μην υποστούν διάθλαση ή να αντιμετωπίσουν μια σειρά από άλλες διεργασίες. Σπάνια συμβαίνει όλες οι διεργασίες να είναι ξεκάθαρα ορατές, συνήθως το ένα ή το άλλο μέρος του φαινομένου εμφανίζεται πιο καθαρά, ενώ άλλες εκπροσωπούνται ελάχιστα.
Ένα μικρό φωτοστέφανο είναι ένας κύκλος γύρω από τον ήλιο με ακτίνα περίπου 22 μοιρών. Το χρώμα του κύκλου είναι κοκκινωπό από μέσα, μετά ρέει σε κίτρινο, λευκό και αναμειγνύεται με τον γαλάζιο ουρανό. Η εσωτερική περιοχή του κύκλου είναι σκοτεινή. Σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διάθλασης του φωτός σε βελόνες πάγου που πετούν στον αέρα. Οι ακτίνες στα πρίσματα εκτρέπονται υπό γωνία 22 μοιρών, έτσι αυτές που έχουν περάσει μέσα από τους κρυστάλλους φαίνονται στον παρατηρητή εκτρέπονται κατά 22 μοίρες. Επομένως, το εσωτερικό φαίνεται σκοτεινό.
Το κόκκινο χρώμα διαθλάται λιγότερο, δείχνοντας τη λιγότερη απόκλιση από τον ήλιο. Το επόμενο είναι το κίτρινο. Οι άλλες ακτίνες αναμειγνύονται και φαίνονται λευκές.
Υπάρχει ένα φωτοστέφανο 46 μοιρών γύρω από το φωτοστέφανο των 22 μοιρών. Η εσωτερική του περιοχή είναι επίσης κοκκινωπή επειδή το φως διαθλάται σε βελόνες πάγου που είναι 90 μοίρες στραμμένες προς τον ήλιο.
Το φωτοστέφανο των 90 μοιρών είναι επίσης γνωστό, λάμπει αχνά, δεν έχει σχεδόν καθόλου χρώμα ή έχει κόκκινο χρώμα εξωτερικά. Οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη μελετήσει πλήρως αυτήν την ποικιλία.
Φωτοστέφανο γύρω από τη Σελήνηκαι άλλα είδη
Αυτό το οπτικό φαινόμενο παρατηρείται συχνά όταν υπάρχουν ελαφρά σύννεφα και πολλοί μικροσκοπικοί κρυστάλλινοι πάγοι στον ουρανό. Κάθε τέτοιος κρύσταλλος είναι ένα είδος πρίσματος. Βασικά, το σχήμα τους είναι επιμήκη εξάγωνα. Το φως εισέρχεται στην μπροστινή κρυσταλλική περιοχή και, βγαίνοντας από το αντίθετο τμήμα, διαθλάται κατά 22 μοίρες.
Το χειμώνα, ένα φωτοστέφανο μπορεί να δει κανείς στον κρύο αέρα κοντά στις λάμπες του δρόμου. Φαίνεται από το φως ενός φαναριού.
Ένα φωτοστέφανο γύρω από τον Ήλιο μπορεί επίσης να σχηματιστεί σε παγωμένο χιονισμένο αέρα. Οι νιφάδες χιονιού είναι στον αέρα, το φως περνά μέσα από τα σύννεφα. Το βραδινό ηλιοβασίλεμα, αυτό το φως γίνεται κόκκινο. Στους περασμένους αιώνες, οι δεισιδαίμονες άνθρωποι τρομοκρατούνταν από τέτοια φαινόμενα.
Το φωτοστέφανο μπορεί να μοιάζει με κύκλο χρώματος ουράνιου τόξου γύρω από τον Ήλιο. Φαίνεται αν υπάρχουν πολλοί κρύσταλλοι με έξι όψεις στην ατμόσφαιρα, αλλά δεν αντανακλούν, αλλά διαθλούν τις ακτίνες του ήλιου. Οι περισσότερες από τις ακτίνες είναι διάσπαρτες, δεν φτάνουν στα μάτια μας. Οι υπόλοιπες ακτίνες φτάνουν στο ανθρώπινο μάτι και παρατηρούμε έναν ιριδίζοντα κύκλο γύρω από τον Ήλιο. Η ακτίνα του είναι περίπου 22 μοίρες ή 46 μοίρες.
Ψεύτικος Ήλιος
Οι επιστήμονες έχουν σημειώσει ότι ο κύκλος του φωτοστέφανου είναι πάντα πιο φωτεινός στα πλάγια. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι εδώ συναντώνται κάθετα και οριζόντια φωτοστέφανα. Ψεύτικοι ήλιοι μπορεί να εμφανιστούν στις διασταυρώσεις τους. Αυτό συμβαίνει ιδιαίτερα συχνά όταν ο Ήλιος είναι κοντά στον ορίζοντα, οπότε δεν μπορούμε πλέον να δούμε μέρος του κατακόρυφου κύκλου.
Ο ψεύτικος ήλιος είναι επίσης ένα οπτικό φαινόμενο, ένα είδος φωτοστέφανου. Εμφανίζεται λόγωπαγοκρύσταλλοι με έξι όψεις, σε σχήμα νυχιών. Τέτοιοι κρύσταλλοι αιωρούνται στην ατμόσφαιρα σε κάθετη κατεύθυνση, το φως διαθλάται στις πλαϊνές όψεις τους.
Ένας τρίτος "ήλιος" μπορεί επίσης να σχηματιστεί εάν μόνο το επιφανειακό τμήμα του κύκλου του φωτοστέφανου είναι ορατό πάνω από τον αληθινό ήλιο. Μπορεί να είναι ένα τμήμα ενός τόξου ή ένα φωτεινό σημείο ακατανόητου σχήματος. Μερικές φορές οι ψεύτικοι ήλιοι είναι τόσο φωτεινοί που δεν διακρίνονται από τον πραγματικό Ήλιο.
Ουράνιο τόξο
Πρόκειται για ένα ατμοσφαιρικό οπτικό φαινόμενο με τη μορφή ενός ημιτελούς κύκλου με διαφορετικά χρώματα.
Οι θρησκείες της αρχαιότητας θεωρούσαν το ουράνιο τόξο ως γέφυρα από τον ουρανό στη γη. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι το ουράνιο τόξο εμφανίζεται λόγω της αντανάκλασης των σταγόνων του ηλιακού φωτός. Ποιο οπτικό φαινόμενο μπορεί ακόμα να ευχαριστήσει έναν άνθρωπο όσο το ουράνιο τόξο;
Τον 17ο αιώνα, ο Ντεκάρτ μελέτησε τη φύση του ουράνιου τόξου. Αργότερα, ο Νεύτωνας πειραματίστηκε με το φως και συμπλήρωσε τη θεωρία του Ντεκάρτ, αλλά δεν μπόρεσε να καταλάβει τον σχηματισμό πολλών ουράνιων τόξων, την απουσία μεμονωμένων χρωματικών αποχρώσεων σε αυτά.
Η πλήρης θεωρία του ουράνιου τόξου παρουσιάστηκε τον 19ο αιώνα από έναν αστρονόμο από την Αγγλία, τον D. Erie. Ήταν αυτός που κατάφερε να αποκαλύψει όλες τις διαδικασίες του ουράνιου τόξου. Η θεωρία που ανέπτυξε είναι ακόμη αποδεκτή σήμερα.
Ένα ουράνιο τόξο εμφανίζεται όταν το φως του ήλιου χτυπά μια κουρτίνα βρόχινου νερού στην περιοχή του ουρανού απέναντι από τον Ήλιο. Το κέντρο του ουράνιου τόξου βρίσκεται σε ένα σημείο στην μακρινή πλευρά του Ήλιου, δηλαδή δεν είναι ορατό στο ανθρώπινο μάτι. Το τόξο του ουράνιου τόξου είναι το τμήμα του κύκλου γύρω από αυτό το κεντρικό σημείο.
Τα χρώματα στο ουράνιο τόξο τοποθετούνται με συγκεκριμένη σειρά. Είναι σταθερός. Το κόκκινο είναι στην επάνω άκρη, το μωβ είναι στο κάτω μέρος. Ανάμεσά τους τα χρώματα πάνε σε αυστηρή διάταξη. Το ουράνιο τόξο δεν περιέχει όλα τα υπάρχοντα χρώματα. Η επικράτηση του πράσινου υποδηλώνει τη μετάβαση σε ευνοϊκό καιρό.
Aurora Borealis
Πρόκειται για μια λάμψη στα ανώτερα μαγνητικά στρώματα της ατμόσφαιρας λόγω της αμοιβαίας επιρροής των ατόμων και των στοιχείων του ηλιακού ανέμου. Το Aurora είναι συνήθως πράσινο ή μπλε με νότες ροζ και κόκκινου. Μπορεί να έχουν τη μορφή κορδέλας ή σημείου. Οι εκρήξεις τους συνοδεύονται συχνά από θορυβώδεις ήχους.
Mirage
Οι απλές απάτες αντικατοπτρισμού είναι γνωστές σε κάθε άτομο. Για παράδειγμα, όταν οδηγείτε σε θερμαινόμενη άσφαλτο, ένας αντικατοπτρισμός εμφανίζεται ως επιφάνεια νερού. Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη για κανέναν. Ποιο οπτικό φαινόμενο εξηγεί την εμφάνιση των αντικατοπτρισμών; Ας σταθούμε σε αυτό το θέμα με περισσότερες λεπτομέρειες.
Το Mirage είναι ένα οπτικό φυσικό φαινόμενο στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα το μάτι να βλέπει αντικείμενα που δεν φαίνονται υπό κανονικές συνθήκες. Αυτό οφείλεται στη διάθλαση της δέσμης φωτός καθώς ρέει μέσα από τα στρώματα αέρα. Τα αντικείμενα που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση μπορεί να ανεβαίνουν ή να πέφτουν σε σχέση με την πραγματική τους θέση ή μπορεί να παραμορφωθούν και να λάβουν περίεργα σχήματα.
Brocken Ghost
Πρόκειται για ένα φαινόμενο κατά το οποίο, κατά τη δύση του ηλίου ή την ανατολή, η σκιά ενός ατόμου που βρίσκεται σε υψόμετρο αποκτά ακατανόητες διαστάσεις, καθώς πέφτει σε σύννεφα που βρίσκονται κοντά. Αυτό εξηγείταιανάκλαση και διάθλαση των ακτίνων φωτός από σταγονίδια νερού σε συνθήκες ομίχλης. Το φαινόμενο πήρε το όνομά του από ένα από τα ύψη των γερμανικών βουνών Harz.
St. Elmo's Fire
Πρόκειται για φωτεινές βούρτσες μπλε ή μωβ χρώματος στους ιστούς των θαλάσσιων σκαφών. Τα φώτα μπορούν να εμφανιστούν σε ορεινά ύψη, σε κτίρια εντυπωσιακού ύψους. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει λόγω ηλεκτρικών εκκενώσεων στα άκρα των αγωγών λόγω του γεγονότος ότι αυξάνεται η ηλεκτρική τάση.
Αυτά είναι τα οπτικά φαινόμενα που εξετάζονται στα μαθήματα της 8ης τάξης. Ας μιλήσουμε για οπτικές συσκευές.
Σχέδια στην οπτική
Οι οπτικές συσκευές είναι συσκευές που μετατρέπουν την ακτινοβολία φωτός. Συνήθως αυτές οι συσκευές λειτουργούν σε ορατό φως.
Όλες οι οπτικές συσκευές μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους:
- Συσκευές στις οποίες λαμβάνεται η εικόνα στην οθόνη. Πρόκειται για κάμερες, κινηματογραφικές μηχανές, συσκευές προβολής.
- Συσκευές που αλληλεπιδρούν με το ανθρώπινο μάτι, αλλά δεν σχηματίζουν εικόνες στην οθόνη. Αυτός είναι ένας μεγεθυντικός φακός, μικροσκόπιο, τηλεσκόπια. Αυτές οι συσκευές θεωρούνται οπτικές.
Η κάμερα είναι μια οπτο-μηχανική συσκευή που χρησιμοποιείται για τη λήψη εικόνων ενός αντικειμένου σε φιλμ. Ο σχεδιασμός της κάμερας περιλαμβάνει κάμερα και φακούς που σχηματίζουν τον φακό. Ο φακός δημιουργεί μια ανεστραμμένη μικροσκοπική εικόνα του αντικειμένου που αποτυπώνεται σε φιλμ. Αυτό οφείλεται στη δράση του φωτός.
Η εικόνα είναι αρχικά αόρατη, αλλά χάρη στην αναπτυσσόμενη λύση, γίνεται ορατή. Αυτή η εικόνα ονομάζεταιαρνητικό, σε αυτό τα φωτεινά μέρη φαίνονται σκοτεινά και το αντίστροφο. Κάντε ένα θετικό από το αρνητικό σε φωτοευαίσθητο χαρτί. Χρησιμοποιώντας μια μεγέθυνση φωτογραφιών, η εικόνα μεγεθύνεται.
Ο μεγεθυντικός φακός είναι ένας φακός ή σύστημα φακών που έχει σχεδιαστεί για να μεγεθύνει αντικείμενα ενώ τα κοιτάζει. Ο μεγεθυντικός φακός τοποθετείται δίπλα στο μάτι, επιλέγεται η απόσταση από την οποία φαίνεται καθαρά το αντικείμενο. Η χρήση μεγεθυντικού φακού βασίζεται στην αύξηση της γωνίας θέασης από την οποία παρατηρείται το αντικείμενο.
Για μεγαλύτερη γωνιακή μεγέθυνση, χρησιμοποιήστε μικροσκόπιο. Σε αυτή τη συσκευή, η μεγέθυνση των αντικειμένων συμβαίνει λόγω του οπτικού συστήματος, που αποτελείται από έναν φακό και έναν προσοφθάλμιο φακό. Πρώτα, η γωνία θέασης αυξάνεται από τον φακό και μετά από τον προσοφθάλμιο.
Λοιπόν, εξετάσαμε τα κύρια οπτικά φαινόμενα και συσκευές, τις ποικιλίες και τα χαρακτηριστικά τους.
