Fenomeni ottici: esempi in natura e fatti interessanti

Una persona affronta costantemente fenomeni luminosi. Tutto ciò che è connesso con l'emergere della luce, la sua propagazione e interazione con la materia, è chiamato fenomeno della luce. Esempi vividi di fenomeni ottici possono essere: arcobaleno dopo pioggia, lampo durante i temporali, stelle scintillanti nel cielo notturno, giochi di luce in un corso d'acqua, la variabilità dell'oceano e del cielo e molti altri.

Gli alunni ricevono una spiegazione scientifica dei fenomeni fisici e degli esempi ottici nel 7 ° grado, quando iniziano a studiare fisica. Per molti, l'ottica sarà la sezione più affascinante e misteriosa del programma di fisica della scuola.

Cosa vede una persona?

Gli occhi di una persona sono disposti in modo che possa percepire solo i colori dell'arcobaleno. Oggi è già noto che lo spettro dell'arcobaleno non si limita al rosso da un lato e al viola dall'altro. L'infrarosso è dietro il rosso, l'ultravioletto è dietro il viola. Molti animali e insetti sono in grado di vedere questi colori, ma le persone, purtroppo, non possono. D'altro canto, una persona può creare dispositivi che ricevono ed emettono onde luminose della lunghezza appropriata.

Rifrazione dei raggi

La luce visibile è un arcobaleno di colori e la luce del colore bianco, ad esempio, solare, è una semplice combinazione di questi colori. Se si posiziona un prisma in un raggio di luce bianca intensa, si romperà in colori o onde di diverse lunghezze in cui consiste. Il rosso appare prima con più lunghezza d'onda quindi arancione, giallo, verde, blu e infine viola, che ha la lunghezza d'onda più corta nella luce visibile.

Se prendi un altro prisma per catturare la luce dell'arcobaleno e capovolgerlo, porterà tutti i colori in bianco. Ci sono molti esempi di fenomeni ottici in fisica: ne prenderemo in considerazione alcuni.

Perché il cielo è blu?

I giovani genitori sono spesso confusi dalle più semplici, a prima vista, domande dei loro piccoli problemi sociali. A volte la cosa più difficile da rispondere. Praticamente tutti gli esempi di fenomeni ottici in natura possono essere spiegati dalla scienza moderna.

La luce del sole che illumina il cielo durante il giorno è bianca, il che significa che in teoria il cielo dovrebbe anche essere bianco brillante. Perché appaia blu, sono necessari alcuni processi con la luce nel momento in cui passa attraverso l'atmosfera della Terra. Ecco cosa succede: alcuni parte del mondo passa attraverso lo spazio libero tra le molecole di gas nell'atmosfera, raggiungendo la superficie terrestre e rimanendo dello stesso colore bianco come all'inizio del percorso. Ma la luce solare colpisce molecole di gas che, come l'ossigeno, vengono assorbite e quindi disperse in tutte le direzioni.

Gli atomi nelle molecole di gas vengono attivati ​​dalla luce assorbita e di nuovo emettono fotoni di luce in onde di diversa lunghezza, dal rosso al viola. Quindi, parte della luce va verso la terra, il resto torna al sole. La luminosità della luce emessa dipende dal colore. Otto fotoni di luce blu sono prodotti per ciascun fotone di colore rosso. Pertanto, la luce blu è otto volte più luminosa del rosso. L'intensa luce blu viene emessa da tutti i lati dei miliardi di molecole di gas e raggiunge i nostri occhi.

Arco colorato

La gente pensava che gli arcobaleni siano segni che gli dei li mandano. Infatti, bellissimi nastri multicolori appaiono sempre nel cielo dal nulla, e poi scompaiono misteriosamente. Oggi sappiamo che un arcobaleno è uno degli esempi di fenomeni ottici in fisica, ma non smettiamo di ammirarlo ogni volta che lo osserviamo nel cielo. È interessante notare che ogni osservatore vede un altro arcobaleno creato da raggi di luce provenienti da dietro di lui e dalle gocce di pioggia davanti a lui.

Di cosa sono fatti gli arcobaleni?

La ricetta per questi fenomeni ottici in natura è semplice: goccioline d'acqua nell'aria, luce e un osservatore. Ma non è sufficiente che il sole appaia durante la pioggia. Dovrebbe essere basso, e l'osservatore dovrebbe stare in piedi in modo che il sole fosse dietro di lui, e guardare il posto dove sta andando o appena appena piovuto.

Un raggio di sole proveniente dallo spazio lontano supera una goccia di pioggia. Agendo come un prisma, una goccia di pioggia rifrange ogni colore nascosto nella luce bianca. Quindi, quando un raggio bianco passa attraverso una goccia di pioggia, improvvisamente si divide in raggi di bei colori. All'interno della goccia, si imbattono nella sua parete interna, che agisce come uno specchio, e i raggi si riflettono nella stessa direzione da cui sono penetrati nella goccia.

Di conseguenza, gli occhi vedono un arcobaleno di colori sotto forma di un arco attraverso il cielo - luce piegata e riflessa da milioni di minuscole gocce di pioggia. Possono agire come piccoli prismi, dividendo la luce bianca in uno spettro di colori. Ma la pioggia non è sempre necessaria per vedere l'arcobaleno. La luce può anche essere rifratta dalla nebbia o dal vapore del mare.

Di che colore è l'acqua?

La risposta è ovvia: l'acqua è blu. Se versi acqua pulita in un bicchiere, tutti vedranno la sua trasparenza. Ciò è dovuto al fatto che c'è troppo poca acqua nel bicchiere e il suo colore è troppo pallido per vederlo.

Quando si riempie un grande contenitore di vetro, è possibile vedere la tonalità di acqua blu naturale. Il suo colore dipende da come le molecole d'acqua assorbono o riflettono la luce. La luce bianca è composta da un arcobaleno di colori e le molecole d'acqua assorbono la maggior parte dei colori dello spettro dal rosso al verde, che passa attraverso di essi. E la parte blu è riflessa indietro. Quindi vediamo il colore blu.

Albe e tramonti

Questi sono anche esempi di fenomeni ottici che una persona osserva ogni giorno. Quando il sole sorge e tramonta, dirige i suoi raggi in un angolo rispetto al luogo in cui si trova l'osservatore. Hanno un viaggio più lungo di quando il sole è al suo apice.

Gli strati di aria sopra la superficie terrestre contengono spesso molta polvere o particelle microscopiche di umidità. Raggi del sole passare ad un angolo rispetto alla superficie e filtrati. I raggi rossi hanno la più lunga ondata di radiazioni e quindi si fanno strada più facilmente a terra rispetto a quelli blu con onde corte, che vengono rimbalzate con particelle di polvere e acqua. Pertanto, durante l'alba del mattino e della sera, una persona osserva solo una parte dei raggi del sole che raggiungono la terra, cioè quelli rossi.

Pianeta spettacolo di luci

Una tipica aurora è un bagliore colorato nel cielo notturno che può essere visto ogni notte al Polo Nord. Enormi strisce di luce blu-verde che cambiano in forme bizzarre con macchie arancioni e rosse a volte raggiungono più di 160 km di larghezza e possono estendersi fino a 1600 km di lunghezza.

Come spiegare questo fenomeno ottico, che è uno spettacolo così spettacolare? Le lucine appaiono sulla Terra, ma sono causate da processi che si verificano nel Sole distante.

Come sta andando tutto?

Il sole è un'enorme sfera di gas, costituita principalmente da atomi di idrogeno ed elio. Tutti hanno protoni con carica positiva ed elettroni che ruotano attorno a loro con una carica negativa. Costantemente un alone di gas caldo si diffonde nello spazio sotto forma di vento solare. Questi innumerevoli protoni ed elettroni corrono a una velocità di 1000 km al secondo.

Quando le particelle del vento solare raggiungono la Terra, sono attratte dal forte campo magnetico del pianeta. La Terra è un magnete gigante con linee magnetiche che convergono ai poli nord e sud. Le particelle attratte si trovano lungo queste linee invisibili vicino ai poli e si scontrano con gli atomi di azoto e ossigeno che costituiscono l'atmosfera terrestre.

Alcuni degli atomi della terra perdono i loro elettroni, altri sono carichi di nuova energia. Dopo una collisione con i protoni e gli elettroni del Sole, emettono fotoni di luce. Ad esempio, l'azoto che ha perso elettroni attira la luce viola e blu e l'azoto caricato si illumina con una luce rosso scuro. L'ossigeno caricato emette luce verde e rossa. Pertanto, le particelle cariche causano il trabocco di molti colori. Questa è l'aurora.

miraggi

Dovrebbe essere immediatamente determinato che i miraggi non sono il frutto dell'immaginazione umana, possono persino essere fotografati, sono esempi quasi mistici di fenomeni fisici ottici.

Ci sono molte testimonianze sull'osservazione dei miraggi, ma la scienza può fornire una spiegazione scientifica per questo miracolo. Possono essere semplici, come un pezzo d'acqua tra le sabbie calde, e possono essere incredibilmente complessi costruendo visioni di castelli appesi con colonne o fregate. Tutti questi esempi di fenomeni ottici sono creati dal gioco della luce e dell'aria.

Le onde luminose si piegano quando attraversano prima l'aria calda e poi fredda. L'aria calda è più rarefatta dell'aria fredda, quindi le sue molecole sono più attive e divergono a distanze più lontane. Con la diminuzione della temperatura, anche il movimento delle molecole diminuisce.

Le visioni osservate attraverso le lenti dell'atmosfera terrestre possono essere fortemente modificate, compresse, espanse o invertite. Questo perché i raggi di luce si piegano, passando attraverso l'aria calda e poi fredda, e viceversa. E quelle immagini che porta con sé flusso luminoso Ad esempio, il cielo, può essere riflesso nella sabbia calda e sembra un pezzo d'acqua, che si allontana sempre quando ci si avvicina.

Molto spesso, i miraggi possono essere osservati a grandi distanze: nei deserti, nei mari e negli oceani, dove gli strati caldi e freddi di aria con densità diverse possono essere localizzati contemporaneamente. È il passaggio attraverso diversi livelli di temperatura che è in grado di distorcere l'onda luminosa e ottenere una visione come risultato, che è un riflesso di qualcosa e presentata dalla fantasia come un fenomeno reale.

alone

Per la maggior parte delle illusioni ottiche che possono essere osservate ad occhio nudo, la spiegazione è la rifrazione della luce solare nell'atmosfera. Uno degli esempi più insoliti di fenomeni ottici è l'alone solare. In effetti, l'alone è un arcobaleno attorno al sole. Tuttavia, si differenzia dal solito arcobaleno sia nell'aspetto che nelle sue proprietà.

Questo fenomeno ha molte varietà, ognuna delle quali è bella a modo suo. Ma per l'emergere di qualsiasi tipo di illusione ottica, sono necessarie alcune condizioni.

Alone si verifica nel cielo quando diversi fattori coincidono. Più spesso può essere visto in tempo gelido ad alta umidità. Nell'aria c'è un gran numero di cristalli di ghiaccio. Attraversandoli, la luce del sole viene rifratta in modo tale da formare un arco attorno al sole.

E sebbene gli ultimi 3 esempi di fenomeni ottici siano facilmente spiegabili dalla scienza moderna, per un normale osservatore rimangono spesso un mistero e un mistero.

Avendo considerato i principali esempi di fenomeni ottici, è sicuro credere che molti di essi sono spiegati dalla scienza moderna, nonostante il suo mistero e misteriosità. Ma gli scienziati hanno ancora molte scoperte in arrivo, indizi di misteriosi fenomeni che si verificano sul pianeta Terra e oltre.