При каких условиях возникают миражи?

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 21.09.2019

 

 

 

 

 

  • 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 радуга?
Почему возникает тяга в печной трубе?
Почему палец примерзает к металлу?
При каких условиях возникает торнадо?


Введение:

Конечно, хотя бы один раз вы видели голубое озеро на горячей трассе. И если в жаркий летний день вы стоите на железнодорожном пути или насыпи над ним, когда солнце находится немного в стороне или в стороне и немного впереди железнодорожного пути, то вы можете увидеть, как рельсы 2В трех километрах от вас, кажется, вы погружаетесь в сверкающее озеро, как будто пути были затоплены. Постарайтесь приблизиться к «озеру», оно уйдет, и сколько бы вы ни шли к нему, оно неизменно будет на расстоянии 2–3 километров. Такие «озерные» миражи сводили на нет отчаяние путешественников пустыни, томившихся от жары и жажды. Они также увидели долгожданную воду в 2-3 километрах от нее, блуждали к ней со своей последней силой, но вода отступила, а затем, казалось, растворилась в воздухе. 

Определение и сущность явления

Мираж  оптическое явление в атмосфере: граница отражения света между слоями воздуха различной плотности. Для наблюдателя такое отражение заключается в том, что вместе с удаленным объектом (или частью неба) его виртуальное изображение, смещенное относительно объекта, является видимым. 

Физика этого явления заключается в том, что в неоднородной среде свет распространяется нелинейно. Если представить себе среду, в которой показатель преломления изменяется снизу вверх, и мысленно разделить ее на тонкие горизонтальные слои, то, учитывая условия преломления света при переходе от слоя к слою, отметим, что в такой среде Луч света должен постепенно менять свое направление.

Луч света подвергается такой кривизне в атмосфере, при которой по той или иной причине, главным образом из-за его неравномерного нагрева, показатель преломления воздуха изменяется с высотой.

Поэтому лучи, проходящие через атмосферу, изгибаются, изгибаясь к Земле. Это явление называется нормальным атмосферным преломлением. Из-за преломления небесные тела кажутся нам несколько «приподнятыми» (выше их истинной высоты) над горизонтом. 

Классификация 

Из всего многообразия миражей мы выделим несколько типов: нижние, видимые под объектом, верхние над объектом, боковые, двойные и тройные миражи, миражи с большой дальностью.

Нижние миражи не редкость. Например, вода в пустынном песке это мираж неба над горячим песком. В литературе этот тип миража называется «оазис» или «озеро». Природа миражного озера была детально изучена. Это наблюдается при очень большом вертикальном градиенте температуры (его падение с высотой) на перегретой плоской поверхности. Таким образом, дорога, уходящая вдаль в жаркий летний день, кажется мокрой. Воздух на самой поверхности земли очень горячий и, следовательно, его плотность относительно низкая, показатель преломления на поверхности будет меньше, чем в более высоких слоях воздуха. В этом случае световые лучи вблизи поверхности Земли будут изгибаться, так что их траектория будет направлена ​​вниз. Пусть наблюдатель будет в какой-то момент. Луч света из определенной области голубого неба попадает в глаз наблюдателя, испытывающего указанную кривизну. Это означает, что наблюдатель увидит соответствующий участок неба не выше линии горизонта, а под ним. Ему будет казаться, что он видит воду, хотя на самом деле перед ним изображение голубого неба. То есть виртуальное изображение неба создает иллюзию воды на поверхности. А эффект блеска и перелива обусловлен неоднородностью потоков теплого воздуха, поднимающихся с горячей поверхности. Если мы представим, что вблизи горизонта есть холмы, пальмы или другие объекты, то наблюдатель увидит их вверх ногами из-за заметного изгиба лучей и воспримет их как отражения соответствующих объектов в несуществующей воде. Например, приземления самолета в кино или автомобильные гонки по телевидению часто снимаются очень близко к поверхности горячего асфальта. Затем под машиной или самолетом вы можете увидеть их зеркальное отображение (нижний мираж), а также мираж неба. Причина в том же изгибе световых лучей. Так возникает иллюзия мираж озера. Нижние миражи наблюдаются, как правило, в пустынях и степях. 

Верхний мираж

Это наблюдается над холодной поверхностью земли с перевернутым распределением температуры (температура воздуха увеличивается с увеличением высоты). Верхние миражи, как правило, реже, чем нижние, но чаще всего они более устойчивы, поскольку холодный воздух имеет тенденцию не двигаться вверх, а теплый воздух вниз. Надземные миражи наиболее распространены в полярных регионах, особенно на больших плоских льдинах со стабильно низкими температурами. Они также наблюдаются в более умеренных широтах, хотя в этом случае они слабее, менее отчетливы и устойчивы. Превосходящий мираж может быть прямым или перевернутым, в зависимости от расстояния до истинного объекта и градиента температуры. Изображение часто выглядит как фрагментарная мозаика из прямых и перевернутых частей. 

Потолочные миражи могут иметь поразительный эффект из-за искривления Земли. Если изгиб лучей примерно равен искривлению Земли, лучи света могут перемещаться на большие расстояния, заставляя наблюдателя видеть объекты далеко за горизонтом. Это было отмечено и задокументировано впервые в 1596 году, когда корабль под командованием Виллема Баренца в поисках Северо-Восточного прохода застрял на льду на Новой Земле. Экипаж был вынужден ждать полярной ночи. В то же время восход солнца после полярной ночи наблюдался на две недели раньше, чем ожидалось. В 20 веке это явление было объяснено и получило название «Эффект Новой Земли». 

Точно так же корабли, которые на самом деле настолько далеко, что их не должно быть видно над горизонтом, могут появляться на горизонте и даже над горизонтом, как надземные миражи. Это может объяснить некоторые истории о кораблях или прибрежных городах, летящих в небе, как описано некоторыми полярниками. 

Дальний мираж

Далекий мираж принадлежит верхнему миражу. Такие явления вызваны перераспределением слоев теплого и холодного воздуха. Уменьшение его плотности с высотой «заставляет» лучи, отраженные от объектов, которые находятся не высоко над горизонтом, наклоняться вниз. А законы оптики таковы, что мы всегда видим объект в направлении последнего отрезка пути светового луча. Следовательно, атмосферное преломление поднимает объекты, и наблюдатель может видеть объекты, спрятанные от него за горизонтом, и он будет видеть их выше, как будто висящий над линией горизонта. Поэтому такие миражи называются верхними. 

Этот вид миражей по своему происхождению не сложнее «озерных», но более разнообразен. Превосходящий мираж может дать как прямое, так и перевернутое изображение. Прямое изображение возникает, когда показатель преломления воздуха уменьшается относительно медленно с высотой. Когда показатель преломления быстро уменьшается, формируется инвертированное изображение. 

Двойные и тройные миражи

Миражи могут быть двойными, когда наблюдаются два изображения: простое и перевернутое. Эти изображения могут быть разделены полосой воздуха (одна может быть выше линии горизонта, другая ниже нее), но они могут непосредственно закрываться друг с другом. Иногда появляется другое третье изображение. Если показатель преломления воздуха изменяется сначала быстро, а затем медленно, то в этом случае лучи в первой области будут изгибаться быстрее, чем во второй области. Результат два изображения. Лучи света, распространяющиеся в пределах первой воздушной области, формируют перевернутое изображение объекта. Лучи, распространяющиеся в основном во второй области, изогнуты в меньшей степени и образуют прямое изображение. 

Чтобы понять, как появляется тройной мираж, вам нужно представить три последовательных воздушных области: первую (около поверхности), где показатель преломления медленно уменьшается с высотой, следующую, где показатель преломления быстро уменьшается, и третью область, где показатель преломления снова медленно уменьшается.

Боковой мираж

Если есть нижний и превосходящий мираж, то почему не боковой мираж? Этот тип миражей может возникать в тех случаях, когда слои воздуха неодинаковой плотности располагаются в атмосфере не горизонтально, как обычно, а наклонно или даже вертикально. Такие условия создаются летом, утром вскоре после восхода солнца у скалистых берегов моря или озера, когда побережье уже освещено солнцем, а поверхность воды и воздуха над ним еще холодная. Боковые миражи неоднократно наблюдались на Женевском озере. Мы увидели лодку, приближающуюся к берегу, и рядом с ней точно такая же лодка удалялась от берега. Боковой мираж может появиться у каменной стены дома, хорошо нагретой солнцем, и даже на стороне отапливаемой печи. «Подойдя к стене форта, сделанной из песчаника, я вдруг заметил, что она сияет, как зеркало, и отражает пыльные ладони и верблюдов, тянущих наши пушки на горбах», рассказывает французский офицер Лазар Пог, рассказывая о своих впечатлениях от Туниса. А голландский астроном и популяризатор науки Марсель Миннарт предложил следующий оптический прием: «Встаньте у длинной стены на расстоянии вытянутой руки и посмотрите на блестящий металлический предмет, который ваш друг постепенно подносит к стене на другом конце. Когда объект находится на расстоянии нескольких сантиметров от стены, его контуры будут искажены, и вы увидите его отражение на стене, как если бы оно было отражено. В очень жаркий день может быть даже два изображения. " 

Природа этого миража точно такая же, как и у миража озера. Конечно, лучи света отражаются не от стены, а от примыкающего горячего слоя воздуха. 

Сверхдальние миражи

Особенно удивительны миражи со сверхдальним зрением. К. Фламмарион в своей книге «Атмосфера» описывает пример такого миража. «На основании показаний нескольких заслуживающих доверия людей я могу сообщить о мираже, который был замечен в городе Вервье (Бельгия) в июне 1815 года. Однажды утром жители города увидели армию в небе, и это так ясно , что это было возможно различить костюмы артиллеристов и даже, например, пушка с разбитым колесом, который вот вот отвалится ... это было утром сражения при Ватерлоо! «Описанный мираж изображен акварелью одного из очевидцев. Расстояние по прямой от Ватерлоо до Вервье составляет более 100 км. Бывают случаи, когда такие миражи наблюдались на больших расстояниях до 1000 км. «Летучий голландец» следует отнести именно к таким миражам. (Корабль-призрак, который предвещал несчастье для тех, кто встречает его в океане.) 10 декабря 1941 года в 11 часов утра команда британского транспортного «Продавца», расположенная в Мальдивском крае, на горизонте заметил горящий корабль. «Продавец» отправился на помощь пострадавшим, но через час горящий корабль рухнул на бок и затонул. «Продавец» приблизился к предполагаемому месту гибели корабля, но, несмотря на осторожность В ходе поисков не было обнаружено не только мусора, но даже пятен мазута. В порту назначения в Индии командир Продавца узнал, что в тот самый момент, когда его команда наблюдала за трагедией, крейсер Рипалс тонул, атакован японскими торпедоносцами ар Цейлон. Расстояние между кораблями в то время составляло 900 км. 

Природа этих миражей наименее изучена. Понятно, что атмосфера должна быть прозрачной, свободной от водяных паров и загрязнений. Но этого недостаточно. Стабильный слой охлажденного воздуха должен образовываться на определенной высоте над поверхностью земли. Ниже и выше этого слоя воздух должен быть теплее. Луч света , упавший в плотный холодный слой воздуха, оказывается, как бы заперт внутри него и распространяется в нем, как будто вдоль своего рода световода. Траектория луча все время поворачивается выпуклостью в сторону менее плотных областей воздуха. Появление сверхдальних миражей можно объяснить распространением лучей внутри таких волокон, которые иногда создает природа. 

Фата Моргана

Фата Моргана (итальянская фата Моргана Фея Моргана, согласно легенде, живущая на морском дне и обманчивая путешественников с призрачными видениями) это редкое сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких видов миражей, в которых далекие объекты видны неоднократно и с различными искажениями.

Fata morgana возникает, когда в нижней атмосфере образуется несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности (обычно из-за разницы температур), способных вызывать зеркальные отражения. В результате отражения, а также преломления лучей реальные объекты дают на горизонте или над ним несколько искаженных изображений, частично перекрывающих друг друга и быстро меняющихся во времени, что создает причудливую картину фата-моргана. 

Постоянно меняющиеся воздушные изображения и изображения Фата Морганы были подробно и красочно описаны датским писателем Гансом Кристианом Андерсеном в сказке «Дикие лебеди»: «Элиза увидела перед собой гористую страну, парящую в воздухе с массами блестящего льда на камнях; между скал возвышался огромный замок, обвитый какими-то смелыми воздушными галереями колонн; под ним раскачивались пальмовые леса и великолепные цветы размером с мельничные колеса. … Она увидела перед собой чудесный, постоянно меняющийся облачный замок Фата Моргана. ... Элиза снова пристально посмотрела на замок, и теперь горы, леса и замок слились воедино, и из них образовалось двадцать одинаковых величественных церквей с колокольнями и окнами с ланцетом. ... Теперь церкви были довольно близко, но вдруг они превратились в целую флотилию кораблей; Элиза посмотрела ближе и увидела, что над водой поднимается только морской туман. … На ее глазах постоянно менялись воздушные образы и картинки! 

При каких условиях возникают миражи?

Антон Павлович Чехов также описывает подобную оптическую иллюзию в своем рассказе «Черный монах»: «Тысячу лет назад монах, одетый в черное, шел по пустыне, где-то в Сирии или Аравии ... В нескольких милях от места, где он шел, рыбаки увидели другого черного монаха, который медленно двигался по поверхностным озерам. Этот второй монах был миражом. Теперь забудьте все законы оптики, которые легенда, похоже, не признает, и слушайте дальше. Из миража появился другой мираж, затем из другого третий, так что изображение черного монаха стало бесконечно передаваться из одного слоя атмосферы в другой. Его видели сейчас в Африке, затем в Испании, затем в Индии, затем на Крайнем Севере.

Распределение и степень проявления

Вообще мираж довольно частое явление, поэтому ежегодно в Сахаре наблюдается около 160 тысяч миражей: они устойчивы и блуждают, вертикальные и горизонтальные.

Но далекая холодная Аляска уже давно признана защитницей миража. Чем сильнее холод, тем яснее и красивее видения появляются в ее небе. Только в 19 веке в этих частях страны появились миражи. Так, в 1889 году местный житель, прогуливаясь возле горы Фэйрвезер, на юго-востоке полуострова, заметил силуэт большого города с небоскребами, высокими башнями и шпилями, храмами, похожими на мечети. Источник миража мог быть в тысячах километров от Аляски. Кстати, Аляска и по сей день остается одним из лучших мест в мире для появления миражей. Там даже было создано специальное общество по изучению природных оптических явлений, которое издает журнал для наблюдения за миражами, а туристов из Канады и Соединенных Штатов водят на автобусах, чтобы полюбоваться тем, как горы поднимаются из пропасти прямо из пропасти на плоский горизонт океана, а затем исчезнет откуда-то неизвестно. 

Чтобы наблюдать за миражом, не обязательно ехать на Сахару или Аляску, мираж можно увидеть в обычный жаркий летний день, когда поверхность асфальта сильно перегрета на солнце. Возникает большой вертикальный градиент температуры, в результате которого на асфальте создается виртуальное изображение неба, что создает иллюзию воды. 

История открытий и наблюдений

Люди видели миражи с древних времен, о которых сохранилось много легенд. Особенно красочные истории о миражах Палестины остались от крестоносцев, которым, однако, никто особо не верил. Рыцари действительно любили лгать о чудесах Востока. Начало научного наблюдения этого оптического очага совпало с появлением корабельного бревна, в котором все необычное было записано в деталях. Давайте откроем старую книгу «Ежедневные заметки о путешествиях на промысел северного кита, содержащие исследования и находки на восточном побережье Гренландии». В нем говорится о большом городе, который летом 1820 года наблюдал капитан корабля "Баффин", полный замков и храмов, очень похожих на древние постройки. Моряк подробно обрисовал это замечательное явление, но позже доказательства, конечно, не подтвердились. 

Самое первое описание миража было сделано древнегреческим историком Сикулусом Диодором: «В Африке, в некоторые сезоны, особенно когда вообще нет ветра, происходят удивительные вещи ... Изображения различных животных появляются в воздухе, неподвижные и движущиеся. Животные убегают от зрителя, затем преследуют его. Когда они обгоняют человека, они, кажется, окутывают его холодным туманом. 

А в 1799 году, когда французский колониальный отряд пересекал алжирскую пустыню, они увидели стаю фламинго, идущую в одной колонне в шести километрах от нее. Но когда птицы пересекли границу миража, их ноги вытянулись и удвоились, вместо двух, у каждого было четыре. Ни дай, ни возьми арабского наездника в белом халате. Вожак отряда встревожен послал разведчика, чтобы проверить, какие люди были в пустыне. Когда сам солдат вошел в зону искривления солнечных лучей, он, конечно, понял, с кем имеет дело. Но ... здесь он настиг страх своих товарищей! Ноги его лошади стали такими длинными, что он, казалось, сидел на фантастическом монстре. Однако такой мираж легко объяснить. Изображение птиц и всадника поднялось над горизонтом в результате преломления. 

В 1840 году жители небольшого острова к северу от Англии увидели красивые белые здания в небе. Поскольку на их родине не было ничего подобного, люди считали это подтверждением истории финнов, живших в хрустальном городе. Видение далекой страны повторилось 17 лет спустя и висело в воздухе три часа. 

В 1878 г. в Северной Америке во время войны с индейцами из форта Авраама Линкольна вышел отряд карателей. Несколько часов спустя охранник форта был в ужасе, увидев своих товарищей, марширующих по небу. Охранник не сомневался, что карательный отряд умер, а души умерших были на небесах. Через несколько дней отряд был действительно разрушен индейцами. Солдаты, оставшиеся в форте Авраама Линкольна, наверняка видели обычный мираж. Фантастические, непонятные картины миражей в прошлом воспринимались как некое предзнаменование трагических событий и вызывали страх перед неизвестным. Люди верили, что миражи это работа воздушных духов, что они воздушные призраки. И когда появилась особенно красивая картина миража, многие поверили, что видят «райский рай». 

Когда-то миражи «Летучий голландец» и «Фата Моргана» испугали моряков. В ночь на 27 марта 1898 года, посреди Тихого океана, экипаж корабля «Матадор» испугался видения, когда в полночь в тишине они увидели корабль в 3 милях (3,2 км), который боролся с сильным штормом. Все эти события фактически происходили на расстоянии 170 км. Сегодня каждый, кто знает законы физики или, точнее, ее раздел оптики, может объяснить некоторые загадочные явления, описанные в работе. Однако физическое объяснение феномена миражей нисколько не облегчает судьбу путешественников, ведущих из эфемерного оазиса в фатальное заблуждение. Чтобы защитить людей, принесенных в пустыню, от риска потеряться и умереть от жажды, составляются специальные карты с отметкой мест, где обычно наблюдаются миражи. Эти путеводители показывают, где можно увидеть колодцы и где находятся пальмовые рощи и даже горные хребты. Караваны в пустыне Эрг-эр-Рави в Северной Африке особенно часто становятся жертвами миражей. Оазисы предстают перед людьми «своими глазами» на расстоянии 2-3 километров, до которых, на самом деле, не менее 700 километров. 

Такую страну увидел и описал художник В. Переплетчиков, посетивший Новую Землю в 1913 году:

«Из трубы парохода густой черный дым, пропеллер парохода начал работать. Лагерь, горы быстро уменьшались в размерах на наших глазах. Солнце светило в безоблачном небе. Мы вышли в море. Покачивания нет, зеленовато-голубая волна слегка брызгает. С одной стороны, бесконечность воды и неба, с другой цепь прибрежных гор. Они все покрыты снегом. Берег уходит в море пальцем, но заканчивается какой-то странной фигурой, как будто берег оборван и висит в воздухе. Некоторые странные белые фигуры плавают рядом с дальним берегом, и там, где распространяется бескрайний океан, там также плавают фантастические объекты: огромный белый гриб на тонкой ноге, нечто похожее на корабль, но не корабль, нечто подобное горы, но не горы, киты не киты.

Но современное крупное наблюдение за миражом произошло 8 мая 2006 года в городе Пэнлай у восточного побережья Китая. Тысячи туристов и местных жителей стали свидетелями миража города-призрака.

Миражи это уникальное и непредсказуемое явление. Теоретически мы знаем все о миражах, ученые могут точно сказать, каков процесс появления миража, но на практике их не так легко увидеть, в основном из-за того, что миражи не появляются по порядку, их явление всегда непредсказуемо.

Заключение

В своей работе я описал одно из интересных природных явлений, связанных с особенностями распространения света в различных средах. И сколько еще не менее интересных и загадочных явлений происходит вокруг нас! Природа необычайно разнообразна, она действительно неисчерпаема. 

Работая с дополнительной литературой, я позаботился о том, чтобы на вопросы, возникающие при наблюдении за окружающим миром, всегда можно было найти ответы.

Вывод: мираж это оптическое явление, которое показывает объекты в более или менее искаженной форме, которые на самом деле находятся не там, где мы видим их изображение. Мир таинственный, но познаваемый.