Lange Zeit Luftspiegelungen, flackernde Gest alten in der Luft, erschrockene und verängstigte Menschen. Heutzutage haben Wissenschaftler viele Geheimnisse der Natur gelüftet, einschließlich optischer Phänomene. Sie sind nicht überrascht von natürlichen Geheimnissen, deren Essenz seit langem erforscht ist. In der High School werden optische Phänomene heute in der 8. Klasse in Physik unterrichtet, damit jeder Schüler ihre Natur verstehen kann.
Grundlegende Konzepte
Wissenschaftler der Antike glaubten, dass das menschliche Auge sieht, indem es Objekte mit den dünnsten Tentakeln ertastet. Optik war damals die Lehre vom Sehen.
Im Mittel alter beschäftigte sich die Optik mit dem Licht und seiner Essenz.
Optik ist heute ein Teilbereich der Physik, der die Ausbreitung von Licht durch verschiedene Medien und seine Wechselwirkung mit anderen Stoffen untersucht. Alle Probleme im Zusammenhang mit dem Sehen werden von der physiologischen Optik untersucht.
Optische Phänomene sind Manifestationen verschiedener Aktionen, die von Lichtstrahlen ausgeführt werden. Sie werden von atmosphärischer Optik untersucht.
Ungewöhnliche Prozesse in der Atmosphäre
Der Planet Erde ist von einer gasförmigen Hülle umgeben, die Atmosphäre genannt wird. Seine Dicke beträgt Hunderte von Kilometern. Näher an der Erde ist die Atmosphäre in Richtung dichternach oben ist spärlich. Die physikalischen Eigenschaften der atmosphärischen Hülle ändern sich ständig, die Schichten werden gemischt. Temperaturen ändern. Dichte-, Transparenzverschiebung.
Lichtstrahlen gehen von der Sonne und anderen Himmelskörpern zur Erde. Sie durchqueren die Erdatmosphäre, die ihnen als spezifisches optisches System dient, und verändern ihre Eigenschaften. Lichtstrahlen reflektieren, streuen, passieren die Atmosphäre, beleuchten die Erde. Unter bestimmten Bedingungen wird der Strahlengang gekrümmt, sodass verschiedene Phänomene auftreten. Physiker betrachten die originellsten optischen Phänomene:
- Sonne Sonnenuntergang;
- Erscheinung des Regenbogens;
- Nordlichter;
- mirage;
- halo.
Sehen wir sie uns genauer an.
Halo um die Sonne
Schon das Wort "Halo" bedeutet im Griechischen "Kreis". Welches optische Phänomen liegt ihm zugrunde?
Halo ist der Prozess der Brechung und Reflexion von Strahlen, der in Wolkenkristallen hoch in der Atmosphäre auftritt. Das Phänomen sieht aus wie leuchtende Strahlen in der Nähe der Sonne, begrenzt durch ein dunkles Intervall. Halos bilden sich normalerweise vor Wirbelstürmen und können deren Vorläufer sein.
Wassertropfen gefrieren in der Luft und nehmen die richtige prismatische Form mit sechs Seiten an. Jeder kennt Eiszapfen, die in den unteren atmosphärischen Schichten auftreten. Oben fallen solche Eisnadeln frei in vertikaler Richtung. Kristalline Eisschollen drehen sich und sinken auf den Boden, während sie eine parallele Anordnung entlang habenBeziehung zur Erde. Eine Person lenkt das Sehen durch Kristalle, die als Linsen fungieren und Licht brechen.
Andere Prismen sind flach oder sehen aus wie sechsstrahlige Sterne. Lichtstrahlen, die auf Kristalle fallen, unterliegen möglicherweise keiner Brechung oder einer Reihe anderer Prozesse. Es kommt selten vor, dass alle Prozesse deutlich sichtbar sind, meist tritt der eine oder andere Teil des Phänomens deutlicher hervor, während andere schlecht dargestellt werden.
Ein kleiner Halo ist ein Kreis um die Sonne mit einem Radius von etwa 22 Grad. Die Farbe des Kreises ist von innen rötlich, geht dann in gelb über, weiß und vermischt sich mit dem blauen Himmel. Der innere Bereich des Kreises ist dunkel. Es entsteht durch Lichtbrechung in durch die Luft fliegenden Eisnadeln. Die Strahlen in den Prismen werden in einem Winkel von 22 Grad abgelenkt, sodass diejenigen, die die Kristalle passiert haben, dem Betrachter um 22 Grad abgelenkt erscheinen. Daher erscheint der Innenraum dunkel.
Rote Farbe wird weniger gebrochen und zeigt die am wenigsten von der Sonne abgelenkte Farbe. Als nächstes kommt Gelb. Die anderen Strahlen mischen sich und erscheinen weiß.
Es gibt einen 46-Grad-Halo um den 22-Grad-Halo. Seine innere Region ist auch rötlich, weil Licht in Eisnadeln gebrochen wird, die im 90-Grad-Winkel zur Sonne stehen.
Der 90-Grad-Halo ist auch bekannt, er leuchtet schwach, hat fast keine Farbe oder ist außen rot gefärbt. Wissenschaftler haben diese Sorte noch nicht vollständig untersucht.
Halo um den Mondund andere Arten
Dieses optische Phänomen ist oft zu sehen, wenn es leichte Wolken und viele kleine kristalline Eisschollen am Himmel gibt. Jeder dieser Kristalle ist eine Art Prisma. Grundsätzlich ist ihre Form längliche Sechsecke. Licht tritt in den vorderen kristallinen Bereich ein und wird beim Austritt aus dem gegenüberliegenden Teil um 22 Grad gebrochen.
Im Winter ist in der k alten Luft in der Nähe der Straßenlaternen ein Heiligenschein zu sehen. Es erscheint im Licht einer Laterne.
Ein Halo um die Sonne kann sich auch in frostiger Schneeluft bilden. Schneeflocken liegen in der Luft, Licht dringt durch die Wolken. Bei Sonnenuntergang am Abend wird dieses Licht rot. Abergläubische Menschen waren in den vergangenen Jahrhunderten entsetzt über solche Phänomene.
Der Heiligenschein kann wie ein regenbogenfarbener Kreis um die Sonne aussehen. Es scheint, als gäbe es viele Kristalle mit sechs Gesichtern in der Atmosphäre, aber sie reflektieren nicht, sondern brechen die Sonnenstrahlen. Die meisten Strahlen werden gestreut und erreichen unsere Augen nicht. Der Rest der Strahlen erreicht das menschliche Auge, und wir bemerken einen schillernden Kreis um die Sonne. Sein Radius beträgt etwa 22 Grad oder 46 Grad.
Falsche Sonne
Wissenschaftler haben festgestellt, dass der Halo-Kreis an den Seiten immer heller ist. Dies erklärt sich dadurch, dass sich hier vertikale und horizontale Halos treffen. An ihren Schnittpunkten können falsche Sonnen erscheinen. Dies passiert besonders häufig, wenn die Sonne nah am Horizont steht und wir dann einen Teil des vertikalen Kreises nicht mehr sehen können.
Die falsche Sonne ist auch ein optisches Phänomen, eine Art Heiligenschein. Es scheint aufgrundEiskristalle mit sechs Gesichtern, geformt wie Nägel. Solche Kristalle schweben in vertikaler Richtung in der Atmosphäre, Licht wird an ihren Seitenflächen gebrochen.
Eine dritte "Sonne" kann sich auch bilden, wenn nur der Oberflächenteil des Halo-Kreises über der wahren Sonne sichtbar ist. Es kann ein Bogensegment oder ein leuchtender Fleck von unverständlicher Form sein. Manchmal sind falsche Sonnen so hell, dass sie von der echten Sonne nicht zu unterscheiden sind.
Regenbogen
Dies ist ein atmosphärisches optisches Phänomen in Form eines unvollständigen Kreises mit verschiedenen Farben.
Religionen der Antike betrachteten den Regenbogen als Brücke vom Himmel zur Erde. Aristoteles glaubte, dass der Regenbogen durch die Reflexion von Sonnenlichttropfen entsteht. Welches optische Phänomen kann einen Menschen noch so erfreuen wie ein Regenbogen?
Im 17. Jahrhundert studierte Descartes die Natur des Regenbogens. Später experimentierte Newton mit Licht und ergänzte die Theorie von Descartes, konnte aber die Bildung mehrerer Regenbögen nicht verstehen, das Fehlen einzelner Farbtöne in ihnen.
Die vollständige Theorie des Regenbogens wurde im 19. Jahrhundert von einem Astronomen aus England, D. Erie, präsentiert. Er war es, der es schaffte, alle Prozesse des Regenbogens aufzudecken. Die von ihm entwickelte Theorie wird noch heute akzeptiert.
Ein Regenbogen entsteht, wenn das Licht der Sonne auf einen Vorhang aus Regenwasser in der der Sonne gegenüberliegenden Region des Himmels trifft. Das Zentrum des Regenbogens befindet sich an einem Punkt auf der anderen Seite der Sonne, das heißt, es ist für das menschliche Auge nicht sichtbar. Der Bogen des Regenbogens ist der Teil des Kreises um diesen zentralen Punkt.
Die Farben des Regenbogens sind in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet. Er ist konstant. Rot ist am oberen Rand, lila ist am unteren Rand. Dazwischen verlaufen die Farben in strenger Anordnung. Der Regenbogen enthält nicht alle vorhandenen Farben. Das Vorherrschen von Grün zeigt den Übergang zu günstigem Wetter an.
Aurora Borealis
Dies ist ein Leuchten in den oberen magnetischen Schichten der Atmosphäre aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung von Atomen und Elementen des Sonnenwinds. Aurora sind normalerweise grün oder blau mit einem Hauch von Rosa und Rot. Sie können die Form eines Bandes oder eines Punktes haben. Ihre Ausbrüche werden oft von lauten Geräuschen begleitet.
Mirage
Einfache Fata Morgana-Täuschungen sind jedem vertraut. Beispielsweise erscheint beim Fahren auf aufgeheiztem Asph alt eine Fata Morgana als Wasseroberfläche. Das kommt für niemanden überraschend. Welches optische Phänomen erklärt das Auftreten von Luftspiegelungen? Lassen Sie uns näher auf dieses Problem eingehen.
Mirage ist ein optisch-physikalisches Phänomen in der Atmosphäre, durch das das Auge Objekte sieht, die unter normalen Bedingungen dem Blick verborgen sind. Dies liegt an der Brechung des Lichtstrahls beim Durchströmen der Luftschichten. Objekte, die sich in beträchtlicher Entfernung befinden, können relativ zu ihrer wahren Position steigen oder fallen, oder sie können verzerrt sein und bizarre Formen annehmen.
Brockengeist
Dies ist ein Phänomen, bei dem bei Sonnenuntergang oder Sonnenaufgang der Schatten einer Person, die sich auf einer Anhöhe befindet, unbegreifliche Ausmaße annimmt, da er auf nahegelegene Wolken fällt. Dies wird erklärtReflexion und Brechung von Lichtstrahlen durch Wassertropfen bei Nebel. Das Phänomen wurde nach einer der Höhen des deutschen Harzes benannt.
St. Elmos Feuer
Dies sind leuchtende blaue oder violette Pinsel an den Masten von Seeschiffen. Lichter können auf bergigen Höhen erscheinen, auf Gebäuden von beeindruckender Höhe. Dieses Phänomen tritt aufgrund elektrischer Entladungen an den Enden der Leiter auf, da die elektrische Spannung ansteigt.
Das sind die optischen Phänomene, die im Unterricht der 8. Klasse behandelt werden. Reden wir über optische Geräte.
Designs in Optik
Optische Geräte sind Geräte, die Lichtstrahlung umwandeln. Normalerweise arbeiten diese Geräte bei sichtbarem Licht.
Alle optischen Geräte können in zwei Typen unterteilt werden:
- Geräte, bei denen das Bild auf dem Bildschirm angezeigt wird. Dies sind Kameras, Filmkameras, Projektionsgeräte.
- Geräte, die mit dem menschlichen Auge interagieren, aber keine Bilder auf dem Bildschirm erzeugen. Dies ist eine Lupe, ein Mikroskop, Teleskope. Diese Geräte gelten als visuell.
Eine Kamera ist ein opto-mechanisches Gerät, mit dem Bilder eines Objekts auf Film aufgenommen werden. Das Design der Kamera umfasst eine Kamera und Linsen, die die Linse bilden. Das Objektiv erzeugt ein umgekehrtes Miniaturbild des Objekts, das auf Film festgeh alten wird. Dies ist auf Lichteinwirkung zurückzuführen.
Das Bild ist zunächst unsichtbar, wird aber dank der Entwicklerlösung sichtbar. Dieses Bild heißtnegativ, darin sehen helle Stellen dunkel aus und umgekehrt. Machen Sie ein Positiv aus dem Negativ auf lichtempfindlichem Papier. Mit einem Fotovergrößerer wird das Bild vergrößert.
Eine Lupe ist eine Linse oder ein Linsensystem, das entwickelt wurde, um Objekte zu vergrößern, während man sie betrachtet. Die Lupe wird neben dem Auge platziert, die Entfernung, aus der das Objekt klar gesehen wird, wird ausgewählt. Die Verwendung einer Lupe basiert auf der Vergrößerung des Blickwinkels, aus dem das Objekt betrachtet wird.
Um eine stärkere Winkelvergrößerung zu erh alten, verwenden Sie ein Mikroskop. Die Vergrößerung von Objekten erfolgt bei diesem Gerät durch das optische System, bestehend aus einem Objektiv und einem Okular. Zuerst wird der Blickwinkel durch das Objektiv vergrößert, dann durch das Okular.
Also haben wir die wichtigsten optischen Phänomene und Geräte, ihre Varianten und Eigenschaften betrachtet.
