Optické jevy: příklady v přírodě a zajímavé fakty

Člověk čelí světelným jevům neustále. Všechno spojené s výskytem světla, jeho šířením a interakcí s hmotou se nazývá světelné jevy. Mezi živé příklady optických jevů patří: duha po dešti, blesky při bouřkách, blikající hvězdy na noční obloze, hra světla v proudu vody, variabilita oceánu a oblohy a mnoho dalších.

Žáci obdrží vědecké vysvětlení fyzikálních jevů a optických příkladů v 7. ročníku, kdy začnou studovat fyziku. Pro mnohé bude optika nejúžasnější a tajemnější částí programu školní fyziky.

Co člověk vidí?

Oči člověka jsou uspořádány tak, aby vnímal pouze barvu duhy. Dnes je již známo, že spektrum duhy není omezeno na červenou na jedné straně a fialovou na druhé straně. Infračervená je za červenou, ultrafialová je za fialovou. Mnoho zvířat a hmyzu je schopno vidět tyto barvy, ale lidé, bohužel, nemohou. Ale na druhé straně může člověk vytvořit zařízení, která přijímá a vydává světlé vlny odpovídající délky.

Refrakce paprsků

Viditelné světlo je duha barev a světlo bílé barvy, například sluneční, je jednoduchá kombinace těchto barev. Pokud umístíte hranol v paprsku jasného bílého světla, rozpadne se na barvy nebo vlny různých délek, ze kterých se skládá. Červená se objeví jako první s více vlnová délka pak oranžová, žlutá, zelená, modrá a nakonec fialová, která má ve viditelném světle nejkratší vlnovou délku.

Pokud použijete další hranol, abyste zachytili světlo duhy a otočte ho vzhůru nohama, přinese všechny barvy do bílé barvy. Existuje mnoho příkladů optických jevů ve fyzice, zvážíme některé z nich.

Proč je modrá obloha?

Mladí rodiče jsou často zaměňováni nejjednoduššími na první pohled otázkami svých malých sociálních problémů. Někdy to nejtěžší je odpovědět jim. Prakticky všechny příklady optických jevů v přírodě lze vysvětlit moderní vědou.

Sluneční světlo, které osvětluje oblohu během dne, je bílé, což znamená, že teoreticky by také obloha měla být jasně bílá. Aby to vypadalo modře, jsou potřebné některé procesy se světly v okamžiku, kdy prochází atmosférou Země. Zde je to, co se stane: některé část světa prochází volným prostorem mezi molekulami plynu v atmosféře, dosáhne zemského povrchu a zůstává stejnou bílou barvou jako na začátku cesty. Ale sluneční světlo zasahuje do molekul plynu, které jsou stejně jako kyslík absorbovány a rozptýleny ve všech směrech.

Atomy molekul plynu jsou aktivovány absorpčním světlem a opět emitují fotony světla ve vlnách různých délek - od červené až po fialovou. Tak některé světlo jde na Zemi, zbytek se vrací zpět ke Slunci. Jas osvětleného světla závisí na barvě. Pro každý foton červené se vytvoří osm fotonů modrého světla. Proto je modré světlo osmkrát jasnější než červená. Intenzivní modré světlo se vydává ze všech stran miliardy molekul plynu a zasáhne naše oči.

Barevný oblouk

Lidé si mysleli, že duhy jsou znaky, které jim posílá bohové. Ve skutečnosti se krásné vícebarevné stuhy vždy objevují na obloze odnikud a pak zmizí stejně tajemně. Dnes víme, že duha je jedním z příkladů optických jevů ve fyzice, ale my jej nepřestáváme obdivovat pokaždé, když ji pozorujeme na obloze. Je zajímavé, že každý pozorovatel vidí jinou duhu vytvořenou paprsky světla přicházejícími za ním a od dešťových kapes před sebou.

Co jsou z toho vyrobené duhy?

Recept na tyto optické jevy v přírodě je jednoduchý: kapičky vody ve vzduchu, světlo a pozorovatel. Ale nestačí, aby se slunce objevilo během deště. Mělo by to být nízké a pozorovatel by měl stát tak, aby za ním byl slunce a podívat se na místo, kam jde, nebo právě právě pršelo.

Sluneční paprsky pocházející z dalekého prostoru předčí dešťovou kapku. Činí jako hranol, dešťová kapka odráží každou barvu skrytou v bílém světle. Tak, když bílý paprsek projde dešťovou kapkou, najednou se rozdělí do krásných barevných paprsků. Uvnitř kapky narazí do vnitřní stěny, která se chová jako zrcadlo a paprsky se odrážejí stejným směrem, ze kterého pronikají do kapky.

Výsledkem je, že oči vidí duhovu barvu v podobě oblouku přes oblohu - světlo ohnuté a odrážející se milióny drobných dešťových kapes. Mohou se chovat jako malé hranoly, rozdělovat bílé světlo do spektra barev. Ale déšť není vždy nutné déšť. Světlo může být také odrazeno od mlhy nebo páry z moře.

Jakou barvu je voda?

Odpověď je zřejmá - voda je modrá. Pokud vylijete čistou vodu do sklenice, všichni uvidí její průhlednost. To je způsobeno skutečností, že ve skle je příliš málo vody a jeho barva je příliš bledá, aby ji viděla.

Při plnění velké skleněné nádoby můžete vidět přírodní modrý odstín vody. Jeho barva závisí na tom, jak molekuly vody absorbují nebo odrážejí světlo. Bílé světlo se skládá z duhových barev a molekuly vody absorbují většinu barev spektra z červené na zelenou, která je prochází. A modrá část se odráží zpět. Vidíme modrou barvu.

Východy a západy slunce

To jsou také příklady optických jevů, které člověk pozoruje každý den. Když slunce stoupá a usadí, nasměruje své paprsky pod úhlem k místu, kde je pozorovatel umístěn. Mají delší cestu, než když je slunce na zenitu.

Vrstvy vzduchu nad zemským povrchem často obsahují mnoho prachu nebo mikroskopické částice vlhkosti. Sluneční paprsky procházejí pod úhlem k povrchu a filtrují. Červené paprsky mají nejdelší vlnu záření, a proto se dají jednodušší k zemi než modré s krátkými vlnami, které jsou odrazeny prachovými a vodními částicemi. Proto během rána a večerní svítání člověk pozoruje pouze část slunečních paprsků, které se dostanou k zemi, a to červené.

Světlá planeta

Typická aurora je barevná záře na noční obloze, kterou můžete vidět každý večer na severním pólu. Obrovské proužky modrozeleného světla, které se mění v bizarních podobách s oranžovými a červenými skvrnami, někdy dosahují více než 160 km širokých a mohou prodloužit až 1600 km.

Jak vysvětlit tento optický jev, který je tak velkolepý pohled? Na Zemi se objevují záře, ale jsou způsobeny procesy, ke kterým dochází ve vzdáleném slunci.

Jak se děje všechno?

Slunce je obrovská plynová koule, skládající se převážně z atomů vodíku a helia. Všichni mají protony s kladným nábojem a kolem nich se otáčejí elektrony s negativním nábojem. Neustále halo horkého plynu se šíří do vesmíru ve formě slunečního větru. Tyto nesčetné protony a elektrony se pohybují rychlostí 1000 km za sekundu.

Když se částice slunečního větru dostanou na Zem, přitahují je silné magnetické pole planety. Země je obrovský magnet s magnetickými linkami, které se sbíhají na severním a jižním pólu. Přitahované částice jsou umístěny podél těchto neviditelných čar blízko pólů a srazí se s atomy dusíku a kyslíku, které vytvářejí zemskou atmosféru.

Některé z atomů Země ztrácejí své elektrony, jiné jsou nabité novou energií. Po kolizi s protony a elektrony Slunce vydávají fotony světla. Například dusík, který ztratil elektrony, přitahuje fialové a modré světlo a nabitý dusík svítí tmavě červeným světlem. Nabitý kyslík vydává zelené a červené světlo. Takto nabité částice způsobují, že vzduch přetečí mnoha barvami. Toto je aurora.

Mirages

Mělo by být okamžitě zjištěno, že zázraky nejsou ovocem lidské představivosti, lze je dokonce fotografovat, jsou to téměř mystické příklady optických fyzikálních jevů.

Existuje mnoho svědectví o pozorování zázraků, ale věda může poskytnout vědecké vysvětlení tohoto zázraku. Mohou být jednoduché, jako např. Kus vody mezi horkými písky, a mohou být neuvěřitelně složité konstrukcí vizí visících hradů se sloupy nebo fregaty. Všechny tyto příklady optických jevů vytváří hra světla a vzduchu.

Světlé vlny se ohýbají, když poprvé procházejí teplým a studeným vzduchem. Horký vzduch je mnohem vzácnější než studený vzduch, takže jeho molekuly jsou aktivnější a rozkládají se na vzdálenější vzdálenosti. S klesající teplotou klesá i pohyb molekul.

Vize pozorované skrze čočky zemské atmosféry mohou být silně modifikovány, stlačeny, roztaženy nebo obráceny. Je to proto, že paprsky světla ohýbají, procházejí teplým a studeným vzduchem a naopak. A ty obrázky, které s sebou nesou světelný tok Například se obloha může odrážet v horkém písku a vypadat jako kus vody, který se vždycky přibližuje při přiblížení.

Nejčastěji dochází k pozorování velkých vzdáleností: v pouštích, mořích a oceánech, kde mohou být současně umístěna horká a studená vrstva vzduchu s různou hustotou. Je to průchod různými teplotními vrstvami, který dokáže zvlnit světelnou vlnu a získat výsledek, což je odrazem něčeho a představením fantazie jako skutečného jevu.

Halo

Pro většinu optických iluzí, které lze pozorovat pouhým okem, vysvětlením je lom světla slunce v atmosféře. Jedním z nejobvyklejších příkladů optických jevů je sluneční světlo. Ve skutečnosti, halo je duha kolem slunce. Nicméně se liší od obvyklého duha jak ve vzhledu, tak ve svých vlastnostech.

Tento jev má mnoho odrůd, z nichž každá je krásná svým vlastním způsobem. Ale pro vznik jakékoliv optické iluze jsou nutné určité podmínky.

Halo se objevuje na obloze, když se několik faktorů shoduje. Nejčastěji se v mrazivém počasí vyskytuje při vysoké vlhkosti. Ve vzduchu je velké množství ledových krystalů. Při jejich prolomení se sluneční světlo lámá tak, že tvoří oblouk kolem slunce.

Ačkoli poslední tři příklady optických jevů lze snadno vysvětlit moderní vědou, pro obyčejného pozorovatele, často zůstávají tajemstvím a tajemstvím.

Po zvážení hlavních příkladů optických jevů je jisté, že mnoho z nich je vysvětleno moderní vědou, navzdory jeho tajemství a tajemství. Ale vědci mají stále ještě spoustu objevů, stopy tajemných jevů, které se vyskytují na planetě Zemi i mimo ni.