ŠVIESOS LAIKIMAS PERĖJIMO IŠ VANDENS Į ORO DARBĄ
Į vandenį įmerktas pagaliukas, arbatos stiklinėje – šaukštas, dėl šviesos lūžimo vandens paviršiuje mums atrodo lūžę.
Padėkite monetą ant nepermatomo indo dugno, kad jos nesimatytų. Dabar supilkite vandenį į indą. Moneta bus matoma. Šio reiškinio paaiškinimas aiškus iš vaizdo įrašo.
Pažiūrėkite į tvenkinio dugną ir pabandykite įvertinti jo gylį. Dažniausiai tai neveikia tinkamai.
Leiskite mums išsamiau atsekti, kaip ir kiek rezervuaro gylis mums atrodo sumažintas, jei pažvelgsime į jį iš viršaus.
Tegul H (17 pav.) yra tikrasis rezervuaro gylis, kurio apačioje yra mažas objektas, pavyzdžiui, akmenukas. Jo atspindima šviesa išsiskiria visomis kryptimis. Tam tikras spindulių pluoštas krenta į vandens paviršių taške O iš apačios kampu a 1, lūžta paviršiuje ir patenka į akį. Pagal lūžio dėsnį galime rašyti:
bet kadangi n 2 \u003d 1, tada n 1 sin a 1 \u003d sin ϒ 1.
Lūžęs spindulys patenka į akį taške B. Atkreipkite dėmesį, kad į akį patenka ne vienas spindulys, o spindulių pluoštas, kurio skerspjūvį riboja akies vyzdys.
17 paveiksle spindulys pavaizduotas plonomis linijomis. Tačiau šis spindulys yra siauras ir galime nepaisyti jo skerspjūvio, paimdami jį AOB linija.
Akis projektuoja A į tašką A 1, o rezervuaro gylis mums atrodo lygus h.
Iš paveikslo matyti, kad tariamasis rezervuaro gylis h priklauso nuo tikrosios H reikšmės ir nuo stebėjimo kampo ϒ 1 .
Išreikškime šią priklausomybę matematiškai.
Iš trikampių AOC ir A 1 OS turime:
Iš šių lygčių neįtraukus OS, gauname:
Atsižvelgiant į tai, kad a \u003d ϒ 1 ir sin ϒ 1 \u003d n 1 sin a 1 \u003d n sin a, gauname:
Šioje formulėje tariamo rezervuaro gylio h priklausomybė nuo tikrojo gylio H ir stebėjimo kampo nėra aiškiai išreikšta. Kad ši priklausomybė būtų aiškesnė, išreikškime ją grafiškai.
Grafike (18 pav.) išilgai abscisių ašies vaizduojamos stebėjimo kampų reikšmės laipsniais, o išilgai ordinačių ašies – jas atitinkantys tariami gyliai h tikrojo gylio H dalimis. kreivė rodo, kad esant mažais žiūrėjimo kampais, matomas gylis
yra apie ¾ tikrosios vertės ir mažėja didėjant žiūrėjimo kampui. Esant stebėjimo kampui a = 47°, atsiranda visiškas vidinis atspindys ir spindulys negali ištrūkti iš vandens.
MIRAŽAI
Nehomogeninėje terpėje šviesa nesklinda tiesia linija. Jei įsivaizduosime terpę, kurioje lūžio rodiklis kinta iš apačios į viršų, ir mintyse padalijame ją į plonus horizontalius sluoksnius,
tada, atsižvelgiant į šviesos lūžio sąlygas pereinant iš sluoksnio į sluoksnį, pastebime, kad tokioje terpėje šviesos spindulys turėtų palaipsniui keisti savo kryptį (19, 20 pav.).
Toks šviesos pluošto kreivumas vyksta atmosferoje, kurioje dėl vienokių ar kitokių priežasčių, daugiausia dėl netolygaus įkaitimo, keičiasi oro lūžio rodiklis didėjant aukščiui (21 pav.).
Orą dažniausiai šildo dirvožemis, kuris sugeria saulės spindulių energiją. Todėl didėjant aukščiui oro temperatūra mažėja. Taip pat žinoma, kad didėjant aukščiui oro tankis mažėja. Nustatyta, kad didėjant aukščiui lūžio rodiklis mažėja, todėl pro atmosferą einantys spinduliai išlinksta, nusilenkia į Žemę (21 pav.). Šis reiškinys vadinamas normalia atmosferos refrakcija. Dėl refrakcijos dangaus kūnai mums atrodo kiek „pakilę“ (virš tikrojo savo aukščio) virš horizonto.
Skaičiuojama, kad atmosferos lūžimas 30° aukštyje objektus „pakelia“ 1"40", 15° aukštyje - 3"30", 5° aukštyje - 9"45". Horizonte esantiems kūnams ši reikšmė siekia 35 ". Šie skaičiai nukrypsta į vieną ar kitą pusę priklausomai nuo atmosferos slėgio ir temperatūros. Tačiau dėl vienokių ar kitokių priežasčių susidaro oro masės, kurių temperatūra aukštesnė už apatinius sluoksnius. gali atnešti vėjai iš karštų šalių, pavyzdžiui, iš karštos dykumos zonos.Jei šiuo metu šaltas, tankus anticiklono oras yra apatiniuose sluoksniuose, tai gali žymiai padidėti lūžio reiškinys ir ateiti šviesos spinduliai. iš antžeminių objektų aukštyn tam tikru kampu į horizontą, jie gali grįžti atgal į žemę (22 pav.).
Tačiau gali atsitikti taip, kad Žemės paviršiuje dėl stipraus įkaitimo oras įšyla tiek, kad šviesos lūžio rodiklis prie grunto tampa mažesnis nei tam tikrame aukštyje virš dirvožemio. Jei tuo pačiu metu yra ramus oras, tokia būsena gali išlikti gana ilgai. Tuomet gana dideliu kampu į Žemės paviršių krentančių objektų spinduliai gali būti taip sulenkti, kad, nusakę lanką šalia Žemės paviršiaus, eis iš apačios į viršų (23a pav.). Galimas ir 236 paveiksle parodytas atvejis.
Aukščiau aprašytos būsenos atmosferoje paaiškina įdomių reiškinių – atmosferos miražų atsiradimą. Šie reiškiniai paprastai skirstomi į tris klases. Pirmajai klasei priskiriami labiausiai paplitę ir paprasčiausios kilmės vadinamieji ežeriniai (arba žemesni) miražai, sukeliantys tiek daug vilčių ir nusivylimų dykumos keliautojams.
Prancūzų matematikas Gaspardas Monge'as, dalyvavęs 1798 m. Egipto kampanijoje, savo įspūdžius apie šios klasės miražus apibūdina taip:
„Kai Žemės paviršius stipriai įkaitinamas Saulės ir dar tik pradeda vėsti prieš prasidedant prieblandai, pažįstamas reljefas nebesitęsia iki horizonto, kaip dieną, o praeina, kaip atrodo, apie vieną. lygą į nuolatinį potvynį.
Tolimesni kaimai atrodo kaip salos dideliame ežere. Po kiekvienu kaimu yra jo apverstas atspindys, tik jis nėra aštrus, nesimato smulkių smulkmenų, kaip atspindys vėjo siūbuojamame vandenyje. Jei pradedi artėti prie kaimo, kuris tarsi apsuptas potvynio, įsivaizduojamo vandens krantas tolsta, vandens atšaka, skyrusi mus nuo kaimo, palaipsniui siaurėja, kol visiškai išnyksta, o už jo prasideda ežeras... kaimas, atspindintis toliau esančius kaimus“ (24 pav.).
Šio reiškinio paaiškinimas yra paprastas. Apatiniai oro sluoksniai, sušilę dirvožemio, nespėjo pakilti; jų lūžio rodiklis mažesnis nei viršutinių. Todėl šviesos spinduliai, sklindantys iš daiktų (pavyzdžiui, iš palmės taško B, 23a pav.), besilenkiantys ore, patenka į akį iš apačios. Akis nukreipia spindulį į tašką B 1 . Tas pats atsitinka su spinduliais, sklindančiais iš kitų objekto taškų. Stebėtojui atrodo, kad objektas yra apverstas.
Iš kur vanduo? Vanduo yra dangaus atspindys.
Norint pamatyti miražą, nebūtina vykti į Afriką. Jį galima stebėti karštą, ramią vasaros dieną ir virš įkaitusios asfaltuoto greitkelio dangos.
Antrosios klasės miražai vadinami aukštesniojo arba tolimojo regėjimo miražais. Į juos labiausiai panašus N. V. Gogolio aprašytas „negirdėtas stebuklas“. Pateikiame kelių tokių miražų aprašymus.
Iš Prancūzijos Žydrojo kranto ankstyvą giedrą rytą iš Viduržemio jūros vandenų iš horizonto kyla tamsi kalnų grandinė, kurioje gyventojai atpažįsta Korsiką. Atstumas iki Korsikos yra daugiau nei 200 km, todėl regėjimo linija yra neabejotina.
Anglijos pakrantėje, netoli Hastingso, galima pamatyti Prancūzijos pakrantę. Kaip praneša gamtininkas Niedige, „netoli Reggio Kalabrijoje, priešais Sicilijos pakrantę ir Mesinos miestą, kartais ore matyti ištisos nepažįstamos vietovės su ganomomis bandomis, kiparisų giraitėmis ir pilimis. Trumpai pabuvus ore miražai išnyksta.
Tolimatymo miražai atsiranda, jei viršutiniai atmosferos sluoksniai dėl kokių nors priežasčių pasirodo ypač išretėję, pavyzdžiui, kai ten patenka įkaitintas oras. Tada iš antžeminių objektų sklindantys spinduliai stipriau išlinksta ir pasiekia žemės paviršių, eidami dideliu kampu į horizontą. Stebėtojo akis projektuoja juos ta kryptimi, kuria jie įeina.
Matyt, Sacharos dykuma kalta dėl to, kad Viduržemio jūros pakrantėje stebima daugybė tolimų miražų. Virš jo pakyla karštos oro masės, kurios nunešamos į šiaurę ir sudaro palankias sąlygas miražams atsirasti.
Aukštesni miražai stebimi ir šiaurinėse šalyse, kai pučia šilti pietų vėjai. Viršutiniai atmosferos sluoksniai šildomi, o apatiniai vėsinami dėl didelių tirpstančio ledo ir sniego masių.
Kartais stebimi ir tiesioginiai, ir atvirkštiniai objektų vaizdai. 25-27 paveikslai rodo būtent tokius reiškinius, pastebėtus arktinėse platumose. Matyt, virš Žemės kinta tankesni ir labiau išretėję oro sluoksniai, išlenkiantys šviesos spindulius maždaug taip, kaip parodyta 26 paveiksle.
Trečios klasės – itin ilgo matymo – miražus paaiškinti sunku. Apibūdinkime keletą iš jų.
„Remdamasis kelių patikimų asmenų liudijimais, – rašo K. Flamarion knygoje „Atmosfera“, – galiu pranešti apie miražą, kuris buvo matytas Verviers mieste (Belgija) 1815 m. birželį. Vieną rytą miesto gyventojai išvydo danguje kariuomenę ir buvo taip aišku, kad galėjo išskirti artileristų kostiumus, patranką su sulūžusiu ratu, kuri tuoj nukris... Buvo rytas Vaterlo mūšis! Atstumas tarp Vaterlo ir Verviers tiesia linija yra 105 km.
Pasitaiko atvejų, kai miražai buvo stebimi 800, 1000 ar daugiau kilometrų atstumu.
Štai dar vienas nuostabus atvejis. 1898 metų kovo 27-osios naktį Ramiojo vandenyno viduryje Bremeno laivo „Matador“ įgulą išgąsdino regėjimas. Apie vidurnaktį įgula pastebėjo maždaug už dviejų mylių (3,2 km) esantį laivą, kuris kovojo su stipria audra.
Tai dar labiau nustebino, nes aplinkui buvo ramu. Laivas kirto Matadoro kursą, buvo akimirkų, kai atrodė, kad laivų susidūrimas neišvengiamas... Matadoro įgula matė, kaip per vieną stiprų bangos smūgį į nežinomą laivą užgeso šviesa. kapitono kajutėje, kuri visą laiką buvo matoma per du langus . Po kurio laiko laivas dingo, pasiimdamas vėją ir bangas.
Vėliau reikalas buvo išaiškintas. Paaiškėjo, kad visa tai įvyko su kitu laivu, kuris „regėjimo“ metu buvo iš „Matadoro“ 1700 km atstumu.
Kokiais būdais šviesa sklinda atmosferoje, kad tokiais dideliais atstumais būtų išsaugoti ryškūs objektų vaizdai? Tikslaus atsakymo į šį klausimą dar nėra. Buvo pasiūlymų dėl milžiniškų oro lęšių susidarymo atmosferoje, antrinio miražo, t.y., miražo iš miražo, uždelsimo. Gali būti, kad čia savo vaidmenį atlieka jonosfera*, atspindinti ne tik radijo, bet ir šviesos bangas.
Matyt, aprašyti reiškiniai yra tos pačios kilmės kaip ir kiti jūrose stebimi miražai, vadinami „Skraidančiu olandu“ arba „Fata Morgana“, kai jūreiviai išvysta vaiduokliškus laivus, kurie vėliau išnyksta ir sukelia prietaringiems žmonėms baimę.
VAIVORYKŠTĖ
Vaivorykštė – šis gražus dangaus reiškinys – visada traukė žmogaus dėmesį. Senovėje, kai žmonės dar labai mažai žinojo apie juos supantį pasaulį, vaivorykštė buvo laikoma „dangaus ženklu“. Taigi senovės graikai manė, kad vaivorykštė yra deivės Iridos šypsena.
Vaivorykštė stebima priešinga Saulei kryptimi, lietaus debesų ar lietaus fone. Įvairiaspalvis lankas dažniausiai yra 1-2 km atstumu nuo stebėtojo, kartais jį galima stebėti 2-3 m atstumu fontanų ar vandens purkštuvų suformuotų vandens lašų fone.
Vaivorykštės centras yra tiesės linijos, jungiančios Saulę ir stebėtojo akį, tęsinyje – ant antisaulės linijos. Kampas tarp krypties į pagrindinę vaivorykštę ir antisaulės linijos yra 41-42° (28 pav.).
Saulėtekio metu priešsaulės taškas (taškas M) yra horizonto linijoje, o vaivorykštė atrodo kaip puslankis. Kylant saulei, antisolarinis taškas nukrenta žemiau horizonto ir vaivorykštės dydis mažėja. Tai tik dalis apskritimo. Pavyzdžiui, stebėtojui, kuris yra aukštai. orlaiviu, vaivorykštė matoma kaip visas apskritimas, kurio centre yra stebėtojo šešėlis.
Dažnai yra antrinė vaivorykštė, koncentrinė su pirmąja, kurios kampinis spindulys yra apie 52 ° ir atvirkštinis spalvų išdėstymas.
Kai Saulės aukštis 41°, pagrindinė vaivorykštė nustoja būti matoma ir virš horizonto atsiranda tik dalis antrinės vaivorykštės, o kai Saulės aukštis didesnis nei 52°, antrinės vaivorykštės taip pat nesimato. Todėl vidutinėse ir pusiaujo platumose šis gamtos reiškinys beveik nepastebimas vidurdienį.
Vaivorykštė, kaip ir spektras, turi septynias pagrindines spalvas, kurios sklandžiai pereina viena į kitą. Lanko forma, spalvų ryškumas, juostelių plotis priklauso nuo vandens lašelių dydžio ir jų skaičiaus. Dideli lašai sukuria siauresnę vaivorykštę, ryškiai ryškiomis spalvomis, maži lašai sukuria neryškų, išblukusią ir net baltą lanką. Štai kodėl vasarą po perkūnijos, kurios metu krenta dideli lašai, matoma ryški siaura vaivorykštė.
Pirmą kartą vaivorykštės teoriją 1637 metais pateikė R. Dekartas. Jis aiškino vaivorykštę kaip reiškinį, susijusį su šviesos atspindžiu ir lūžimu lietaus lašuose.
Spalvų susidarymas ir jų seka buvo paaiškinta vėliau, išnarpliojus sudėtingą baltos šviesos prigimtį ir jos sklaidą terpėje. Vaivorykštės difrakcijos teoriją sukūrė Airy ir Pertner.
Apsvarstykite paprasčiausią atvejį: tegul lygiagrečių saulės spindulių spindulys nukrenta ant rutulio formos lašo (29 pav.). Spindulys, krintantis į lašo paviršių taške A, lūžta jo viduje pagal lūžio dėsnį: n 1 sin a \u003d n 2 sin β, kur n 1 \u003d 1, n 2 ≈ 1,33 - oro lūžio rodikliai ir vandens, atitinkamai, a - kritimo kampas, β yra šviesos lūžio kampas.
Lašo viduje spindulys eina tiesia linija AB. Taške B spindulys dalinai lūžta ir iš dalies atsispindi. Atkreipkite dėmesį, kad kuo mažesnis kritimo kampas taške B, taigi ir taške A, tuo mažesnis atsispindėjusio pluošto intensyvumas ir tuo didesnis lūžusio pluošto intensyvumas.
Spindulėlis AB po atspindžio taške B praeina kampu β 1 "= β 1 patenka į tašką C, kur taip pat vyksta dalinis šviesos atspindys ir dalinis lūžimas. Lūžęs spindulys palieka kritimą kampu y2, o atsispindėjęs spindulys gali eiti toliau į tašką D ir tt Taigi šviesos spindulys laše daug kartų atsispindi ir lūžta.Su kiekvienu atspindžiu tam tikra dalis šviesos spindulių užgęsta ir jų intensyvumas lašo viduje mažėja.Intensyviausias iš spindulių Iškyla į orą spindulys, kuris iškrito iš taško B. Tačiau jį stebėti sunku, nes jis prarandamas ryškių tiesioginių saulės spindulių fone... Taške C lūžę spinduliai kartu sukuria pirminė vaivorykštė tamsaus debesies fone, o spinduliai lūžta taške D
suteikti antrinę vaivorykštę, kuri, kaip matyti iš to, kas pasakyta, yra ne tokia intensyvi nei pirminė.
Tuo atveju K=1 gauname Θ = 2 (59°37" - 40°26") + 1 = 137°30".
Todėl pirmosios eilės vaivorykštės žiūrėjimo kampas yra toks:
φ 1 \u003d 180 ° - 137 ° 30 "= 42 ° 30"
Spinduliui DE", suteikiančiam antros eilės vaivorykštę, ty K = 2 atveju, turime:
Θ = 2 (59°37" – 40°26") + 2 = 236°38".
Antros eilės vaivorykštės matymo kampas φ 2 = 180° - 234°38" = -56°38".
Iš to išplaukia (tai matyti ir iš paveikslo), kad nagrinėjamu atveju antros eilės vaivorykštė nuo žemės nesimato. Kad jis būtų matomas, šviesa turi patekti į lašą iš apačios (30 pav., b).
Svarstant apie vaivorykštės susidarymą, reikia atsižvelgti į dar vieną reiškinį – nevienodą skirtingo ilgio šviesos bangų, tai yra skirtingų spalvų šviesos spindulių, lūžį. Šis reiškinys vadinamas dispersija. Dėl dispersijos skirtingų spalvų spinduliams skiriasi lūžio kampai ϒ ir spindulių nukrypimo kampai Θ laše. Trijų spindulių – raudonos, žalios ir violetinės – eiga schematiškai parodyta 30 paveiksle, a – pirmos eilės lankui ir 30 pav., b – antros eilės lankui.
Iš paveikslų matyti, kad šių lankų spalvų seka yra priešinga.
Dažniausiai matome vieną vaivorykštę. Neretai atvejai, kai danguje vienu metu atsiranda dvi vaivorykštės juostelės, išsidėsčiusios viena virš kitos; tačiau jie pastebi gana retai, o vaivorykštių dangaus lankų dar daugiau - tris, keturis ir net penkis vienu metu. Šį įdomų reiškinį leningradiečiai pastebėjo 1948 metų rugsėjo 24 dieną, kai po pietų tarp debesų virš Nevos pasirodė keturios vaivorykštės. Pasirodo, vaivorykštė gali atsirasti ne tik nuo tiesioginių saulės spindulių; dažnai pasirodo atsispindėjusiuose saulės spinduliuose. Tai galima pamatyti jūros įlankų, didelių upių ir ežerų pakrantėse. Trys ar keturios tokios vaivorykštės – paprastos ir atspindėtos – kartais sukuria gražų paveikslą. Kadangi nuo vandens paviršiaus atsispindėję Saulės spinduliai eina iš apačios į viršų, šiuose spinduliuose susidariusi vaivorykštė kartais gali atrodyti visiškai neįprasta.
Nereikėtų manyti, kad vaivorykštę galima stebėti tik dieną. Tai atsitinka naktį, tačiau visada silpna. Tokią vaivorykštę galima pamatyti po naktinio lietaus, kai iš už debesų žvelgia mėnulis.
Šiame eksperimente galima gauti tam tikrą vaivorykštės panašumą. Paimkite vandens kolbą, apšvieskite ją saulės šviesa arba lempa pro skylę baltoje lentoje. Tada ant lentos taps aiškiai matoma vaivorykštė (31 pav., a), o spindulių divergencijos kampas, palyginti su pradine kryptimi, bus apie 41-42° (31.6 pav.). Natūraliomis sąlygomis ekrano nėra, vaizdas atsiranda akies tinklainėje, o akis šį vaizdą projektuoja ant debesų.
Jei vaivorykštė pasirodo vakare prieš saulėlydį, tada stebima raudona vaivorykštė. Paskutines penkias ar dešimt minučių iki saulėlydžio išnyksta visos vaivorykštės spalvos, išskyrus raudoną, ji tampa labai ryški ir matoma net po dešimties minučių po saulėlydžio.
Gražus vaizdas – vaivorykštė ant rasos.
Jį galima stebėti saulėtekio metu ant rasos apaugusios žolės. Ši vaivorykštė yra hiperbolės formos.
aureolės
Žvelgdami į vaivorykštę pievoje, nevalingai pastebėsite nuostabią nespalvotą šviesos aureolę – aureolę, supančią jūsų galvos šešėlį. Tai nėra optinė apgaulė ar kontrasto reiškinys. Kai šešėlis krenta ant kelio, aureolė išnyksta. Koks šio įdomaus reiškinio paaiškinimas? Rasos lašai čia tikrai vaidina svarbų vaidmenį, nes kai rasa išnyksta, reiškinys išnyksta.
Norėdami išsiaiškinti reiškinio priežastį, atlikite šį eksperimentą. Paimkite sferinę kolbą, užpildytą vandeniu, ir padėkite ją saulės šviesoje. Tegul ji atstoja lašą. Už kolbos arti jos uždėkite popieriaus lapą, kuris veiks kaip žolė. Žiūrėkite į kolbą nedideliu kampu krintančių spindulių krypties atžvilgiu. Pamatysite jį ryškiai apšviestą nuo popieriaus atsispindėjusių spindulių. Šie spinduliai eina beveik tiksliai link Saulės spindulių, krintančių ant kolbos. Pakelkite akis šiek tiek į šoną ir ryškus kolbos apšvietimas nebebus matomas.
Čia turime reikalą ne su išsklaidytu, o su nukreiptu šviesos pluoštu, sklindančiu iš šviesios dėmės ant popieriaus. Lemputė veikia kaip lęšis, nukreipiantis šviesą į mus.
Lygiagrečių saulės spindulių spindulys po lūžimo lemputėje suteikia popieriuje daugiau ar mažiau sufokusuotą Saulės vaizdą šviesios dėmės pavidalu. Savo ruožtu gana daug taško skleidžiamos šviesos sugauna lemputė ir, joje lūžusi, nukreipiama atgal į Saulę, įskaitant mūsų akis, nes stovime nugara į Saulę. Mūsų objektyvo optiniai trūkumai - kolbos duoda šiek tiek išsklaidytą šviesos srautą, bet vis tiek pagrindinis šviesos srautas, sklindantis iš ryškios popieriaus dėmės, yra nukreiptas į Saulę. Bet kodėl nuo žolės stiebų atsispindinti šviesa nėra žalia?
Jis iš tikrųjų turi šiek tiek žalsvą atspalvį, bet dažniausiai yra baltas, panašiai kaip šviesa, kuri kryptingai atsispindi nuo lygių dažytų paviršių, pvz., atspindžių nuo žalios ar geltonos lentos arba vitražo.
Tačiau rasos lašai ne visada yra sferiniai. Jie gali būti iškraipyti. Tada kai kurie nukreipia šviesą į šoną, bet ji praeina pro akis. Kiti lašeliai, kaip, pavyzdžiui, pavaizduota 33 paveiksle, yra tokios formos, kad ant jų krintanti šviesa po vieno ar dviejų atspindžių yra nukreipta atgal į Saulę ir patenka į nugara stovinčio stebėtojo akis.
Galiausiai reikėtų atkreipti dėmesį į dar vieną išradingą šio reiškinio paaiškinimą: kryptingai šviesą atspindi tik tie žolės lapai, ant kurių krenta tiesioginė Saulės šviesa, t.y. tie, kurių neužgožia kiti lapai iš Saulės pusės. Jeigu atsižvelgsime į tai, kad daugumos augalų lapai visada savo plokštumą pasuka link Saulės, tai akivaizdu, kad tokių atspindinčių lapų bus gana daug (33 pav., e). Todėl aureoles galima pastebėti ir nesant rasos, tolygiai šienaujamos pievos ar suspausto lauko paviršiuje.
SM „8-oji vidurinė mokykla“
Praktinis fizikos darbas
Refrakcijos reiškinys yra lūžtančių teleskopų (moksliniams ir praktiniams tikslams, įskaitant didžiąją daugumą taškinių taiklių, žiūronų ir kitų stebėjimo prietaisų), foto, kino ir televizijos kamerų lęšių, mikroskopų, padidinamųjų stiklų, akinių, projekcinių prietaisų veikimo pagrindas. , optinių signalų imtuvai ir siųstuvai, galingų šviesos pluoštų koncentratoriai, prizminiai spektroskopai ir spektrometrai, prizminiai monochromatoriai ir daugelis kitų optinių prietaisų, kuriuose yra lęšiai ir (arba) prizmės. Į tai būtina atsižvelgti skaičiuojant beveik visų optinių įrenginių veikimą. Visa tai taikoma įvairiems elektromagnetinio spektro diapazonams.
Akustikoje ypač svarbu atsižvelgti į garso lūžį tiriant garso sklidimą nehomogeninėje terpėje ir, žinoma, skirtingų terpių sąsajoje. Technologijoje gali būti svarbu atsižvelgti į kitokio pobūdžio bangų lūžį, pavyzdžiui, bangas ant vandens, įvairias bangas aktyviose terpėse ir kt.
Refrakcija kasdieniame gyvenime
Refrakcija vyksta kiekviename žingsnyje ir suvokiama kaip visiškai įprastas reiškinys: matosi, kaip arbatos puodelyje esantis šaukštas bus „sulaužytas“ ties vandens ir oro riba. Čia tikslinga pažymėti, kad šis stebėjimas, esant nekritiniam suvokimui, suteikia neteisingą supratimą apie poveikio požymį: akivaizdus šaukšto lūžis įvyksta priešinga kryptimi nei tikra šviesos spindulių lūžimas.
Šviesos lūžimas ir atspindys vandens lašeliuose sukuria vaivorykštę.
M 
daugkartinė refrakcija (ir dalinis atspindys) mažuose skaidriuose konstrukcijos elementuose (snaigėse, popieriaus pluoštuose, burbuliukuose) paaiškina matinių (ne veidrodinių) atspindinčių paviršių, tokių kaip baltas sniegas, popierius, baltas putplastis, savybes.
Refrakcija atmosferoje paaiškina daug įdomių efektų. Pavyzdžiui, esant tam tikroms meteorologinėms sąlygoms, Žemė (nuo mažo aukščio) gali atrodyti kaip įgaubtas dubuo (o ne kaip išgaubto rutulio dalis).
Miražas.
M 
irizh (pranc. miražas)- optinis reiškinys atmosferoje: šviesos atspindys nuo ribos tarp oro sluoksnių, kurių tankis smarkiai skiriasi. Stebėtojui toks atspindys susideda iš to, kad kartu su tolimu objektu (arba dangaus dalimi) matomas jo įsivaizduojamas vaizdas, pasislinkęs objekto atžvilgiu.
klasifikacija
Miražai skirstomi į apatinius, matomus po objektu, viršutinius, virš objekto ir šoninius.
prastesnis miražas
Atsiranda, kai yra labai didelis vertikalus temperatūros gradientas (krenta kartu su aukščiu) virš perkaitusio plokščio paviršiaus, dažnai dykumos ar asfaltuoto kelio. Įsivaizduojamas dangaus vaizdas sukuria vandens iliuziją paviršiuje. Taigi kelias, einantis į tolį karštą vasaros dieną, atrodo šlapias
pranašesnis miražas
Jis stebimas virš šalto žemės paviršiaus su inversiniu temperatūros pasiskirstymu (jo padidėjimas didėjant aukščiui)
šoninis miražas
Kartais stebimas prie labai įkaitusių sienų ar uolų.
Fata Morgana
Sudėtingi miražo reiškiniai su ryškiu objektų išvaizdos iškraipymu vadinami Fata Morgana.
haliucinacinis
Kai kuriuos miražus gali sukelti haliucinacijos, atsirandančios dėl perkaitimo ir dehidratacijos.
Poliarinės šviesos.
Poliarinės šviesos- planetų su magnetosfera atmosferų viršutinių sluoksnių švytėjimas (liuminescencija) dėl jų sąveikos su įkrautomis saulės vėjo dalelėmis.
Auroros prigimtis
P 
Aurorae sukelia viršutinių atmosferos sluoksnių bombardavimas įkrautomis dalelėmis, judančiomis link Žemės geomagnetinio lauko linijomis iš artimos žemei erdvės regiono, vadinamo plazmos sluoksniu. Plazmos lakšto projekcija išilgai geomagnetinio lauko linijų į Žemės atmosferą yra žiedų, juosiančių šiaurinį ir pietinį magnetinius polius (auroralinius ovalus). Kosmoso fizika atskleidžia priežastis, lemiančias įkrautų dalelių nusodinimą iš plazmos sluoksnio. Eksperimentiškai nustatyta, kad tarpplanetinio magnetinio lauko orientacija ir saulės vėjo plazmos slėgis vaidina pagrindinį vaidmenį skatinant kritulius.
Labai ribotoje viršutinės atmosferos sluoksnio dalyje auroras gali sukelti mažos energijos įkrautos saulės vėjo dalelės, patenkančios į poliarinę jonosferą per šiaurės ir pietų poliarinius smaigalius. Šiauriniame pusrutulyje apie vidurdienį virš Svalbardo galima pastebėti aurorą.
Kai plazmos sluoksnio energetinės dalelės susiduria su viršutine atmosfera, sužadinami jo sudėtyje esančių dujų atomai ir molekulės. Sužadintų atomų spinduliuotė yra matomame diapazone ir stebima kaip aurora. Auroros spektrai priklauso nuo planetų atmosferų sudėties: pavyzdžiui, jei Žemėje sužadinto deguonies ir azoto emisijos linijos matomame diapazone yra ryškiausios, tai Jupiteriui - vandenilio emisijos linijos ultravioletinėje spinduliuotėje. .
Kadangi įkrautų dalelių jonizacija efektyviausiai vyksta dalelių kelio pabaigoje, o atmosferos tankis mažėja didėjant aukščiui pagal barometrinę formulę, pašvaistės atsiradimo aukštis gana stipriai priklauso nuo planetos atmosferos parametrų, Pavyzdžiui, Žemei su gana sudėtinga atmosferos sudėtimi raudonas deguonies švytėjimas stebimas 200–400 km aukštyje, o bendras azoto ir deguonies švytėjimas - ~110 km aukštyje. Be to, šie veiksniai lemia ir pašvaistės formą – išsklaidytas viršutines ir gana ryškias apatines ribas. (žr. 3 pav.).
P 
Žemės pašvaistės
Auroros daugiausia stebimos didelėse abiejų pusrutulių platumose ovaliose zonose-juostose, supančiose Žemės magnetinius polius - auroraliniuose ovaluose. Auroralinių ovalų skersmuo ramios Saulės metu yra ~ 3000 km, dienos pusėje zonos riba nuo magnetinio poliaus nutolusi 10–16°, o naktinėje – 20–23°. Kadangi Žemės magnetiniai poliai yra ~12° nutolę nuo geografinių polių, pašvaistės stebimos 67-70° platumose, tačiau Saulės aktyvumo metu pašvaistės ovalas plečiasi, o auroras galima stebėti žemesnėse platumose - 20-25° į pietus. arba į šiaurę nuo jų ribų.normalus pasireiškimas.
Auroros pavasarį ir rudenį pasitaiko daug dažniau nei žiemą ir vasarą. Didžiausias dažnis patenka į periodus, kurie yra arčiausiai pavasario ir rudens lygiadienio. Auroros metu per trumpą laiką išsiskiria didžiulis energijos kiekis (vieno iš 2007 m. užfiksuotų trikdžių metu – 5x1014 džaulių, maždaug tiek pat, kiek per 5,5 balo žemės drebėjimą.
Stebint nuo Žemės paviršiaus, Aurora Borealis pasireiškia kaip bendras greitai kintantis dangaus švytėjimas arba judantys spinduliai, juostelės, karūnos, „užuolaidos“. Auroros trukmė svyruoja nuo dešimčių minučių iki kelių dienų.
Kitų Saulės sistemos planetų auroros
M 
Saulės sistemos milžiniškų planetų magnetiniai laukai yra daug stipresni už Žemės magnetinį lauką, todėl šių planetų pašvaistė yra didesnė, palyginti su Žemės pašvaiste. Milžiniškų planetų stebėjimų iš Žemės (ir apskritai iš vidinių Saulės sistemos sričių) ypatybė yra ta, kad jos nukreiptos į stebėtoją Saulės apšviesta puse, o matomame diapazone jų auroros prarandamos atspindėtoje saulės šviesoje. Tačiau dėl didelio vandenilio kiekio jų atmosferoje, jonizuoto vandenilio spinduliavimo ultravioletinių spindulių diapazone ir žemo milžiniškų planetų albedo ultravioletiniuose spinduliuose, naudojant neatmosferinius teleskopus (Hubble kosminį teleskopą) buvo gauti aiškūs šių planetų auroros vaizdai.
Jupiterio ypatybė – jo palydovų įtaka pašvaistėms: magnetinio lauko linijų pluoštų „projekcijų“ zonose ant auroralinio Jupiterio ovalo stebimos šviesios auroros sritys, sužadintos srovių, kurias sukelia judesio judėjimas. palydovai savo magnetosferoje ir jonizuotos medžiagos išmetimas palydovais – pastarasis ypač ryškus Io atveju su savo vulkanizmu.
H 
Hablo kosminiu teleskopu padarytame Jupiterio auroros atvaizde (4 pav.) pastebimos šios projekcijos: Io (dėmė su „uodega“ išilgai kairės galūnės), Ganimedas (centre) ir Europa ( šiek tiek žemiau ir į dešinę nuo Ganimedo pėdsako).
Kai tik atsiranda vaivorykštė, ji visada susidaro dėl šviesos žaismo vandens lašeliuose. Dažniausiai tai būna lietaus lašai, retkarčiais smulkūs rūko lašeliai. Ant mažiausių lašelių, pavyzdžiui, tų, kurie sudaro debesis, vaivorykštės nesimato.
Vaivorykštė atsiranda dėl saulės šviesą laužo vandens lašeliai pakibęs ore. Šie lašeliai skirtingai nukreipia skirtingų spalvų šviesą, todėl balta šviesa suskaidoma į spektrą.
Šviesią mėnulio naktį galite pamatyti vaivorykštė nuo mėnulio. Kadangi žmogaus regėjimas sukurtas taip, kad esant silpnam apšvietimui akis blogai suvoktų spalvas, mėnulio vaivorykštė atrodo balkšva; kuo ryškesnė šviesa, tuo „spalvingesnė“ vaivorykštė.
Pagal seną anglų tikėjimą, kiekvienos vaivorykštės papėdėje galima rasti aukso puodą. Dar ir dabar atsiranda žmonių, kurie įsivaizduoja, kad tikrai gali patekti į vaivorykštės dugną ir ten matoma ypatinga mirganti šviesa.
Visiškai akivaizdu, kad vaivorykštė nėra jokioje konkrečioje vietoje, kaip tikras daiktas; tai ne kas kita, kaip šviesa, sklindanti iš tam tikros krypties.
Dažniausiai stebimas pirminė vaivorykštė kur šviesa patiria vieną vidinį atspindį. Spindulių kelias parodytas paveikslėlyje žemiau. Pirminėje vaivorykštėje raudona spalva yra už lanko, jos kampinis spindulys yra 40–42 °.
Kartais aplink pirmąjį galite pamatyti kitą, ne tokią ryškią vaivorykštę. tai antrinė vaivorykštė, kuriame šviesa laše atsispindi du kartus. Antrinėje vaivorykštėje „apversta“ spalvų tvarka yra violetinė išorėje ir raudona viduje. Antrinės vaivorykštės kampinis spindulys yra 50-53°.
Spalvų tvarka antroje vaivorykštėje yra atvirkštinė pirmosios; jie susiduria vienas su kitu raudonomis juostelėmis.
Vaivorykštės formavimosi schema
- sferinis lašas,
- vidinis atspindys,
- pirminė vaivorykštė,
- refrakcija,
- antrinė vaivorykštė,
- įeinantis šviesos spindulys
- spindulių eiga formuojantis pirminei vaivorykštei,
- spindulių kelias formuojantis antrinei vaivorykštei,
- stebėtojas,
- vaivorykštės formavimosi sritis,
- vaivorykštės formavimosi sritis.
- vaivorykštės formavimosi sritis.
Vaivorykštės aprašomas apskritimo centras visada yra tiesėje, einančioje per Saulę (Mėnulį) ir stebėtojo akį, tai yra, be veidrodžių neįmanoma vienu metu matyti saulės ir vaivorykštės.
Tiesą sakant, vaivorykštė yra visas ratas. Negalime jo sekti už horizonto vien todėl, kad nematome po mumis krintančių lietaus lašų.
Iš lėktuvo ar aukštumos matosi visas ratas.
„Septynios vaivorykštės spalvos“ egzistuoja tik vaizduotėje. Tai retorinė frazė, kuri gyvuoja taip ilgai, nes retai matome dalykus tokius, kokie yra iš tikrųjų. Tiesą sakant, vaivorykštės spalvos pamažu virsta viena į kitą, ir tik akis jas nevalingai sujungia į grupes.
Išryškinimo vaivorykštėje tradicija 7 spalvos išvyko iš Izaokas Niutonas, kuriam skaičius 7 turėjo ypatingą simbolinę reikšmę (dėl pitagoriškų ar teologinių priežasčių). Tradicija vaivorykštėje skirti 7 spalvas nėra universali, pavyzdžiui, bulgarai vaivorykštėje turi 6 spalvas.
Norėdami įsiminti spalvų seką vaivorykštėje, naudojamos mnemoninės frazės, kurių pirmosios kiekvieno žodžio raidės atitinka pirmąsias spalvų pavadinimų raides (raudona, oranžinė, geltona, žalia, mėlyna, mėlyna, violetinė).
"Į kas apie hotnikas ir daro h nat, G de Su eina f azanas. „Kaip kartą varpininkas Žakas galva sulaužė žibintą“.
