|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
DZIECIĘCE LABORATORIUM NAUKOWE
Wzejdzie czerwone słońce. Laboratorium naukowe dla dzieci
Katalog / Laboratorium Naukowe dla Dzieci Kolor nieba, kolor Słońca i Księżyca, wiele zjawisk optycznych i akustycznych determinuje fakt, że fale elektromagnetyczne i sprężyste o różnej długości są rozpraszane w atmosferze na różne sposoby, zgodnie z prawem Rayleigha. Latem niewiele osób widzi wschodzące słońce - wschodzi za wcześnie. Ale zachody słońca pojawiają się przed nami w całej okazałości: ogromna kula, zmieniając kolor z jaskrawoczerwonego na bordowy, powoli schodzi po błękitnym niebie, barwiąc je na żółto, zielono, różowo i znika za horyzontem... Kiedy - Uważano, że samo powietrze ma kolor niebieski i dlatego atmosfera pochłania promienie czerwone. Ale wtedy Słońce i Księżyc na horyzoncie wydawałyby się bardziej niebieskawe niż w zenicie: promienie światła z nich, zanim dotrą do obserwatora, przechodzą przez im większą gęstość powietrza, tym niżej opada luminarz. Po pojawieniu się elektromagnetycznej teorii światła stało się jasne, że fale świetlne w atmosferze muszą być rozpraszane przez cząsteczki zawieszone w powietrzu, podobnie jak fale na wodzie - kamienie i skały, które stoją im na drodze. Zostało to zasugerowane i udowodnione eksperymentalnie w 1868 roku przez angielskiego fizyka J. Tyndalla. Jednak trzy lata później J.W. Rayleigh wykazał, że rozpraszanie światła powinno zachodzić również w idealnie czystej atmosferze na jej optycznych niejednorodnościach - fluktuacjach gęstości. Te niejednorodności powstają w sposób ciągły w wyniku przypadkowego gromadzenia się cząsteczek podczas ich ruchu termicznego i natychmiast rozpuszczają się, aby ponownie uformować się w innym miejscu. Światło przechodzące przez pustkę lub przez absolutnie jednorodny ośrodek nie rozprasza się: wymiary cząsteczek są tysiące razy mniejsze niż długość fali światła, a światło przemieszcza się, nie zauważając ich. Niejednorodności ośrodka stają się swoistymi pryzmatami, które rozpraszają światło tym silniej, im bardziej gęstość powietrza w nich odbiega od wartości średniej. I oczywiście im więcej takich niejednorodności. Ośrodek z niejednorodnościami optycznymi mierzącymi 0,1-0,2 średniej długości fali światła nazywany jest mętnym. W mętnym ośrodku fale świetlne o różnej długości rozpraszają się inaczej: promieniowanie krótkofalowe, niebieska część widma jest silniejsza, długofalowa, czerwona jest słabsza. Zależność rozpraszania od długości fali jest bardzo silna - jest odwrotnie proporcjonalna do czwartej potęgi długości fali. Oznacza to, że światło niebieskie, którego długość fali (0,5 μm) jest 1,4 razy mniejsza niż długość fali światła czerwonego (0,7 μm), jest rozpraszane w mętnym ośrodku w (1,4)4=4 razy silniejszy!
Fala elektromagnetyczna padająca na cząsteczki substancji oddziałuje z ich elektronami. Elektrony tak słabo związane z atomami, że mogą być zauważalnie przemieszczane przez działanie fali (stąd nazywane są „elektronami optycznymi”) doświadczają okresowego przyspieszenia proporcjonalnego do kwadratu częstotliwości i generują zmienne pole magnetyczne. W polu powstaje wtórna fala elektromagnetyczna, której amplituda jest proporcjonalna do przyspieszenia elektronu, a intensywność jest proporcjonalna do kwadratu amplitudy. Zatem intensywność emitowanego światła wtórnego jest proporcjonalna do czwartej potęgi częstotliwości światła padającego lub – co na to samo – odwrotnie proporcjonalna do czwartej potęgi jego długości fali. To wtórne promieniowanie to światło rozproszone w mętnym ośrodku, a zależność jego natężenia od długości fali nazywana jest prawem Rayleigha.
Cząstki większe niż długość fali światła (0,5-0,7 μm) rozpraszają światło głównie w kierunku padającej wiązki, a rozkład jego natężenia staje się dość złożony.
Cząsteczki o wielkości około 0,1 μm rozpraszają padające światło jednakowo do przodu i do tyłu, aw kierunku poprzecznym jest dwa razy słabsze niż w kierunku wzdłużnym. Zależność ta nazywa się prawem Rayleigha. Wyjaśnia czerwony kolor zachodzącego słońca, niebieski kolor nieba i kolor wody morskiej (w płytkiej wodzie żółty, odbity od piaszczystego dna, dodaje się do niebieskiego rozproszonego światła, a woda zmienia kolor na zielony) . Z tego samego powodu światła ostrzegawcze, światła hamowania i inne znaki ostrzegawcze są czerwone (widoczne z daleka), a czerwony filtr na obiektywie aparatu pomaga podczas fotografowania we mgle. Na takich zdjęciach niebo jest bardzo ciemne, prawie czarne, liście jasne, a szczegóły odległych obiektów wychodzą dość wyraźnie. (Zauważ mimochodem, że fotografowie i operatorzy używają czerwonego filtra do zobrazowania księżycowej nocy podczas fotografowania w jasne, słoneczne popołudnie). Przeciwnie, niebieski filtr tworzy wrażenie tajemniczego świata ukrytego za mglistą zasłoną na zdjęciu. W czasie wojny wejścia do domów oświetlano niebieskimi pampasami – ich światło, szybko rozpraszające się w atmosferze, nie było widoczne z powietrza. Bardzo małe cząsteczki równie silnie rozpraszają światło wzdłuż padającej wiązki i pod nią, a 2 razy słabiej - w kierunku prostopadłym. Odpowiednio zmienia się również nasycenie kolorów nieba. Kiedy cząstki stają się większe, zależność ta staje się znacznie bardziej złożona. Światło zaczyna rozpraszać się głównie do przodu, w kierunku padającego światła, zmienia się również jego skład widmowy. Zależność od długości fali staje się nie Rapey'a (Lambda4), ale kwadratowa (Lambda2). Gdy stają się jeszcze większe, cząstki zaczynają jednakowo rozpraszać wszystkie długości fal. Dzieje się tak, gdy lekka mgiełka gęstnieje i zamienia się w mlecznobiałą mgłę. Z tego powodu żółto-pomarańczowe „mgielne” światła samochodowe tak naprawdę nie działają we mgle: ich światło jest tam rozproszone tak samo jak białe. Co więcej: przy silnym zamgleniu staje się czerwonawy i można go pomylić z tylnymi światłami oddalającego się samochodu (czasami z najbardziej niefortunnymi konsekwencjami). Na stepach i pustyniach białawe niebo jest niepokojącym znakiem. Mówi, że nadchodzi silny wiatr, huragan, który unosi w powietrze chmury drobnego piasku i pyłu. I tylko deszcz, „oczyszczając” powietrze, może przywrócić błękit nieba. Znak jest również sprawiedliwy: „Księżyc zmienia kolor na czerwony - na wiatr i złą pogodę”. Wiatr intensywnie miesza warstwy powietrza o różnej temperaturze; liczba fluktuacji gwałtownie wzrasta w tym przypadku. Przeprowadzając prosty eksperyment, możesz zobaczyć, jak zmieniają się kolory światła przechodzącego i rozproszonego (patrz rysunek). Słaby roztwór podsiarczynu wlewa się do szklanego słoika. Wiązka białego światła z rzutnika slajdów przechodzi przez naczynie i skupia się na papierowym ekranie, tworząc krąg światła. Następnie do słoika wkrapla się rozcieńczony kwas solny (stężenie roztworów dobiera się empirycznie). Po kilku minutach produkt reakcji, drobno zdyspergowana siarka, zacznie wytrącać się z roztworu. Cząsteczki siarki powiększają się, a jednocześnie plamka świetlna na ekranie zmienia się najpierw na żółtą, potem czerwoną, a na końcu karmazynową, przypominającą zachodzące słońce. Roztwór w naczyniu, który na początku eksperymentu był całkowicie przezroczysty, nabiera niebieskiego koloru, który ostatecznie staje się białawy, jak mgła. Jeśli poczekasz, aż cząsteczki siarki opadną na dno, roztwór ponownie stanie się przezroczysty, a plamka światła stanie się biała. Fale dźwiękowe i fale na wodzie zachowują się w podobny sposób: ich niskie częstotliwości są również rozpraszane znacznie słabiej niż wysokie. Wibracje dźwiękowe oddziałują z ośrodkiem w zupełnie inny sposób niż drgania elektromagnetyczne – „kołyszą” nie pojedynczymi elektronami w cząsteczkach powietrza, ale całymi obszarami o zwiększonej gęstości i zawieszonymi w nich cząstkami. Mgła szczególnie silnie rozprasza i pochłania dźwięk. Dźwięki we mgle stają się przytłumione, niskie i trudno określić skąd dochodzą. Z dźwiękiem odbitym od odległych obiektów dzieją się czasem ciekawe rzeczy - echo. J. Rayleigh badał przypadek, gdy dźwięk głosu odbitego od ściany sosnowego lasu wzrósł o oktawę. Jest całkiem oczywiste, że częstotliwość wibracji dźwięku nie może wzrosnąć tylko z powodu odbicia od nieruchomej przeszkody. Ale głos ludzki oprócz tonu podstawowego zawiera wiele dodatkowych alikwotów o wyższej częstotliwości, których zwykle nie dostrzegamy. Sosny ze swoimi cienkimi i rzadkimi igłami służą jako „błotniste medium” dla dźwięku, które dobrze przenosi niskie częstotliwości i odbija wysokie. Do obserwatora wracają tylko tony jego głosu i wydaje się, że cały dźwięk nagle stał się wyższy. Osoby o podwyższonej percepcji twórczej – pisarze, poeci, kompozytorzy – doskonale znają tę cechę akustyki atmosferycznej. W opowiadaniu A.P. Czechowa „Doktor” znajduje się niezwykłe zdanie: „W tym czasie z podwórka wyraźnie słychać było dźwięki orkiestry grającej w kręgu daczy. Słychać było nie tylko trąbki, ale nawet skrzypce i flety”. Na wolnym powietrzu flet i skrzypce naprawdę słychać z daleka tylko w szczególnie sprzyjających warunkach. A kompozytorzy, przedstawiając odchodzącą orkiestrę wojskową, nie tylko zmniejszają głośność jej brzmienia, ale przede wszystkim stopniowo usuwają wszelkie wysokie tony. Muzyka cichnie, melodia stopniowo zanika i zostaje tylko stłumione uderzenie bębna basowego i cichnące westchnienia helikonu basowego. Pułku nie ma... Wschodzi czerwone słońce... Białe światło zmienia kolor
Wiele zjawisk optycznych, które obserwujemy na co dzień, wynika z faktu, że światło o różnych długościach fal różnie rozprasza się na swojej drodze. Słońce blisko horyzontu - o wschodzie i zachodzie słońca - jest zawsze czerwone. Wieczorne niebo jest niebieskie lub niebieskie bardzo rzadko - tylko wtedy, gdy powietrze w warstwie powierzchniowej jest całkowicie wolne od kurzu i wilgoci. Kolory świtu tworzą, mieszając się, fale świetlne o różnej długości rozproszone w zakurzonej atmosferze. Mleczna kula lampy na schodach ruchomych stacji metra Majakowskaja i matowy trzonek lampy stołowej. Mleczne szkło, zawierające niezwykle drobny nieprzezroczysty barwnik, służy jako „błotnisty ośrodek” dla światła, silnie rozpraszając krótkofalową część widma. Dlatego rozpalony do białości żarnik lampy wydaje się ciemnoczerwony. Szorstkie rysy na szlifowanym szkle równomiernie rozpraszają fale elektromagnetyczne o dowolnej długości, a cała osłona lampy świeci białym światłem.
Autor: S.Trankovsky
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ 75-calowy telewizor 4K z mikroLED ▪ Komputer jednopłytkowy Inforce 6309L ▪ Empatia i synchroniczne oscylacje neuronów
▪ sekcja serwisu Połączenia i symulatory audio. Wybór artykułu ▪ Biosfera i miejsce w niej człowieka. Podstawy bezpiecznego życia ▪ artykuł Pedały zamiast wioseł. Transport osobisty ▪ artykuł Mikowe materiały elektroizolacyjne. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Uruchamianie zasilaczy impulsowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony