Ilgą laiką miražai, mirgančios figūros ore, sunerimę ir išsigandę žmonės. Šiais laikais mokslininkai atskleidė daugybę gamtos paslapčių, įskaitant optinius reiškinius. Jų nestebina gamtos paslaptys, kurių esmė jau seniai tyrinėta. Šiandien vidurinėje mokykloje optiniai reiškiniai mokomi fizikos 8 klasėje, todėl bet kuris mokinys gali suprasti jų prigimtį.
Pagrindinės sąvokos
Senovės mokslininkai tikėjo, kad žmogaus akis mato apčiuopdama daiktus su ploniausiais čiuptuvais. Optika tuo metu buvo regėjimo tyrimas.
Viduramžiais optika tyrinėjo šviesą ir jos esmę.
Šiandien optika yra fizikos dalis, tirianti šviesos sklidimą įvairiomis terpėmis ir jos sąveiką su kitomis medžiagomis. Visas su regėjimu susijusias problemas tiria fiziologinė optika.
Optiniai reiškiniai yra įvairių veiksmų, kuriuos atlieka šviesos spinduliai, apraiškos. Juos tyrinėja atmosferinė optika.
Neįprasti procesai atmosferoje
Planetą Žemę supa dujinis apvalkalas, vadinamas atmosfera. Jo storis siekia šimtus kilometrų. Arčiau Žemės atmosfera tankesnė, kryptimiį viršų yra negausiai. Atmosferos apvalkalo fizinės savybės nuolat kinta, sluoksniai maišosi. Keisti temperatūras. Tankio, skaidrumo poslinkis.
Šviesos spinduliai iš Saulės ir kitų dangaus kūnų sklinda link Žemės. Jie praeina per Žemės atmosferą, kuri jiems tarnauja kaip specifinė optinė sistema, keičianti jos charakteristikas. Šviesos spinduliai atspindi, išsisklaido, praeina per atmosferą, apšviečia žemę. Esant tam tikroms sąlygoms, spindulių kelias išlinksta, todėl atsiranda įvairių reiškinių. Fizikai originaliausiais optiniais reiškiniais laiko:
- saulės saulėlydis;
- vaivorykštės išvaizda;
- šiaurės pašvaistė;
- miražas;
- halo.
Pažvelkime į juos atidžiau.
Aureolė aplink saulę
Pats žodis „halo“graikų kalboje reiškia „ratas“. Koks optinis reiškinys yra jo pagrindas?
Halo yra spindulių lūžio ir atspindžio procesas, vykstantis aukštai atmosferoje esančiuose debesų kristaluose. Reiškinys atrodo kaip šviečiantys spinduliai šalia Saulės, apriboti tamsiu intervalu. Halos paprastai susidaro prieš ciklonus ir gali būti jų pirmtakai.
Vandens lašai sustingsta ore ir įgauna tinkamą prizminę formą su šešiomis pusėmis. Visi yra susipažinę su varvekliais, atsirandančiais apatiniuose atmosferos sluoksniuose. Viršuje tokios ledo adatos laisvai krenta vertikalia kryptimi. Kristalinės ledo lytys sukasi, leidžiasi į žemę, o kartu išsidėsto lygiagrečiaisantykis su žeme. Žmogus nukreipia regėjimą per kristalus, kurie veikia kaip lęšiai ir laužia šviesą.
Kitos prizmės yra plokščios arba atrodo kaip žvaigždės su šešiais spinduliais. Šviesos spinduliai, krintantys ant kristalų, gali nelūžinėti arba patirti daugybę kitų procesų. Retai atsitinka taip, kad visi procesai būtų aiškiai matomi, dažniausiai viena ar kita reiškinio dalis išryškėja aiškiau, o kitos – prastai.
Mažas aureolė yra ratas aplink saulę, kurio spindulys yra apie 22 laipsniai. Apskritimo spalva iš vidaus yra rausva, tada pereina į geltoną, b altą ir susimaišo su mėlynu dangumi. Vidinė apskritimo sritis yra tamsi. Jis susidaro dėl šviesos lūžio ore skraidančiose ledo adatose. Spinduliai prizmėse nukrypsta 22 laipsnių kampu, todėl tie, kurie praėjo per kristalus, stebėtojui atrodo nukrypę 22 laipsniais. Todėl vidus atrodo tamsus.
Raudona spalva lūžta mažiau, o tai rodo mažiausiai nukreiptą nuo saulės. Toliau geltona. Kiti spinduliai susimaišo ir atrodo b alti.
Aplink 22 laipsnių aureolę yra 46 laipsnių aureolė. Jo vidinė sritis taip pat yra rausva, nes šviesa lūžta ledo adatose, kurios yra 90 laipsnių kampu į saulę.
90 laipsnių aureolė taip pat žinoma, ji silpnai šviečia, beveik neturi spalvos arba yra raudona iš išorės. Mokslininkai dar iki galo neištyrė šios veislės.
Aureole aplink Mėnulįir kitos rūšys
Šis optinis reiškinys dažnai pastebimas, kai danguje yra lengvų debesų ir daug miniatiūrinių kristalinių ledo lyčių. Kiekvienas toks kristalas yra savotiška prizmė. Iš esmės jų forma yra pailgi šešiakampiai. Šviesa patenka į priekinę kristalinę sritį ir, išeinant iš priešingos dalies, lūžta 22 laipsniais.
Žiemą š altame ore prie gatvių žibintų galima pamatyti aureolę. Tai atrodo iš žibinto šviesos.
Aureolė aplink Saulę taip pat gali susidaryti š altame snieguotame ore. Ore snaigės, pro debesis sklinda šviesa. Vakaro saulėlydžio metu ši lemputė nusidažo raudonai. Praėjusiais šimtmečiais prietaringi žmonės buvo pasibaisėję tokiais reiškiniais.
Aureole gali atrodyti kaip vaivorykštės spalvos ratas aplink Saulę. Atrodo, jei atmosferoje yra daug kristalų su šešiais veidais, bet jie neatspindi, o laužo saulės spindulius. Dauguma spindulių yra išsklaidyti, nepasiekia mūsų akių. Likę spinduliai pasiekia žmogaus akį, o aplink Saulę pastebime vaivorykštį ratą. Jo spindulys yra maždaug 22 laipsniai arba 46 laipsniai.
Klaidinga saulė
Mokslininkai pastebėjo, kad aureolės ratas visada yra ryškesnis šonuose. Tai paaiškinama tuo, kad čia susitinka vertikalios ir horizontalios aureolės. Jų sankirtose gali pasirodyti netikros saulės. Tai ypač dažnai nutinka, kai Saulė yra arti horizonto, o tada nebematome dalies vertikalaus apskritimo.
Netikra saulė taip pat yra optinis reiškinys, savotiškas aureolė. Pasirodo dėlledo kristalai su šešiais veidais, nagų formos. Tokie kristalai atmosferoje sklando vertikalia kryptimi, šviesa lūžta jų šoniniuose paviršiuose.
Trečioji „saulė“taip pat gali susidaryti, jei virš tikrosios saulės matoma tik paviršinė halo apskritimo dalis. Tai gali būti lanko atkarpa arba nesuprantamos formos šviečianti dėmė. Kartais netikros saulės būna tokios ryškios, kad jų negalima atskirti nuo tikrosios saulės.
Vaivorykštė
Tai atmosferos optinis reiškinys, pasireiškiantis nebaigto apskritimo su skirtingomis spalvomis pavidalu.
Senovės religijos vaivorykštę laikė tiltu iš dangaus į žemę. Aristotelis tikėjo, kad vaivorykštė atsiranda dėl saulės šviesos lašų atspindžio. Koks optinis reiškinys vis dar gali patikti žmogui taip, kaip vaivorykštė?
XVII amžiuje Dekartas tyrinėjo vaivorykštės prigimtį. Vėliau Niutonas eksperimentavo su šviesa ir papildė Dekarto teoriją, tačiau negalėjo suprasti kelių vaivorykštių susidarymo, atskirų spalvų atspalvių jose nebuvimo.
Visą vaivorykštės teoriją XIX amžiuje pateikė astronomas iš Anglijos D. Erie. Būtent jam pavyko atskleisti visus vaivorykštės procesus. Jo sukurta teorija pripažįstama ir šiandien.
Vaivorykštė atsiranda, kai saulės šviesa patenka į lietaus vandens uždangą dangaus srityje priešais Saulę. Vaivorykštės centras yra taške, esančiame tolimoje Saulės pusėje, tai yra, jis nėra matomas žmogaus akiai. Vaivorykštės lankas yra apskritimo dalis aplink šį centrinį tašką.
Vaivorykštės spalvos yra išdėstytos tam tikra tvarka. Jis yra pastovus. Viršutiniame krašte yra raudona, o apačioje - violetinė. Tarp jų spalvos eina griežtai. Vaivorykštėje nėra visų esamų spalvų. Žalia spalvos vyravimas rodo perėjimą prie palankaus oro.
Aurora Borealis
Tai švytėjimas viršutiniuose atmosferos magnetiniuose sluoksniuose dėl abipusės saulės vėjo atomų ir elementų įtakos. Aurora paprastai yra žalia arba mėlyna su rožinės ir raudonos spalvos užuominomis. Jie gali būti juostelės arba dėmės pavidalo. Jų pliūpsnius dažnai lydi triukšmingi garsai.
Miražas
Paprastos miražinės apgaulės yra žinomos kiekvienam žmogui. Pavyzdžiui, važiuojant įkaitusiu asf altu miražas pasirodo kaip vandens paviršius. Tai niekam nestebina. Koks optinis reiškinys paaiškina miražų atsiradimą? Pakalbėkime ties šiuo klausimu išsamiau.
Miražas yra optinis fizinis reiškinys atmosferoje, dėl kurio akis mato objektus, kurie normaliomis sąlygomis yra paslėpti. Taip yra dėl šviesos pluošto lūžio, kai jis teka per oro sluoksnius. Objektai, esantys dideliu atstumu, gali pakilti arba kristi, palyginti su tikrosiomis jų buvimo vieta, arba gali būti iškreipti ir įgauti keistų formų.
Sulaužytas vaiduoklis
Tai reiškinys, kai saulėlydžio ar saulėtekio metu aukštumoje esančio žmogaus šešėlis įgauna nesuvokiamas proporcijas, krentant ant šalia esančių debesų. Tai paaiškinamašviesos spindulių atspindys ir lūžis vandens lašeliais rūko sąlygomis. Reiškinys buvo pavadintas vienos iš Vokietijos Harco kalnų aukštumų.
Šv. Elmo ugnis
Tai šviečiantys mėlynos arba violetinės spalvos šepečiai ant jūrų laivų stiebų. Šviesos gali pasirodyti kalnuotose aukštumose, ant įspūdingo aukščio pastatų. Šis reiškinys atsiranda dėl elektros iškrovų laidų galuose dėl to, kad didėja elektros įtampa.
Tai yra optiniai reiškiniai, svarstomi 8 klasės pamokose. Pakalbėkime apie optinius įrenginius.
Dizainas optikoje
Optiniai įrenginiai yra įrenginiai, konvertuojantys šviesos spinduliuotę. Paprastai šie įrenginiai veikia matomoje šviesoje.
Visus optinius įrenginius galima suskirstyti į du tipus:
- Įrenginiai, kuriuose vaizdas gaunamas ekrane. Tai yra fotoaparatai, filmavimo kameros, projekciniai įrenginiai.
- Įrenginiai, kurie sąveikauja su žmogaus akimi, bet nesudaro vaizdų ekrane. Tai didinamasis stiklas, mikroskopas, teleskopai. Šie įrenginiai laikomi vizualiais.
Fotoaparatas yra opto-mechaninis įrenginys, naudojamas objekto vaizdams filmuoti. Kameros dizainą sudaro fotoaparatas ir objektyvai, sudarantys objektyvą. Objektyvas sukuria apverstą miniatiūrinį objekto vaizdą, kuris užfiksuotas juostoje. Taip yra dėl šviesos veikimo.
Vaizdas iš pradžių yra nematomas, bet dėl tobulinimo sprendimo jis tampa matomas. Šis vaizdas vadinamasneigiamas, jame šviesios vietos atrodo tamsios, ir atvirkščiai. Padarykite teigiamą iš negatyvo ant šviesai jautraus popieriaus. Naudojant nuotraukos didintuvą, vaizdas padidinamas.
Didinamasis stiklas yra objektyvas arba objektyvų sistema, skirta padidinti objektus žiūrint į juos. Didinamasis stiklas dedamas prie akies, pasirenkamas atstumas, iš kurio objektas aiškiai matomas. Didinamojo stiklo naudojimas pagrįstas matymo kampo, iš kurio žiūrimas objektas, padidinimu.
Norėdami gauti didesnį kampinį padidinimą, naudokite mikroskopą. Šiame įrenginyje objektų padidinimas atsiranda dėl optinės sistemos, susidedančios iš objektyvo ir okuliaro. Pirmiausia matymo kampas padidinamas objektyvo, tada okuliaro.
Taigi, mes apsvarstėme pagrindinius optinius reiškinius ir įrenginius, jų rūšis ir savybes.
