При каких условиях возникает радуга?

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 19.09.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

При каких условиях возникает полярное сияние?
Почему шумят водопроводные трубы?
Почему возникает тяга в печной трубе?
При каких условиях возникают миражи?


Введение:

Оптическое явление каждого видимого события является результатом взаимодействия света и материальных сред, физических и биологических. Луч зеленого света является примером оптического явления. 

Обычные оптические явления часто происходят из-за взаимодействия света от солнца или луны с атмосферой, облаками, водой, пылью и другими частицами. Некоторые из них, такие как зеленый луч света, настолько редки, что их иногда считают мифическими. 

Оптические явления включают явления, возникающие из-за оптических свойств атмосферы, остальной природы (другие явления); от объектов, будь то природных или человеческих (оптические эффекты), где наши глаза являются энтопическими по природе. 

Есть много явлений, которые возникают из-за квантовой или волновой природы света. Некоторые из них довольно тонкие и наблюдаются только при точных измерениях с помощью научных инструментов. 

В своей работе я хочу рассмотреть и рассказать об оптических явлениях, связанных с зеркалами (отражение, затухание) и атмосферных явлениях (мираж, радуга, северное сияние), с которыми мы часто сталкиваемся в повседневной жизни.

Зеркальные оптические явления

Если мы примем простое и точное определение, то зеркало это гладкая поверхность, предназначенная для отражения света (или другого излучения). Самый известный пример плоское зеркало. 

Современная история зеркал восходит к 13 веку, точнее к 1240 году, когда они научились выдувать сосуды из стекла в Европе. Изобретение настоящего зеркального зеркала датируется 1279 годом, когда францисканец Джон Пекам описал метод покрытия стекла тонким слоем олова. 

Помимо зеркал, изобретенных и созданных человеком, список отражающих поверхностей является большим и обширным: поверхность водоема, иногда лед, иногда полированный металл, просто стекло, если смотреть на него под определенным углом, но, тем не менее, это искусственное зеркало, которое можно назвать почти идеальной отражающей поверхностью.

Принцип прохождения лучей, отраженных от зеркала, прост, если мы применяем законы геометрической оптики, не учитывая волновую природу света. Луч света падает на поверхность зеркала (рассмотрим полностью непрозрачное зеркало) под углом альфа к нормали (перпендикулярно), проведенной к точке падения луча на зеркало. Угол отраженного луча будет равен тому же альфа-значению. Луч, падающий на зеркало под прямым углом к ​​плоскости зеркала, будет отражаться в себе. 

Для самого простого плоского зеркала изображение будет располагаться позади зеркала симметрично относительно объекта относительно плоскости зеркала, оно будет воображаемым, прямым и того же размера, что и сам объект.

Тот факт, что ландшафт, отраженный в стоячей воде, ничем не отличается от реального, а перевернутый вверх дном, далек от случая. Если человек поздно вечером смотрит на то, как лампы отражаются в воде, или как отражается берег, спускающийся к воде, то это отражение будет казаться ему сокращенным и полностью «исчезающим», если наблюдатель находится высоко над поверхностью воды. , Кроме того, вы никогда не сможете увидеть отражение верхней части камня, часть которого погружена в воду. Наблюдатель видит пейзаж так, как будто он смотрит на него из точки, расположенной настолько глубже, чем поверхность воды, так как глаз наблюдателя находится над поверхностью. Разница между пейзажем и его изображением уменьшается по мере приближения глаза к поверхности воды, а также по мере удаления объекта. Люди часто думают, что отражение кустов и деревьев в пруду отличается большей яркостью цветов и насыщенностью тонов. Эту особенность также можно заметить, наблюдая отражение объектов в зеркале. Здесь психологическое восприятие играет большую роль, чем физическая сторона явления. Рамка зеркала, берега пруда ограничивают небольшую область ландшафта, защищая периферийное зрение человека от избыточного рассеянного света, идущего со всего неба, и слепого наблюдателя, то есть он смотрит на небольшую область Пейзаж как бы сквозь темную узкую трубу. Уменьшение яркости отраженного света по сравнению с прямым светом позволяет людям видеть небо, облака и другие ярко освещенные объекты, которые при взгляде прямо слишком яркие для глаза. 

Полное внутреннее отражение света

Прекрасным зрелищем является фонтан, в котором выброшенные струи освещаются изнутри. Это можно изобразить в нормальных условиях, выполнив следующий эксперимент. Просверлите круглое отверстие диаметром 5-6 мм в высокой консервной банке на высоте 5 см от дна. Лампочка с патроном должна быть аккуратно завернута в целлофановую бумагу и помещена напротив отверстия. Вам нужно налить воду в банку. Открыв отверстие, мы получаем струю, которая будет освещена изнутри. В темной комнате он ярко светится и выглядит очень эффектно. Струе можно придать любой цвет, поместив цветное стекло на пути световых лучей. Если вы положите палец на пути струи, то вода будет распыляться, и эти капли ярко светятся. Объяснение этого явления довольно простое. Луч света проходит вдоль потока воды и попадает на искривленную поверхность под углом, превышающим ограничивающий, испытывает полное внутреннее отражение, а затем снова попадает на противоположную сторону потока под углом, снова превышающим ограничивающий. Таким образом, луч проходит вдоль потока, изгибаясь вместе с ним. Но если бы свет был полностью отражен внутри струи, то он не был бы виден снаружи. Часть света рассеивается водой, пузырьками воздуха и различными примесями, присутствующими в нем, а также из-за неровностей поверхности струи, поэтому он виден снаружи. 

Я дам физическое объяснение этому явлению здесь. Пусть абсолютный показатель преломления первой среды больше абсолютного показателя преломления второй среды n 1> n 2, то есть первая среда оптически плотнее. Здесь абсолютные показатели СМИ соответственно равны: 

Затем, если направить луч света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду, то при увеличении угла падения преломленный луч приблизится к границе раздела между двумя средами, затем он пройдет вдоль границы раздела, и с При дальнейшем увеличении угла падения преломленный луч исчезнет, ​​т.е. падающий луч будет полностью отражен от границы раздела между двумя средами. 

Ограничительный угол (альфа ноль) это угол падения, который соответствует углу преломления 90 градусов. Для воды ограничивающий угол составляет 49 градусов. Для стекла 42 градуса. Проявления в природе: воздушные пузырьки на подводных растениях кажутся зеркальными, капли росы вспыхивают разноцветными огоньками, «играющими» алмазами в лучах света, поверхность воды в стакане при взгляде снизу через стеклянную стену будет сиять. 

Атмосферные оптические явления

Мираж это оптическое явление в атмосфере: отражение света на границе между слоями воздуха, резко отличающимися по плотности. Для наблюдателя такое отражение состоит в том, что вместе с удаленным объектом (или частью неба) его виртуальное изображение, смещенное относительно него, является видимым. 

То есть мираж не более чем игра световых лучей. Дело в том, что в пустыне земля сильно прогревается. Но в то же время температура воздуха над землей на разных расстояниях от нее сильно меняется. Например, температура слоя воздуха на десять сантиметров над уровнем земли на 30-50 градусов ниже температуры поверхности. 

Все законы физики гласят: свет в однородной среде распространяется по прямой. Однако в таких экстремальных условиях закон не применяется. В чем дело? При такой разнице температур лучи начинают преломляться, и на самой земле они обычно начинают отражаться, создавая иллюзии, которые мы привыкли называть миражами. То есть воздух на самой поверхности становится зеркалом. 

Хотя миражи обычно ассоциируются с пустынями, их очень часто можно наблюдать над поверхностью воды, в горах, а иногда даже в крупных городах. Другими словами, везде, где происходят внезапные изменения температуры, можно наблюдать эти невероятные картины. 

Это явление довольно распространенное. Например, в самой большой пустыне на нашей планете ежегодно наблюдается около 160 тысяч миражей. 

Очень интересно, что, хотя миражи считаются детьми пустынь, Аляска уже давно признана бесспорным лидером по своему происхождению. Чем холоднее, тем яснее и красивее наблюдаемый мираж. 

Неважно, как часто это явление, изучать его очень сложно. Зачем? Все очень просто. Никто не знает, где и когда он появится, каким он будет и как долго он будет жить. 

После того, как появилось много всевозможных записей о миражах, естественно, их пришлось классифицировать. Оказалось, что, несмотря на все их разнообразие, можно было выделить только шесть типов миражей: нижний (озеро), верхний (появляются на небе), боковой «Фата Моргана», призрачные миражи и миражи оборотней. 

Более сложный тип миража называется Fata Morgana. Никаких объяснений для него пока не найдено. 

Нижний (озерный) мираж. Это самые распространенные миражи. Они получили свое имя из-за мест их происхождения. Они наблюдаются на поверхности земли и воды. 

Верхние миражи (миражи дальнего видения). Этот вид миражей так же прост по происхождению, как и предыдущий. Однако такие миражи гораздо разнообразнее и красивее. Они появляются в воздухе. Самые захватывающие из них знаменитые города-призраки. Очень интересно, что они обычно представляют собой изображения объектов городов, гор, островов, которые находятся за тысячи километров. 

Боковые миражи. Они возникают вблизи вертикальных поверхностей, сильно прогреваемых солнцем. Это могут быть скалистые берега моря или озера, когда побережье уже освещено солнцем, а поверхность воды и воздуха над ним еще холодная. Этот вид миражей является очень распространенным явлением на Женевском озере. 

Фата Моргана самый сложный вид миражей. Это коллекция из нескольких форм миражей одновременно. В то же время объекты, которые изображает мираж, умножаются и довольно искажаются. Интересно, что этот тип миражей получил свое название от Морганы, сестры знаменитого Артура. Она предположительно обиделась на Ланселота за то, что отвергла ее. Несмотря на него, она поселилась в подводном мире и стала мстить всем мужчинам, обманывая их призрачными видениями 

Многочисленные «Летучие голландцы», которых до сих пор видят моряки, также можно отнести к «Фата Морган». Они обычно показывают корабли, которые находятся на расстоянии сотен или даже тысяч километров от наблюдателей. 

Возможно, больше нечего сказать о типах миражей.

Я хотел бы добавить, что, хотя это очень красивое и таинственное зрелище, оно также очень опасно. Я убиваю миражи и довожу их жертв до безумия. Особенно это касается пустынных миражей. И объяснение этого явления не облегчает судьбу путешественников. 

Однако люди пытаются с этим бороться. Созданы специальные путеводители, в которых указаны места наиболее частого появления миражей, а иногда и их формы. 

При каких условиях возникает радуга?

Кстати, миражи получены в лабораторных условиях.

Например, в простом эксперименте, опубликованном в книге В. В. Майры «Полное отражение света в простых экспериментах» (Москва, 1986), приведено подробное описание получения моделей миража в различных средах. Самый простой способ наблюдать за миражом это вода. Прикрепите темную, предпочтительно черную, кофейную банку ко дну банки с белым дном. Посмотрев вниз, почти вертикально, вдоль стены, быстро налейте в банку горячую воду. Поверхность банки сразу станет блестящей. Зачем? Дело в том, что показатель преломления воды увеличивается с ростом температуры. На горячей поверхности банки температура воды намного выше, чем на расстоянии. Так световой луч изгибается так же, как во время миражей в пустыне или на горячем асфальте. Баночка выглядит блестящей для нас из-за полного отражения света. 

Радуга

Атмосферное оптическое и метеорологическое явление наблюдается, когда Солнце (иногда Луна) освещает множество капель воды (дождь или туман). Радуга выглядит как разноцветная дуга или круг, составленный из цветов спектра (с внешнего края: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Это семь цветов, которые обычно различаются в радуге в русской культуре, но следует иметь в виду, что на самом деле спектр непрерывный, а его цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков. 

Центр круга, описываемого радугой, лежит на прямой линии, проходящей через наблюдателя и Солнце, более того, при наблюдении радуги (в отличие от гало) Солнце всегда находится за спиной наблюдателя, и невозможно одновременно видеть Солнце и радугу без использования оптических приборов. Для наблюдателя на земле радуга обычно выглядит как дуга, часть круга, и чем выше точка наблюдения, тем она полнее (с горы или самолета вы также можете увидеть полный круг). Когда Солнце поднимается выше 42 градусов над горизонтом, радуга не видна с поверхности Земли. 

Радуга возникает, когда солнечный свет преломляется и отражается от капель воды (дождя или тумана), плавающих в атмосфере. Эти капли по-разному отражают свет разных цветов (показатель преломления воды для длинноволнового (красного) света ниже, чем для коротковолнового (фиолетового) света, поэтому самое слабое отклонение красного света при 137 ° 30 ', а фиолетовый наиболее отклонено при 139 ° 20 '). В результате белый свет разлагается на спектр (происходит рассеивание света). Наблюдатель, стоящий спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, исходящее из пространства вдоль концентрических кругов (дуг). 

Чаще всего это первичная радуга, в которой свет подвергается одному внутреннему отражению. В основной радуге красный цвет находится за пределами дуги, а его угловой радиус составляет 40-42 °. 

Иногда вы можете увидеть другую, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, которая образована светом, дважды отраженным в каплях. Во вторичной радуге порядок цвета обратный фиолетовый снаружи и красный внутри. Угловой радиус вторичной радуги составляет 50-53 °. Небо между двумя радугами обычно заметно темнее, эта область называется полосой Александра. 

Появление радуги третьего порядка в естественных условиях встречается крайне редко. Считается, что за последние 250 лет было только пять научных сообщений о наблюдении этого явления. Тем удивительнее появление в 2011 году сообщения о том, что можно было не только наблюдать радугу четвертого порядка, но и зарегистрировать ее на фотографии. В лабораторных условиях можно получить радуги гораздо более высоких порядков. Так, в статье, опубликованной в 1998 году, утверждалось, что авторам с помощью лазерного излучения удалось получить радугу 200-го порядка. 

Основной свет радуги на 96% поляризован вдоль дуги. Вторичный радужный свет поляризован на 90%. 

В яркую лунную ночь вы также можете наблюдать радугу с луны. Поскольку рецепторы человеческого глаза, которые работают при слабом освещении, «палочки» не воспринимают цвета, лунная радуга выглядит беловатой; чем ярче свет, тем более «окрашена» радуга (в его восприятие включены цветовые рецепторы «колбочки»). 

При определенных обстоятельствах можно увидеть двойную, перевернутую или даже круглую радугу. Фактически это явления другого процесса преломления света в ледяных кристаллах, рассеянных в атмосфере, и относящихся к гало. Для появления в небе перевернутой радуги (ближняя зенитная дуга, зенитная дуга, один из типов гало) требуются особые погодные условия, характерные для Северного и Южного полюсов. Перевернутая радуга образуется за счет преломления света, проходящего сквозь кусочки льда тонкой облачной завесы на высоте 7-8 тысяч метров. Цвета в такой радуге также расположены наоборот: фиолетовый вверху и красный внизу. 

Северное сияние

Северное сияние (Северное сияние) это свечение (свечение) верхних слоев атмосфер планет, имеющих магнитосферу благодаря их взаимодействию с заряженными частицами солнечного ветра.

В очень ограниченной области верхних слоев атмосферы полярные сияния могут быть вызваны низкоэнергетическими заряженными частицами солнечного ветра, попадающими в полярную ионосферу через северные и южные полярные каспы. В северном полушарии около полудня можно наблюдать полярные сияния над Шпицбергеном. 

Когда энергичные частицы плазменного слоя сталкиваются с верхней атмосферой, атомы и молекулы газов, входящих в его состав, возбуждаются. Излучение возбужденных атомов в видимом диапазоне наблюдается как полярное сияние. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: например, если для Земли линии излучения возбужденного кислорода и азота в видимом диапазоне являются наиболее яркими, то для Юпитера они являются линиями излучения водорода в ультрафиолет. 

Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частиц, а плотность атмосферы уменьшается с увеличением высоты в соответствии с барометрической формулой, высота появления сияний довольно сильно зависит от параметров атмосферы планеты, так как Например, для Земли с ее довольно сложным составом атмосферы, красное свечение кислорода наблюдается на высотах 200-400 км, а комбинированное свечение азота и кислорода на высоте ~ 110 км. Кроме того, эти факторы также определяют форму полярных сияний размытые верхние и довольно острые нижние границы. 

Полярные сияния наблюдаются в основном в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюсы земно-авроральных овалов. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца; на дневной стороне граница зоны составляет 10-16 ° от магнитного полюса и -20-23 ° на ночной стороне. Поскольку магнитные полюсы Земли находятся на расстоянии ~ 12 ° от географических полюсов, полярные сияния наблюдаются на широтах 67-70 °, однако во время солнечной активности овальный сияние расширяется, а полярные сияния можно наблюдать на более низких широтах, на 20-25 ° южнее или северные границы их обычного проявления. Например, на острове Стюарт, который расположен только на 47 ° параллели, полярные сияния происходят регулярно. Маори даже называли это «Пылающими». 

В спектре полярных сияний Земли наиболее интенсивное излучение исходит от основных компонентов атмосферы азота и кислорода, а их линии излучения наблюдаются как в атомном, так и в молекулярном (нейтральные молекулы и молекулярные ионы) состоянии. Наиболее интенсивными являются линии эмиссии молекул атомарного кислорода и ионизованного азота. 

Кислородная люминесценция обусловлена ​​излучением возбужденных атомов в метастабильных состояниях с длинами волн 557,7 нм (зеленая линия, время жизни 0,74 с) и дублетами 630 и 636,4 нм (красная область, время жизни 110 с). В результате красный дублет испускается на высотах 150-400 км, где из-за сильного разрежения атмосферы скорость тушения возбужденных состояний при столкновениях низкая. Молекулы ионизированного азота излучают при 391,4 нм (около ультрафиолета), 427,8 нм (фиолетовый) и 522,8 нм (зеленый). Однако каждое явление имеет свой уникальный диапазон, что обусловлено несогласованностью химического состава атмосферы и погодных факторов. 

Спектр полярных сияний изменяется с высотой, и в зависимости от эмиссионных линий, преобладающих в спектре полярных сияний , полярные сияния делятся на два типа: высотные полярные сияния типа A с преобладанием атомных линий и полярные сияния типа B на относительно малых высотах (80-90 км) с преобладанием молекулярных линий в спектре вследствие столкновительного тушения возбужденных состояний атомов в относительно плотной атмосфере на этих высотах. 

Полярные сияния встречаются гораздо чаще весной и осенью, чем зимой и летом. Пик частоты приходится на периоды, наиболее близкие к весеннему и осеннему равноденствиям. Во время сияния огромное количество энергии высвобождается за короткое время. Так, для одного из нарушений, зарегистрированных в 2007 году, было выпущено 5 · 1014 Дж, примерно столько же, сколько во время землетрясения силой 5,5 балла. 

При взгляде с поверхности Земли сияние появляется в форме общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесок». Продолжительность сияний колеблется от десятков минут до нескольких дней. 

Считалось, что полярные сияния симметричны в северном и южном полушариях. Однако одновременное наблюдение полярных сияний в мае 2001 г. из космоса с северного и южного полюсов показало, что полярные сияния и северное сияние значительно отличаются друг от друга. 

Заключение

Природные оптические явления очень красивы и разнообразны. В древние времена, когда люди не понимали свою природу, они давали им мистическое, магическое и религиозное значение, боялись и боялись их.

Но теперь, когда мы можем даже своими руками создать каждое из явлений в лабораторных (а иногда и весьма кустарных) условиях, примитивный ужас исчез, и мы можем с радостью заметить радужную вспышку на небе в нашей повседневной жизни, отправляйтесь на север, чтобы полюбоваться полярным сиянием и с любопытством отметить таинственный мираж, вспыхнувший в пустыне.

И зеркала стали еще более важной частью нашей повседневной жизни как в повседневной жизни (например, дома, в автомобилях, в видеокамерах), так и в различных научных приборах: спектрофотометры, спектрометры, телескопы, лазеры, медицинское оборудование.