Какие бывают световые явления в физике. Невероятные световые явления. Разновидности световых эффектов

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат по физике

по теме: «Световые явления в природе»

ученицы 8 «Л 1» класса

Вступление

Почему небо голубое, а закат - красный

Опыт Тиндаля

Рассеяние света

Флуктуация воздуха

Зелёный луч

«Слепая» полоса

Рефракция

Ледяные кристаллы в облаках

Гало в Антарктиде

Верхние миражи

«Призрачные» земли

«Летучий голландец»

Нижние миражи

Боковые миражи

Фата-Моргана

Туманная радуга

Лунная радуга

Полярные сияния

Виды полярных сияний

Влияние полярного сияния

Заключение

Список литературы

Вступление

Сколько в природе удивительного! Особенно необычно и завораживающе выглядят световые явления. С древнейших времён люди воспринимали это как чудо, связывая необъяснимое с мистическими силами или с богами.

Мне стало интересно: ведь есть же объяснение всем этим необычным явлениям. И я решила, по-новому, с физической точки зрения взглянуть на некоторые световые явления и найти ответы на многие интересующие вопросы.

Солнце - источник энергии для жизни растений и животных. Оно создаёт ветры, нагревая огромные массивы суши и воздушные массы над ними, и служит движущей силой круговорота воды в природе, поднимая водяные пары в атмосферу. Солнце - жизненно важная составляющая окружающей среды, без которой жизнь на Земле была бы невозможна.

Солнечные лучи освещают весь земной шар. Прекрасен мир солнечного света. Он доставляет радость всем живущим на Земле. Мир солнечного света огромен, разнообразен, неисчерпаем.

Небосвод бесконечно прекрасен, также прекрасно и удивительно выглядят световые явления: закат, «слепая полоса», зелёный луч, радуга, северное сияние, гало, миражи. В этом реферате будут рассмотрены явления, неразрывно связанные с Солнечным светом, многие чудеса природы будут объяснены.

Почему небо голубое, а закат - красный

Солнце... Уже в древнейшие времена люди понимали, что без солнечных лучей жизнь на Земле была бы невозможна. Они называли солнце "началом жизни", обожествляли его, поклонялись ему. Во все времена закат вызывал у людей печаль, страх, тревогу, но чаще солнечный закат навеивает лёгкую грусть, граничащую с умиротворением. Наблюдаемая картина заката солнца зависит всякий раз от состояния атмосферы и в существенной мере определяется типом и формой облаков, подсвечиваемых лучами заходящего солнца. Поэтому один закат так не похож на другой. И всегда солнечные закаты необычайно красивы.

Прежде всего, бросается в глаза красноватый цвет заходящего Солнца и такой же цвет неба вблизи него. У самой линии горизонта он краснее, а в верхней части диска переходит в цвет более светлых тонов.

Опыт Тиндаля

Небо имеет голубой цвет, а цвет заходящего солнца становится красным. В обоих случаях причина одна - рассеяние солнечного света в земной атмосфере. Это можно объяснить, если предположить, что синий свет рассеивается сильнее, чем красный. Это было доказано в 1869 г. когда Дж. Тиндаль выполнил свой знаменитый опыт. Этот опыт совсем не трудно воспроизвести. Возьмём аквариум прямоугольной формы, наполним его водой и направим на стенку аквариума слабо расходящийся узкий пучок света от диапроектора. Опыт должен проводиться в затемнённом помещении. Для усиления рассеивания светового пучка при его прохождении через аквариум добавим в воду немного молока. Содержащиеся в молоке частички жира не растворяются в воде; они находятся во взвешенном состоянии, и способствую рассеянию света. Можно наблюдать голубоватый оттенок у рассеянного света. Свет же, прошедший сквозь аквариум, приобретает красноватый оттенок. Итак, если смотреть на световой пучок в аквариуме сбоку, он представляется голубоватым, а с выходного торца - красноватым. Это можно объяснить тем, что при прохождении белого светового пучка через рассеивающую среду из него рассеивается в основном "синий компонент" поэтому в выходящем из среды пучке начинает преобладать "красный компонент".

Рассеяние света

В 1871 г. Дж. Стретт именно так объяснил результаты опытов Тиндаля. Он построил теорию рассеяния световых волн на частицах, размеры которых много меньше длины световой волны. Установленный Релеем закон утверждает: Интенсивность рассеянного света пропорциональна четвёртой степени частоты света, или, иначе говоря, обратно пропорциональна четвёртой степени длины световой волны.

Если применить закон Рэлея к рассеянию солнечного света в Земной атмосфере, то нетрудно объяснить и голубой цвет дневного неба, и красный цвет солнца при восходе и закате. Поскольку интенсивнее рассеиваются световые волны с более высокими частотами, то, следовательно, спектр рассеянного света буде сдвинут в сторону более высоких частот, а спектр света, остающегося в пучке, после того как испытавший рассеяние свет покинул пучок, будет сдвинут в обратную сторону - к более низким частотам. В первом случае белый цвет становится голубым, а во втором - красноватым. Глядя на дневное небо, наблюдатель воспринимает свет, рассеянный в атмосфере; согласно закону Рэлея, спектр этого света сдвинут в сторону более высоких частот, отсюда голубой цвет неба. Глядя на солнце, наблюдатель воспринимает свет, прошедший через атмосферу без рассеяния; спектр этого цвета будет сдвинут к низким частотам. Чем ближе солнце к линии горизонта, тем более длинный путь в атмосфере проходят световые лучи, прежде чем попадут к наблюдателю, тем в большей мере сдвигается их спектр. В результате заходящее и восходящее солнце мы видим в красных тонах. Вполне понятно также, почему нижняя часть заходящего солнечного диска выглядит более красной, чем его верхняя часть.

Основную роль играет зависимость интенсивности рассеяния света от его частоты. Но какова природа тех центров, на которых рассеиваются световые волны? Первоначально думали, что роль таких центров выполняют мельчайшие пылинки и капельки воды, но это не объясняет чудесного голубого цвета неба в высокогорных районах, где очень чистый и сухой воздух.

Флуктуация воздуха

В 1899 г. Рэлей выдвинул гипотезу, по которой центрами, рассеивающими свет, являются сами молекулы воздуха. В первой половине ХХ века, благодаря работам М. Смолуховского, А. Эйнштейна и Л. И. Мандельштама, было установлено, что в действительности рассеяние света происходит не на самих молекулах воздуха, а на несколько необычных объектах, возникающих вследствие хаотичного движения теплового движения молекул, - на флуктуациях плотности воздуха, т. е. случайно возникающих микроскопических сгущениях и разряжениях воздуха. Мы видим, что некоторые ячейки оказываются почти пустыми, а некоторые относительно плотно заселены молекулами. Это есть следствие хаотичного теплового движения молекул воздуха. В результате плотность атмосферного воздуха будет случайным образом изменятся (флуктуировать) от одной ячейки к другой. Ясно, что в иной момент времени уже иные ячейки окажутся более или менее заселёнными, но по прежнему плотность воздуха будет случайно изменяться. Можно пояснить понятие флуктуации плотности воздуха и другим образом. Сосредоточим внимание не на каком-либо определённом моменте времени, а на некоторой произвольно выбранной ячейке пространства. С течением времени число молекул в ячейке будет флуктуировать, где рассмотрены несколько разных моментов времени. Проще говоря, плотность воздуха в данной точке будет случайно изменяться с течением времени. Вот эти локальные неоднородности плотности воздуха и являются теми рассеивающими центрами, которые обуславливают голубой цвет дневного неба и красный цвет заходящего солнца. Наличие в воздухе мелкой пыли и капелек воды приводят к дополнительному рассеянию и в какой-то степени влияет на цвет неба и заката. Однако первопричина заключается в рассеянии света на флуктуациях плотности воздуха. Характер этих флуктуаций в значительной мере зависит от состояния атмосферы: температуры различных слоёв воздуха, характера и силы ветра. Именно поэтому в тихую ясную погоду закат золотистый, а в ветреную - багровый.

Зелёный луч

Удивительное зрелище - зелёный луч. Яркий зелёный свет вспыхивает на несколько секунд, когда почти весь солнечный диск скрылся за горизонтом. Это можно увидеть в такие вечера, когда Солнце вплоть до самого заката ярко светит и почти не изменяет своего цвета. Важно, чтобы горизонт имел отчётливую линию без всяких неровностей: леса, строений и т. п. Этих условий легче всего добиться на море.

Возникновение зеленого луча можно объяснить, если принять во внимание изменение показателя преломления с частотой света. Обычно показатель преломления растет с увеличением частоты. Лучи с более высокой частотой преломляются сильнее. Значит, сине-зеленые лучи претерпевают более сильную рефракцию по сравнению с красными лучами

Допустим, что рефракция света в атмосфере есть, а вот рассеяния света нет. В этом случае верхний и нижний края солнечного диска вблизи линии горизонта должны были бы быть окрашенными в цвета радуги. Пусть для простоты в спектре солнечного света имеются всего два цвета -- зеленый и красный; «белый» солнечный диск можно рассматривать в данном случае в виде наложенных друг на друга зеленого и красного дисков. Рефракция света в атмосфере приподнимает над горизонтом зеленый диск в большей степени, чем красный. Верхний край солнечного диска был бы зеленым, а нижний красным; в центральной же части диска наблюдалось бы смешение цветов, т. е. наблюдался бы белый цвет.

В действительности же нельзя не учитывать рассеяние света в атмосфере. Как мы уже знаем, оно приводит к тому, что из светового пучка, идущего от солнца, выбывают более эффективно лучи с более высокой частотой. Так что зеленой каемки сверху диска мы не увидим, а весь диск будет выглядеть не белым, а красноватым. Если, однако, почти весь солнечный диск ушел за горизонт, остался лишь самый верхний его краешек, и при этом стоит ясная и тихая погода, воздух чист (так что рассеяние света минимально), то в этом случае мы можем увидеть ярко-зеленый край солнца вместе с россыпью ярких, зеленых лучей. И всё-таки мы увидим зелёный, т. К. синий рассеялся в атмосфере.

«Слепая » полоса

Еще одно удивительное явление: иногда Солнце кажется заходящим не за чётко просматриваемую линию горизонта, а за некоторую невидимую линию, находящуюся над горизонтом. Интересно, что это явление наблюдается в отсутствие какой либо облачности. Если быстро подняться на вершину холма, то можно наблюдать ещё более странную картину: теперь солнце заходит за линию горизонта, но при этом солнечный диск оказывается как бы перерезанным горизонтальной слепой полосой. Солнце постепенно опускается всё ниже, а положение слепой полосы по отношению к линии горизонта сохраняется неизменным.

Картина заката наблюдается, если воздух около земной поверхности оказывается достаточно холодным, а выше имеется слой относительно теплого воздуха. В этом случае показатель преломления воздуха, изменяется с высотой а) Переход от нижнего холодного слоя воздуха к лежащему над ним теплому может приводить к довольно резкому спаду показателя преломления. Для простоты примем, что этот спад совершается скачком, поэтому между холодным и теплым слоями существует четко выраженная поверхность раздела, находящаяся на некоторой высоте h0 над земной поверхностью. Упомянутый скачок б) где через nх обозначен показатель преломления воздуха в холодном слое, а через nт -- в теплом слое вблизи границы с холодным.

Рефракция

Время восхода и захода Солнца в любом месте земного шара в любой день года рассчитывается по астрономическим формулам достаточно точно. Но на самом деле рассчитанное время восхода и захода и действительное далеко не всегда совпадают. Дело в том, что свои «коррективы» вносит атмосфера, окружающая Землю.

Плотность воздуха быстро уменьшается с высотой. Вместе с плотностью изменяется показатель преломления и скорость распространения электромагнитных волн в атмосфере.

Рефракцией называется преломление электромагнитных волн в атмосфере в силу неоднородности плотности воздуха, как в горизонтальном, так и, особенно сильно, в вертикальном направлениях. Траектории электромагнитных волн в атмосфере представляют собой сложного вида кривые.

Прямым следствием рефракции солнечных лучей является увеличение продолжительности дня. При заходе Солнца, когда его диск уже опустился под горизонт, рефракция его приподнимает, и день еще продолжается. Аналогично при восходе: Солнце еще находится под горизонтом, а за счет рефракции мы его уже видим, то есть день начинается раньше действительного восхода Солнца.

Увеличение продолжительности дня зависит от широты места и склонения Солнца в данный день. В средних широтах за счет рефракции день увеличивается обычно не более чем на 8 - 12 мин. Если мы будем перемещаться по земной поверхности по направлению к полюсам, то удлинение дня становится все более и более значительным. На полюсах земного шара, где полярный день и полярная ночь должны продолжаться ровно по полгода, оказывается, что полярный день длиннее полярной ночи на 14 суток.

Гало

Если Солнце или Луна просвечивают через тонкие перисто-слоистые облака, состоящие из ледяных кристаллов, на небе часто появляются световые явления, называемые гало. Явления гало отличаются большим многообразием.

В моменты близкие к заходу или восходу Солнца, над Солнцем, а иногда и под ним, появляются световые столбы.

Повторяемость гало обусловлена частотой появления перисто-слоистых облаков. Часто на небе наблюдается одновременно несколько форм гало. Сложный комплекс из разнообразных гало наблюдался в Петербурге 18 июля 1794г. На небе одновременно наблюдалось 12 различных кругов и дуг, из них 9 цветных. Описаны и другие сложные гало, которые наблюдались в разных местах земного шара.

Появление на небе одновременно нескольких солнц, световых крестов, косых дуг, которые, особенно во время зари, казались «кровавыми мечами», в прежние времена вызывало у людей страх, рождало суеверия, воспринималось как предвестие большой беды - войны, голода.

Ледяные кристаллы в облаках

Как же возникают гало? Все формы гало являются результатом преломления солнечных или лунных лучей в ледяных кристаллах облака либо их отражения от боковых граней или оснований кристаллов, имеющих форму шестигранных столбиков или пластинок. Строго говоря, на кристаллах происходит дифракция солнечных или лунных лучей.

Гало в Антарктиде

Наиболее часто разнообразные гало возникают на внутриконтинентальных станциях, расположенных на ледяном куполе Антарктиды и на его склоне на высотах 2700 - 3500 м над уровнем моря.

В отсутствие плотных снежных облаков, когда светит Солнце, возникают необычайно яркие цветные и белые гало. Часто видны только нижние половинки кругов гало.

Гало в Антарктиде наблюдается часто в течение целого дня, изменяется лишь их форма и яркость цветов.

Другое интересное световое явление, которое видели только в глубине антарктического континента, - радужный, или цветной, поземок. Он наблюдается только при низком положении Солнца, и чтобы лучше его рассмотреть, надо лечь на снег и смотреть в сторону Солнца. Быстро перемещаемые ветром струйки поземка, встречая на своем пути заструги снега, взлетают вверх, образуя малые и большие разноцветные фонтанчики, вспыхивающие всеми цветами радуги.

Цветной поземок возникает в результате преломления солнечного света в полых ледяных кристаллах, из которых состоит поземок, и в кристаллах, оседающих из облаков. Происхождение цветного поземка аналогично «игре» света в хрустальных люстрах, подвесках, бриллиантовых украшениях.

Миражи

Слово мираж французского происхождения и имеет два значения: «отражение» и «обманчивое видение». Оба значения этого слова хорошо отражают сущность явления. Мираж представляет собою изображение реально существующего на Земле предмета, часто увеличенное и сильно искаженное. Мираж можно зарисовать, сфотографировать, заснять на кинопленку, что многократно и делалось. Различают несколько видов миражей в зависимости от того, где располагается изображение по отношению к предмету. Миражи бывают: верхние, нижние, боковые и сложные. рефракция солнечный флуктуация поземок

Наиболее часто наблюдаемые верхние и нижние миражи возникают при необычном распределении плотности по высоте, когда на некоторой высоте или у самой поверхности Земли имеется сравнительно тонкий слой очень теплого воздуха, в котором лучи, идущие от наземных предметов, испытывают полное внутренне отражение.

Верхние миражи

В верхних миражах изображение располагается над предметом. Такие миражи возникают когда плотность воздуха и показатель преломления с высотой быстро уменьшаются.

Над холодными морями или над выхоложенными поверхностью суши часто наблюдается расширение горизонта. Земля как бы немного распрямляется, и из-за горизонта поднимаются и становятся видными очень далекие предметы.

«Призрачные» з емли

К числу верхних миражей, по-видимому, следует отнести хотя бы часть так называемых призрачных земель, которые десятилетиями разыскивали в Арктике и так и не нашли. Это Земли Андреева, Джиллеса, Оскара, Санникова и другие. Особенно долго искали Землю Санникова.

В 1811 г. Санников отправился на собаках по льду к группе Новосибирских островов и с северной оконечности острова Котельный увидел в океане неизвестный остров. Достичь его он не смог - мешали громадные полыньи. Санников сообщил об открытии нового острова царскому правительству. В августе 1886г. Э.В.Толь во время своей экспедиции на Новосибирские острова тоже увидел остров Санникова.

Поискам Земли Санникова Толь отдал 16 лет жизни. Он организовал и провел три экспедиции в район Новосибирских островов. Во время последней экспедиции на шхуне «Заря» экспедиция Толя погибла, так и не найдя Земли Санникова. Больше Землю Санникова не видел никто. Возможно, это был мираж, который в определенное время года появляется в одном и том же месте. Как Санников, так и Толь, видели мираж одного и того же острова, расположенного в этом направлении, только намного дальше в океане.

Английский полярный исследователь Роберт Скотт в 1902 г. предположил, что дальше за горизонтом находится горная цепь. И действительно, горная цепь была позднее обнаружена норвежским полярным исследователем Руалем Амундсеном и как раз там, где и предполагал ее нахождение Скотт.

«Летучий голландец»

«Летучий голландец» - призрачное парусное судно необычайно больших размеров без видимой команды на борту. Оно внезапно появлялось, безмолвно шло, не отвечая на сигналы, и так же внезапно исчезало. Встреча с «Летучим голландцем» считалась роковой, надо было ждать шторма или другой беды.

Это был, без сомнения, верхний мираж, то есть изображение какого-либо обыкновенного парусного судна, которое спокойно шло где-то далеко за горизонтом, а его увеличенное и искаженное изображение, в виде верхнего миража, поднималось в воздух, и его принимали за «Летучего голландца». Мираж, естественно, не реагировал ни на какие сигналы с других кораблей. Теперь «Летучий голландец» в виде парусного судна исчез с морей и океанов, поскольку парусные суда стали редкостью. Увидеть же миражи судов, плывущих за видимым горизонтом, можно довольно часто.

Нижние миражи

Нижние миражи возникают при очень быстром уменьшении температуры с высотою. Мираж называется нижним, так как изображение предмета помещается под предметом. В нижних миражах кажется, будто под предметом находится водная поверхность, и все предметы в ней отражаются.

Отражение в тонком нагретом от земной поверхности слое воздуха совершенно аналогично отражению в воде. Только роль зеркала играет сам воздух. Состояние воздуха, при котором возникают нижние миражи, крайне неустойчивое. Ведь внизу, у земли, лежит сильно нагретый, а значит, более легкий воздух, а выше него - более холодный и тяжелый. Поднимающиеся от земли струи горячего воздуха пронизывают слои холодного воздуха. За счет этого мираж меняется на глазах, поверхность «воды» кажется волнующейся. Достаточно небольшого порыва ветра или толчка и произойдет обрушивание, то есть переворачивание воздушных слоев. Тяжелый воздух устремится вниз, разрушая воздушное зеркало, и мираж исчезнет.

Благоприятными условиями для возникновения нижних миражей являются однородная, ровная подстилающая поверхность Земли, что имеет место в степях и пустынях, и солнечная безветренная погода.

Кажущаяся водная поверхность или озеро, видимые в мираже, в действительности являются отражением неба. Участки неба отражаются в воздушном зеркале и создают полную иллюзию блестящей водной поверхности. Такие миражи видны летом, в солнечные дни над асфальтовыми дорогами или ровным песчаным пляжем.

Боковые миражи

Боковые миражи могут возникнуть, когда слои воздуха одинаковой плотности располагаются в атмосфере наклонно или даже вертикально. Такие условия создаются летом, утром вскоре после восхода Солнца у скалистых берегов моря или озера, когда берег уже освещен Солнцем, а поверхность воды и воздух над ней еще холодные. Боковой мираж может появиться у каменной стены дома, нагретой Солнцем, и даже сбоку от нагретой печи.

Фата - Моргана

Сложного вида миражи, или фата - Моргана, возникают, когда одновременно есть условия для появления как верхнего, так и нижнего миража. Плотность воздуха с высотой сначала увеличивается, а затем также быстро уменьшается. При таком распределении плотности воздуха состояние атмосферы весьма неустойчивое и подвержено внезапным изменениям. Поэтому вид миража меняется на глазах. Самые обыкновенные скалы и дома вследствие многократных искажений и увеличения на глазах превращаются в чудесные замки феи Морганы.

Радуга

Обычно наблюдаемая радуга - это цветная дуга, видимая на фоне завесы ливневого дождя или полос падения дождя, часто не достигающих поверхности земли. Радуга видна в стороне небосвода, противоположной Солнцу, и обязательно при Солнце, не закрытом облаками. Такие условия чаще всего создаются при выпадении летних ливневых дождей.

Большинство людей, наблюдавших радугу много раз, не видят, а точнее не замечают дополнительных дуг в виде нежнейших цветных арок внутри первой и снаружи второй радуг. Эти цветные дуги неправильно названы дополнительными - в действительности они такие же основные, как первая и вторая радуги. Эти дуги не образуют целого полукруга или большой дуги и видны только в самых верхних частях радуги. Именно в этих дугах, а не в основных, сосредоточено наибольшее богатство чистых цветовых тонов.

Все радуги - это солнечный свет, разложенный на компоненты и перемещенный по небосводу таким образом, что он кажется исходящим от части небосвода, противоположной той, где находится Солнце.

Весь вид радуги - ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнительных дуг очень сильно зависят от размеров капель дождя.

По виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу. В целом, чем крупнее капли дождя, тем радуга получается уже и ярче, особенно характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Многочисленные дополнительные дуги также имеют яркие тона и непосредственно, без промежутков, примыкают к основным радугам. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой с оранжевым или желтым краем. С поверхности Земли мы можем наблюдать радугу в лучшем случае в виде половины круга, когда Солнце находится на горизонте. С самолета можно наблюдать радугу в виде целого круга.

Туманная радуга

В природе встречаются белые радуги. Они появляются при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из капелек радиусом 0,025 мм или менее. Их называют туманными радугами. Кроме основной радуги в виде блестящей белой дуги с едва заметным желтоватым краем наблюдаются иногда окрашенные дополнительные дуги: очень слабая голубая или зеленая дуга, а затем белесовато-красная. Аналогичного вида белую радугу можно увидеть, когда луч прожектора, расположенного сзади вас, освещает интенсивную дымку или слабый туман перед вами. Даже уличный фонарь может создать, хотя и очень слабую, белую радугу, видимую на темном фоне ночного неба.

Лунная радуга

Аналогично солнечным могут возникать и лунные радуги. Они более слабые и появляются при полной Луне. Лунные радуги явление более редкое, чем солнечные. Для их возникновения необходимо сочетание двух условий: полная Луна, не закрытая облаками, и выпадение ливневого дождя. Лунные радуги могут наблюдаться в любом месте земного шара, где осуществятся перечисленные два условия.

Дневные, солнечные радуги, даже образованные самыми мелкими каплями дождя или тумана, довольно белесые, светлые, и все же наружный край их хотя бы слабо, но окрашен в оранжевый или желтый цвет. Радуги, образованные лунными лучами, совсем не оправдывают своего названия, так как они не радужные и выглядят как светлые, совершенно белые дуги.

Отсутствие красного цвета у лунных дуг даже при крупных каплях ливневого дождя объясняется низким уровнем освещения ночью, при котором полностью теряется чувствительность глаза к лучам красного цвета. Остальные цветные лучи радуги также теряют в значительной степени свой цветовой тон из-за неокрашенности ночного зрения человека.

Полярные сияния

Полярное сияние - это всполохи света в виде ярких цветных полос. Полярное сияние возникает, когда электроны и протоны, летящие из космоса, сталкиваются с атомами и молекулами в верхних слоях атмосферы. Столкновение приводит к излучению света - иногда белого, но чаще зелёного и красного. После вспышки на Солнце полярные сияния всегда более яркие и могут наблюдаться на широтах, расположенных ближе к экватору.

Богиню утренней зари древние римляне называли Авророй. С ее именем они связывали и полярные сияния, изредка наблюдаемые на средних широтах. Ведь подобно утренней заре эти сияния были окрашены в розовые и красные цвета. С легкой руки римлян термин «аврора» стал впоследствии применяться к полярным сияниям. В настоящее время этот термин закрепился и в научной литературе; все явления, связанные с полярными сияниями, принято называть теперь авроральными явлениями.

Виды полярных сияний

Полярное сияние -- всегда необычайно величественное зрелище. Полярные сияния отличаются большим разнообразием. Но при всем разнообразии можно выделить несколько определенных их форм. Обычно выделяют четыре основные формы.

Наиболее простая форма -- однородная дуга (однородная полоса). Она имеет довольно ровное свечение, более яркое в нижней части дуги и постепенно исчезающее вверху. Дуга простирается обычно через весь небосвод в направлении восток -- запад; ее протяженность достигает тысяч километров, тогда как толщина составляет всего несколько километров. Протяженность светящейся полосы в вертикальном направлении измеряется сотнями километров; нижний край полосы находится, как правило, на высотах 100--150 км. Однородные дуги (полосы) бывают беловато-зеленого, а также красноватого или лилового цвета.

Следующая форма сияний -- лучи . На небе видны тесно выстроившиеся друг за другом узкие вертикальные светящиеся линии, как будто множество поставленных в ряд мощных прожекторов светят вверх. Для наблюдателя, который смотрит на сияние не сбоку, а непосредственно снизу, лучи представляются сходящимися в вышине (эффект перспективы). Начинаясь с высоты примерно 100 км, лучи уходят вверх на сотни и даже тысячи километров. Все вместе они образуют лучистую полосу. Обычно она зеленоватого цвета; внизу полоса часто имеет розовато-оранжевую кайму.

Особенно сильное впечатление производят свечения, имеющие форму лент , которые могут образовывать складки или закручиваться в своеобразные спирали. Высоко в небе повисают гигантские занавеси, они колышутся, волнуются, меняют очертания и яркость. Толщина этих занавесей порядка километра; по высоте они располагаются примерно от 100 до 400 км. Окраска лент в основном зеленовато-синяя, с переходом к розоватым и красным тонам в нижней части.

Наконец, надо отметить сияния, имеющие форму размытых пятен , похожих на гигантские светящиеся облака; их называют диффузными пятнами. Отдельное такое пятно имеет площадь порядка 100 кмІ. Как правило, пятна окрашены в белесые или красноватые тона. Образуются они на высотах около 100 км, а также на высотах 400...500 км. Различные формы полярных сияний могут возникать одновременно, накладываясь одна на другую.

Лучи, ленты, пятна вовсе не неподвижны: они перемещаются и при этом интенсивность их свечения со временем изменяется. Скорость движения лучей и лент может достигать десятков километров в секунду. В течение ночи можно наблюдать постепенное превращение одних форм сияний в другие. Например, однородная дуга может вдруг разбиться на лучи или превратиться в складки ленты, а последняя может затем распасться на облакообразные пятна.

Влияние полярного сияния

В свое время появление полярных сияний связывалось с трагическими явлениями в природе и обществе. Только ли страх перед непонятными впечатляющими явлениями природы лежит в основе этих суеверий? Сейчас хорошо известно, что солнечные ритмы с различными периодами (27 суток, 11 лет и т.д.) влияют на самые разные стороны жизни на Земле. Солнечные и магнитные бури (и связанные с ними полярные сияния) могут вызывать рост различных заболеваний, в том числе заболеваний сердечнососудистой системы человека. С солнечными циклами связаны изменения климата на Земле, появление засух и наводнений, землетрясения и т.д. Все это заставляет еще раз серьезно задуматься над связью между полярными сияниями и земными катаклизмами и бедами. Может быть, не так и глупы старые представления о такой связи?

Полярные сияния сигнализируют о месте и времени воздействия Космоса на земные процессы. Вызывающее их вторжение заряженных частиц влияет на многие стороны нашей жизни. Изменяется содержание озона и электрический потенциал ионосферы, нагрев ионосферной плазмы возбуждает волны в атмосфере. Все это сказывается на погоде. Из-за дополнительной ионизации в ионосфере начинают течь значительные электрические токи, магнитные поля которых искажают магнитное поле Земли, что прямо влияет на здоровье многих людей. Таким образом, через полярные сияния и связанные с ними процессы Космос воздействует на окружающую нас природу и ее обитателей.

Заключение

Написание реферата было занимательным и интересным: я не просто излагала информацию, а ещё и с интересом узнавала интересные вещи.

Написав реферат, я узнала о некоторых явлениях, которые никогда не видела. Теперь буду чаще наблюдать за небом: очень хочется увидеть некоторые явления, объяснение которым я уже знаю. Особенно заинтересовали такие вещи, как зелёный луч, «слепая» полоса и миражи. А некоторые явления перестали быть непонятными для меня: ведь всему есть объяснение с физической точки зрения, просто пока ещё не всё изучено.

Я узнала, почему небо голубое, как и на чём рассеивается свет в атмосфере, что такое флуктуация, как образуется радуга и много другого. Но в природе ещё много загадок, не менее интересных.

Список литературы

1. Тарасов «Физика в природе»

2. Ян Николсон в переводе В. Н. Михайлова Энциклопедия "Вселенная"

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Отражение и преломление света диэлектриками. Принцип Гюйгенса - Френеля. Рефракция света. Графическое сложение амплитуд вторичных волн. Дифракция плоской световой волны и сферической световой волны.

реферат , добавлен 25.11.2008


Определение оптики. Квантовые свойства света и связанные с ними дифракционные явления. Законы распространения световой энергии. Классические законы излучения, распространения и взаимодействия световых волн с веществом. Явления преломления и поглощения.

презентация , добавлен 02.10.2014


Изучение процессов распространения электромагнитных волн радиодиапазона в атмосфере, космическом пространстве и толще Земли. Рефракция радиоволн, космическая, подземная и подводная радиосвязь. Особенности распространения гектометровых (средних) волн.

презентация , добавлен 15.12.2011


Электродинамические явления в моделях климата: электрические заряды и электростатическое поле, механизмы их генерации и перераспределения в конвективном облаке. Возникновение грозовых разрядов как источника оксидов азота в атмосфере и пожароопасности.

курсовая работа , добавлен 07.08.2013


Мираж - оптическое явление в атмосфере: отражение света границей между резко различными по плотности слоями воздуха. Классификация миражей на нижние, видимые под объектом, верхние и боковые. Возникновение и описание фата-моргана (искаженного изображения).

презентация , добавлен 26.09.2011


Земная атмосфера как оптическая система. Науки, занимающиеся изучением световых явлений в атмосфере. Цвет неба, паргелий (ложные солнца). Световой (солнечный) столб. Окологоризонтальная дуга или огненная радуга. Рассеянное свечение ночного неба.

презентация , добавлен 15.06.2014


Длины световых волн. Закон прямолинейного распространения света. Относительные показатели преломления. Явление полного внутреннего отражения для построения световодов. Вектор плотности потока энергии. Фазовая и групповая скорости монохроматической волны.

реферат , добавлен 20.03.2014


Что такое оптика? Ее виды и роль в развитии современной физики. Явления, связанные с отражением света. Зависимость коэффициента отражения от угла падения света. Защитные стёкла. Явления, связанные с преломлением света. Радуга, мираж, полярные сияния.

реферат , добавлен 01.06.2010


Свойства объектов и методы измерения электронной плотности по упругому рассеянию. Экспериментальные методы исследования комптоновского рассеяния. Атомно-рассеивающий фактор, распределение радиальной электронной плотности в литии по комптоновским профилям.

дипломная работа , добавлен 06.06.2011


Распространение звуковых волн в атмосфере. Зависимость скорости звука от температуры и влажности. Восприятие звуковых волн ухом человека, частота и сила звука. Влияние ветра на скорость звука. Особенность инфразвуков, ослабление звука в атмосфере.

Реферат

На тему: Световые явления

Выполнил: Храпатов Д. А.

Проверил(а):

1. Свет. Источники света

2. Распространение света

3. Отражение света

4. Плоское зеркало

5. Зеркальное и рассеянное изображение

6. Преломление света

8. Изображения, даваемые линзой

Свет. Источники света

Свет… его значение в нашей жизни очень велико. Трудно представить себе жизнь без света. Ведь все живое зарождается и развивается под влиянием света и тепла.

Деятельность человека в начальные периоды его существования – добывание пищи, защита от врагов, охота – была зависима от дневного света. Потом человек научился добывать и поддерживать огонь, стал освещать свое жилище, охотиться с факелами. Но во всех случаях его деятельность не могла протекать без освещения.

Свет, посылаемый небесными телами, позволил определить расположение и движение Солнца, звезд, планет, Луны и других спутников. Исследования световых явлений помогло создать приборы, при помощи которых узнали о строении и даже составе небесных тел, находящихся от Земли на расстоянии многих миллиардов километров. По наблюдениям в телескоп и фотографиям планет изучили их облачный покров, особенности поверхностей, скорости вращения. Можно сказать, что наука астрономия возникла и развивалась благодаря свету и зрению.

На изучении света основано создание искусственного освещения, так необходимого человеку. Свет нужен везде: безопасность движения транспорта связана с применением фар, освещением дорог; в военной технике применяются осветительные ракеты, прожекторы; нормальное освещение рабочего места способствует повышению производительности труда; солнечный свет повышает сопротивляемость организма болезням, улучшает настроение человека.

Что же такое свет? Почему и как мы его воспринимаем?

Раздел науки, посвященный изучению света, называют также оптикой (от греческого optos – видимый, зримый).

Световое (оптическое) излучение создается источниками света.

Существуют естественные и искусственные источники света. К естественным источникам света относятся такие, как Солнце, звезды, полярное сияние, молнии; к искусственным – лампы, свечи, телевизор и другие.

Источник света мы видим потому, что создаваемое имя излучение попадает к нам в глаза. Но мы видим также и тела, не являющиеся источниками света, - деревья, дома, стены комнаты, Луну, планеты и т.п. Однако мы их видим только тогда, когда они освещены источниками света. Излучение, идущее от источников света, упав на поверхность предметов, меняет свое направление и попадает в глаза.

2. Распространение света

Оптика – одна из древнейших наук.

Еще задолго до того, как узнали, что представляет собой свет, некоторые его свойства были обнаружены и использованы в практике.

На основе наблюдений и опытов были установлены законы распространения света, при этом использовалось понятие луча света.

ЛУЧ – эта линия, вдоль которой распространяется свет.

Закон прямолинейного распространения света.

Свет в прозрачной однородной среде распространяется по прямым линиям.

Для данного закона можно рассмотреть пример – образования тени:

Если мы хотим, чтобы свет от лампы не попадал нам в глаза, мы можем загородиться от него рукой или надеть на лампу абажур. Если бы свет распространялся не по прямым линиям, то он бы мог обогнуть края препятствия и попасть нам в глаза. Например, от звука нельзя «загородиться» рукой, он обогнет это препятствие и мы будем его слышать.

Рассмотрим это явление на опыте.

Возьмем лампочку от карманного фонаря. Расположим на некотором расстоянии от нее экран. Лампа освещает экран полностью. Поместим между лампочкой и экраном непрозрачное тело (например металлический шар). Теперь на экране появится темный круг, так как за шаром образовалась тень – пространство, в которое не попадает свет от источника.

Но четко описанную тень, которая получена в описанном опыте, мы видим в жизни не всегда. Если размеры источника света будут гораздо больше, то вокруг тени образуется полутень. Если бы наш глаз находился в области тени, то мы не увидели бы источник света, а из области полутени – видели бы один из его краев. Закон распространения света использовали еще древние египтяне для того, чтобы установить по прямой линии колоны, столбы, стены. Они располагали колоны таким образом, чтобы из-за ближайшей к глазу колоны не были видны все остальные.

3. Отражение света

Направим от источника света на экран пучок света. Экран будет освещен, но между источником и экраном мы ничего не увидим. Если же между источником и экраном поместить листок бумаги, то он будет виден. Происходит это потому, что излучение, достигнув поверхности листка, отражается, изменяет свое направление и попадает в наши глаза. Весь пучок света становится видимым, если запылить воздух между экраном и источником света. В этом случае пылинки отражают свет и направляют его в глаза наблюдателя.

Закон отражения света:

Лучи падающий и отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности, восставленным в точке падения луча.

Пусть прямая MN – поверхность зеркала, АО – падающий и ОВ – отраженный лучи, ОС – перпендикуляр к поверхности зеркала в точке падения луча.

Угол, образованный падающим лучом АО и перпендикуляром ОС (тюею угол АОС), называют углом падения. Обозначают его буквой α(«альфа»). Угол, образованный отраженным лучом ОВ и те же перпендикуляром ОС (т.е. угол СОВ), называют углом отражения, его обозначают буквой β («бета»).

Передвигая источник света по краю диска, мы изменяем угол падения луча. Повторим опыт, но теперь будем каждый раз отмечать угол падения и соответствующий ему угол отражения.

Наблюдения и измерения показывают, что при всех значениях угла падения сохраняется равенство между ним и углом отражения.

Итак, второй закон отражения света гласит: угол отражения равен углу падения.

4. Плоское зеркало

Зеркало, поверхность которого представляет собой плоскость, называется плоским зеркалом.

Когда предмет находится перед зеркалом, то кажется, что за зеркалом находится такой же предмет, то что мы видим за зеркалом, называется изображением предмета.

Для начала, объясним, кК глаз воспринимает сам предмет, например, свечу. От каждой точки сечи во все стороны расходятся лучи света. Часть из них расходящимся пучком попадает в глаз. Глаз видит (воспринимает) точку в том месте, откуда исходят лучи, т.е. в месте их пересечения, где не самом деле находится точка.

Глядя в зеркало, мы видим мнимое изображение своего лица.

Расположим вертикально кусок плоского стекла – он будет служить зеркалом. Но так как стекло прозрачно, мы увидим и то, что находится за ним. Поставим перед стеклом зажженную свечу. В стекле мы увидим ее изображение. По другую сторону стекла (там, где мы видим изображение) поставим такую же, но незажженную свечу и будем передвигать ее до тех пор, пока она не покажется зажженной. Это будет означать, что изображение зажженной свечи находится там, где стоит незажженная свеча.

Измерим расстояние от свечи до стекла и от стекла до изображения свечи. Эти расстояния окажутся одинаковыми.

Опыт также показывает, что высота изображения свечи равна высоте самой свечи, т.е. размеры изображения в плоском зеркале равны размерам предмета.

Итак, опыт показывает, что изображение предмета в плоском зеркале имеет следующие особенности: это изображение мнимое, прямое, равное по размерам предмету, находится оно на таком же расстоянии за зеркалом, на каком предмет расположен перед зеркалом.

У изображения в плоском зеркале есть еще одна особенность. Посмотрите на изображение вашей правой руки в плоском зеркале, пальцы на изображении расположены так, как будто это левая рука.

5. Зеркальное и рассеянное изображение

В плоском зеркале мы видим изображение, мало отличающееся от самого предмета. Это объясняется тем, что поверхность зеркала плоская и гладкая, и тем, что зеркало отражает большую часть падающего на него света (от 70 до 90%).

Зеркальная поверхность отражает падающий на нее пучок света направленно. Пусть, например, на зеркало падает пучок параллельных лучей от Солнца. Лучи отражаются также параллельным пучком.

Всякая не зеркальная, т.е. шероховатая, негладкая поверхность рассеивает свет: отражает падающий на нее пучок параллельных лучей по всем направлениям. Объясняется это тем, что шероховатая поверхность состоит из большого числа очень маленьких плоских поверхностей, расположенных беспорядочно, под разными углами друг к другу. Каждая маленькая плоская поверхность отражает свет в определенном направлении. Но все вместе они направляют отраженные лучи в разные стороны, т.е. рассеивают свет по разным направлениям.

6. Преломление света

Ложка или карандаш, опущенная в стакан с водой, кажется переломленной на границе между водой и воздухом. Это можно объяснить только тем, что лучи света, идущие т ложки, имеют в воде другое направление, чем в воздухе.

Изменение направления распространения света при его прохождении через границу двух сред называется преломлением света.

При переходе луча из стекла (воды) в воздух угол преломления больше угла падения.

Способность преломлять лучи у разных сред различна. Например, алмаз преломляет лучи света сильнее, чем вода или стекло.

Если на поверхность алмаза луч света падает под углом 60*, то угол преломления луча равен примерно 21*. При таком же угле падения луча на поверхность воды угол преломления составляет около 30*.

При переходе луча из одной среды в другую происходит преломление света по следующим положениям:

1. лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча к плоскости раздела двух сред.

2. в зависимости от того, из какой среды в какую переходит луч, угол преломления может быть меньше или больше угла падения.

7. Линзы

Отражение и преломление света используется для того, чтобы изменять направление лучей или, как говорят, управлять световыми пучками. На этом основано создание специальных оптическх приборов, таких как прожектор, лупа, микроскоп, фотоаппарат и другие. Главная часть большинства из них – линза.

В оптике чаще всего используются сферические линзы. Такие линзы представляют собой тела, изготовленные из оптического или органического стекла, ограниченные двумя сферическими поверхностями.

Линзы бывают различные, ограниченные с одной стороны сферической, а с другой плоской поверхностью, или вогнуто-выпуклые но наиболее часто применяемые это выпуклые и вогнутые.

Выпуклая линза преобразует пучок параллельных лучей в сходящийся, собирает его в одну точку. Поэтому выпуклую линзу называют собирающей линзой.

Вогнутая линза преобразует пучок параллельных лучей в расходящийся. Поэтому вогнутую линзу называют рассеивающей линзой.

Мы рассмотрели линзы, ограниченные сферическими поверхностями с двух сторон. Но изготавливают и применяют также линзы, ограниченные с одной стороны сферической, а с другой плоской поверхностью, или вогнуто-выпуклые линзы. Однако, несмотря на это, линзы бывают либо собирающими, либо рассеивающими. Если средняя часть линзы толще, чем ее края, то она собирает лучи, а если тоньше, то рассеивает.

8. Изображения, даваемые линзой

При помощи линзы можно управлять световыми лучами. Однако при помощи линзы можно не только собирать и рассеивать лучи света, но и получать разнообразные изображения предметов. Именно благодаря этой способности линз они широко используются в практике. Так линза в кинокамере дает увеличение в сотни раз, а в фотоаппарате также линза дает уменьшенное изображение фотографируемого предмета.

1. Если предмет находится между линзой и ее фокусом, то его изображение – увеличенное, мнимое, прямое, и расположено оно от линзы дальше чем предмет.

Такое изображение получают, когда пользуются лупой при сборке часов, чтении мелкого текста и др.

2. Если предмет находится между фокусом и двойным фокусом линзы, то линза дает его увеличенное, перевернутое, действительное изображение; оно расположено по другую сторону от линзы по отношению к предмету, за двойным фокусным расстоянием.

Такое изображение используется в проекционном аппарате, в киноаппарате.

3. Предмет находится за двойным расстоянием линзы.

В этом случае линза дает уменьшенное, перевернутое, действительное изображение предмета, лежащее по другую сторону линзы между ее Фоксом и двойным фокусом.

Такое изображение используют в фотоаппаратуре.

Линза с более выпуклыми поверхностями преломляет лучи сильнее, чем линза с меньшей кривизной. Поэтому фокусное расстояние более выпуклой линзы меньше чем у менее выпуклой линзы. Линза, у которой короче фокусное расстояние, создает большее увеличение, чем длиннофокусная линза.

Увеличение предмета будет тем больше, чем ближе к фокусу находится предмет. Поэтому при помощи линз можно получать изображения с большим и очень большим увеличением. Точно также, можно получать изображения с разным уменьшением.

Литература

1. Свет. Источники света.

2. Близорукость и дальнозоркость. Очки.

3. Свет. Под редакцией Н.А. Родина

Радуга; тень, отбрасываемая предметом; голубое небо; многоцветье окружающего нас мира - вот лишь несколько примеров световых явлений. Эти явления изучаются в разделе физики, который называется "оптика" (от греч. optike - наука о зрительных восприятиях).

Источники света вам хорошо знакомы. Их можно разделить на естественные (Солнце, звезды) и искусственные (электрические лампы).

Важное свойство света - прямолинейность его распространения. Только при этом условии возможно образование тени и возникновение затмений Солнца и Луны.

Лучи света отражаются от преград. Если лучи падают на зеркало, они отражаются так, что мы видим в зеркале предмет в натуральную величину. Если лучи света падают на неровную поверхность, они отражаются во все стороны и делают эту поверхность освещенной. Именно поэтому мы можем видеть предметы, которые сами не светятся (в том числе и такие небесные тела, как планеты и их спутники).

Когда лучи света попадают из воздуха в какую-то другую прозрачную среду (воду, стекло), они преломляются (посмотрите сбоку на ложку в стакане с водой и увидите, что на границе раздела воздух - вода происходит "перелом" ложки).

Если белый свет падает на трехгранную стеклянную призму, он преломляется и одновременно раскладывается на семь цветов. В этом заключается явление дисперсии. Цвета всегда расположены в определенном порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. (Галочка, можно сделать слова цветными?) Такая цветная полоса называется спектром. Последовательность цветов в спектре можно запомнить с помощью простой фразы: "Каждый охотник желает знать, где сидит фазан". Дисперсия наблюдается и в природе. Вспомните радугу. Она получается из-за того, что солнечный свет преломляется в каплях дождя, как в призмах.

Но что такое свет? Ученым потребовалось много времени, чтобы найти ответ на этот вопрос. И ответ оказался неожиданным. Дело в том, что в одних явлениях свет ведет себя как поток частиц (их называют квантами света, или фотонами), в других - как волна. Например, радужная окраска CD-ROM дисков возникает потому, что свет проявляет волновые свойства, а отклонение кометных хвостов от Солнца объясняется световым давлением, связанным с представлением о свете как потоке частиц.

Невозможно переоценить значение света для познания окружающего нас мира. Ведь наибольшую часть информации о нем мы получаем благодаря именно свету. Исследование света, идущего к нам от небесных тел, позволяет очень многое узнать о них. Здесь особенно важную роль играют спектры небесных тел. Это своего рода их "паспорта", расшифровывая которые астрономы добывают информацию о температуре, химическом составе небесных тел, скоростях, с которыми они движутся, приближаясь к нам или удаляясь от нас, и о многом другом. В повседневной жизни мы встречаемся с разными оптическими приборами - от очков до телескопов. Их, конечно, не смогли бы создать без исследования световых явлений.

Из пяти органов чувств больше всего информации об окружающем мире дает нам зрение. Но видеть мир вокруг мы можем только потому, что нам в глаза попадает свет. Итак, начинаем изучение световых, или оптических (греч. optikos — зрительный), явлений, то есть явлений, связанных со светом.

Наблюдаем световые явления

Со световыми явлениями мы сталкиваемся каждый день, ведь они являются частью природной среды, в которой мы живем.

Некоторые оптические явления кажутся нам настоящим чудом, например миражи в пустыне, полярные сияния. Но согласитесь, что и более привычные световые явления: блеск капельки росы в солнечном луче, лунная дорожка на воде, семицветный мост радуги после летнего дождя, молния в грозовых облаках, мерцание звезд в ночном небе — тоже удивительны, ведь они делают мир вокруг нас прекрасным, полным волшебной красоты и гармонии.

Выясняем, что такое источники света

Источники света — это физические тела, частицы (атомы, молекулы, ионы) которых излучают свет.

Посмотрите вокруг, обратитесь к своему опыту — и вы, без сомнения, назовете много источников света: звезда, вспышка молнии, пламя свечи, лампа, монитор компьютера и т. д. (см., например, рис. 9.1). Свет могут излучать и организмы: светлячки — яркие точки света, которые можно увидеть теплыми летними ночами в лесной траве, некоторые морские животные, радиолярии и др.

В ясную лунную ночь можно достаточно хорошо видеть предметы, освещенные лунным светом. Однако Луну нельзя считать источником света, ведь она не излучает, а только отражает свет, идущий от Солнца.

Можно ли назвать источником света зеркало, с помощью которого вы пускаете «солнечный зайчик»? Поясните свой ответ.

Различаем источники света

Рис. 9.2. Мощные источники искусственного света — галогенные лампы в фарах современного автомобиля

Рис. 9.3. Сигналы современных светофоров хорошо заметны даже при ярком солнце.

В таких светофорах лампы накаливания заменены светодиодными

В зависимости от происхождения различают естественные и искусственные (созданные человеком) источники света.

К естественным источникам света относятся Солнце и звезды, раскаленная лава и полярное сияние, некоторые живые организмы (глубоководная каракатица, светящиеся бактерии, светлячки) и т. д.

Еще в древности люди начали создавать искусственные источники света. Сначала это были костры, лучины, позже — факелы, свечи, масляные и керосиновые лампы; в конце XIX в. была изобретена электрическая лампа. Сегодня разные виды электрических ламп используются повсюду (рис. 9.2, 9.3).

Какие виды электрических ламп используют в жилых домах? Какие лампы применяют для разноцветной иллюминации?

Различают также тепловые и люминесцентные источники света.

Тепловые источники излучают свет благодаря тому, что имеют высокую температуру (рис. 9.4).

Для свечения люминесцентных источников света не нужна высокая температура: световое излучение может быть достаточно интенсивным, а источник при этом остается относительно холодным. Примерами люминесцентных источников света могут быть полярное сияние и морской планктон, экран телефона, лампа дневного света, покрытый люминесцентной краской дорожный знак и т. д.

Рис. 9.4. Некоторые тепловые источники света

Изучаем точечные и протяженные источники света

Источник света, который излучает свет одинаково во всех направлениях и размерами которого, учитывая расстояние до места наблюдения, можно пренебречь, называют точечным источником света.

Наглядный пример точечных источников света — звезды: мы наблюдаем их с Земли, то есть с расстояния, которое в миллионы раз превышает размеры самих звезд.

Источники света, которые не являются точечными, называют протяженными источниками света. В большинстве случаев мы имеем дело именно с протяженными источниками света. Это и лампа дневного света, и экран мобильного телефона, и пламя свечи, и огонь костра.

В зависимости от условий один и тот же источник света может считаться как протяженным, так и точечным.

На рис. 9.5 изображен светильник для ландшафтного освещения сада. Как вы думаете, в каком случае этот светильник можно считать точечным источником света?

Характеризуем приемники света

Приемники света — это устройства, которые изменяют свои свойства под действием света и с помощью которых можно выявить световое излучение.

Приемники света бывают искусственные и естественные. В любом приемнике света энергия светового излучения преобразуется в другие виды энергии — тепловую, которая проявляется в нагревании тел, поглощающих свет, электрическую, химическую и даже механическую. В результате таких преобразований приемники определенным образом реагируют на свет или его изменение.

Например, некоторые системы охраны работают на фотоэлектрических приемниках света — фотоэлементах. Пучки света, пронизывающие пространство вокруг охраняемого объекта, направлены на фотоэлементы (рис. 9.6). Если перекрыть один из таких пучков, фотоэлемент не получит световую энергию и сразу об этом «сообщит».

В солнечных батареях фотоэлементы преобразуют энергию света в электрическую энергию. Многие современные солнечные электростанции — это большие «энергетические поля» из солнечных батарей.

Долгое время для получения фотографий применяли только фотохимические приемники света (фотопленку, фотобумагу), в которых в результате действия света происходят определенные химические реакции (рис. 9.7).

От ближайшей к нам звезды Альфа Центавра свет идет к Земле почти 4 года. Значит, когда мы смотрим на эту звезду, на самом деле видим, какой она была 4 года назад. А ведь существуют галактики, удаленные от нас на миллионы световых лет (то есть свет идет к ним миллионы лет!). Представьте себе, что в такой галактике существует высокотехнологичная цивилизация. Тогда получается, что они видят нашу планету такой, какой она была во времена динозавров!

В современных цифровых фотоаппаратах вместо фотопленки используют матрицу, состоящую из большого количества фотоэлементов. Каждый из таких элементов принимает «свою» часть светового потока, преобразует ее в электрический сигнал и передает этот сигнал в определенное место экрана.

Естественными приемниками света являются глаза живых существ (рис. 9.8). Под воздействием света в сетчатке глаза происходят определенные химические реакции, возникают нервные импульсы, вследствие чего мозг формирует представление об окружающем мире.

Узнаём о скорости распространения света

Когда вы смотрите на звездное небо, то вряд ли догадываетесь, что некоторые звезды уже погасли. Более того, несколько поколений наших предков любовались этими же звездами, а эти звезды не существовали уже тогда! Как может быть так, что свет от звезды есть, а самой звезды нет?

Дело в том, что свет распространяется в пространстве с конечной скоростью. Скорость c распространения света огромна, и в вакууме она составляет около трехсот тысяч километров в секунду:

Свет преодолевает многокилометровые расстояния за тысячные доли секунды. Именно поэтому, если расстояние от источника света до приемника невелико, кажется, что свет распространяется мгновенно. А вот от далеких звезд свет идет к нам тысячи и миллионы лет.

Подводим итоги

Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называют источниками света. Источники света бывают тепловые и люминесцентные; естественные и искусственные; точечные и протяженные. Например, полярное сияние — естественный протяженный люминесцентный источник света.

Устройства, которые изменяют свои параметры в результате действия света и с помощью которых можно выявить световое излучение, называют приемниками света. В приемниках света энергия светового излучения преобразуется в другие виды энергии. Органы зрения живых существ — естественные приемники света.

Свет распространяется в пространстве с конечной скоростью. Скорость

распространения света в вакууме составляет примерно: c = 3 10 м/с. Контрольные вопросы

1. Какую роль играет свет в жизни человека? 2. Дайте определение источника света. Приведите примеры. 3. Является ли Луна источником света? Поясните свой ответ. 4. Приведите примеры естественных и искусственных источников света. 5. Что общего у тепловых и люминесцентных источников света? Чем они отличаются? 6. При каких условиях источник света считают точечным? 7. Какие устройства называют приемниками света? Приведите примеры естественных и искусственных приемников света. 8. Какова скорость распространения света в вакууме?

Упражнение № 9

1. Установите соответствие между источником света (см. рисунок) и его видом.

А естественный тепловой Б искусственный тепловой В естественный люминесцентный Г искусственный люминесцентный

2. Для каждой строки определите «лишнее» слово или словосочетание.

а) пламя свечи, Солнце, звезда, Луна, светодиодная лампа;

б) экран включенного компьютера, молния, лампа накаливания, факел;

в) лампа дневного света, пламя газовой горелки, костер, радиолярия.

3. За какое приблизительно время свет проходит расстояние от Солнца до Земли — 150 млн км?

4. В каких из указанных случаев Солнце можно считать точечным источником света?

а) наблюдение солнечного затмения;

б) наблюдение Солнца с космического корабля, летящего за пределами Солнечной системы;

в) определение времени с помощью солнечных часов.

5. Одна из единиц длины, применяемая в астрономии, — световой год. Сколько метров составляет световой год, если он равен расстоянию, которое проходит свет в вакууме за один год?

6. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте, кто и как впервые измерил скорость распространения света.

Это материал учебника

Позволяет определять расположение и движение планет, Солнца, Луны и других светил. Световые явления в природе мы наблюдаем повсеместно. В этом нам помогают глаза, а также специальные приборы, которые дают возможность узнать о строении небесных тел, даже тех, что находятся на расстоянии миллиардов километров от Земли. Наблюдения в телескоп и фотографирование планет позволило изучить облачный покров, скорость вращения, особенности поверхностей.

Природа планеты Земля дарит нам неповторимые, редкие, красивые и невероятные явления природы.

Разновидности световых эффектов

Вот только некоторые из них:

Окологоризонтальная дуга. Ее еще называют "огненной радугой". Когда свет проходит сквозь кристаллы льда перистых облаков, небосвод покрывается цветными полосами, а небо как будто покрыто "радужной пленкой". Подобные световые явления встречаются очень редко, так как природный феномен возникает только тогда, когда кристаллы льда и солнечные лучи по отношению друг к другу оказываются под определенным углом.

Радужные облака. Такой эффект тоже зависит от того, как Солнце расположено к капелькам воды из облаков. Расцветку определяет различная длина световых волн.

"Призрак Броккена". Удивительные световые явления наблюдаются в некоторых районах нашей планеты: если за спиной человека, стоящего на холме или горе, заходит или восходит солнце, он может обнаружить, что его тень, которая падает на облака, увеличивается до неправдоподобных размеров. Это происходит из-за преломления солнечных лучей мельчайшими каплями тумана. Такой эффект регулярно наблюдается на вершине Броккен в Германии.

Гало. Иногда вокруг Луны и Солнца возникают белые окружности. Это происходит в результате отражения или преломления света кристаллами снега или льда. В морозную погоду гало, которые образуются кристаллами снега и льда на земле, отражают свет и рассеивают его в разных направлениях, в результате чего образуется эффект, называемый "бриллиантовой пылью".

Паргелий. Слово "паргелий" означает "ложное солнце". Является разновидностью гало: на небе наблюдается несколько дополнительных Солнц, расположенных на уровне с настоящим.

Всем известно такое атмосферное явление как радуга, которое возникает после дождя - самое прекрасное атмосферное явление.

Северное сияние. Подобные световые явления наблюдаются в полярных областях. Предполагается, что такой же феномен есть и в атмосфере других планет, Венеры, например. Ученые считают, что полярные сияния возникают в результате бомбардировки верхнего атмосферного слоя заряженными частицами, которые движутся к Земле параллельно силовым линиям геомагнитного поля из космического пространства, называемого плазменным слоем.

Поляризация - это ориентированность в пространстве электромагнитных колебаний световых волн. Это явление возникает тогда, когда свет падает на поверхность под определенным углом и, отражаясь, становится поляризованным. Такое небо можно увидеть при помощи фильтра фотокамеры.

Звездный след. Явление можно запечатлеть фотокамерой, а невооруженным глазом это сделать невозможно.

Корона вокруг Солнца - это небольшие цветные венцы вокруг данной планеты или ярких объектов. Они изредка наблюдаются в тех случаях, когда источники света скрыты за полупрозрачными облаками, и возникает при рассеивании лучей света водяными мелкими капельками, образующими облако.

Мираж - этот оптический эффект, который обусловлен преломлением лучей света при прохождении сквозь слои воздуха с разной плотностью. Он выражается возникновением обманного изображения. Миражи чаще всего наблюдаются в жарком климате, преимущественно в пустынях. Иногда они отображают целые объекты, которые находятся от наблюдателя на большом расстоянии.

Столбы света. Это такие световые явления, когда свет отражается от кристаллов льда, и образуются вертикальные светящиеся столбы, будто выходящие с поверхности земли. Источником в этом случае является Луна, Солнце или искусственные огни.