Presentatie over het onderwerp: Optische verschijnselen. Optische verschijnselen: voorbeelden

Optische verschijnselen in de natuur: reflectie, verzwakking, totale interne reflectie, regenboog, luchtspiegeling.

Russische staat Agrarische Universiteit Moskouse Landbouwacademie vernoemd naar K.A. Timirjazev

Onderwerp: Optische verschijnselen in de natuur

Uitgevoerd

Bakhtina Tatjana Igorevna

Docent:

Momdzji Sergej Georgievitsj

Moskou, 2014

1. Soorten optische verschijnselen

3. Totale interne reflectie

Conclusie

1. Soorten optische verschijnselen

Het optische fenomeen van elke zichtbare gebeurtenis is het resultaat van de interactie van licht en de materiële media van het fysieke en biologische. Een groene lichtstraal is een voorbeeld van een optisch fenomeen.

Veel voorkomende optische verschijnselen treden vaak op als gevolg van de interactie van licht van de zon of de maan met de atmosfeer, wolken, water, stof en andere deeltjes. Sommigen van hen zijn, zoals een groene lichtstraal, zo zeldzaam dat ze soms als mythisch worden beschouwd.

Optische verschijnselen omvatten die welke voortkomen uit de optische eigenschappen van de atmosfeer, de rest van de natuur (andere verschijnselen); van objecten, zowel natuurlijk als menselijk van aard (optische effecten), waarbij onze ogen een entoptische aard van verschijnselen hebben.

Er zijn veel verschijnselen die ontstaan ​​als gevolg van de kwantum- of golfkarakteristiek van licht. Sommige daarvan zijn behoorlijk subtiel en alleen waarneembaar door nauwkeurige metingen met wetenschappelijke instrumenten.

In mijn werk wil ik nadenken over en praten over optische verschijnselen die verband houden met spiegels (reflectie, verzwakking) en met atmosferische verschijnselen(luchtspiegeling, regenboog, aurora’s), die we in het dagelijks leven vaak tegenkomen.

2. Spiegel optische verschijnselen

Mijn licht, spiegel, vertel me...

Als we een eenvoudige en precieze definitie nemen, dan is dat de Spiegel glad oppervlak, ontworpen om licht (of andere straling) te reflecteren. Het bekendste voorbeeld is een vlakke spiegel.

De moderne geschiedenis van spiegels gaat terug tot de 13e eeuw, of beter gezegd, vanaf 1240, toen Europa leerde glazen vaten te blazen. De uitvinding van de echte glazen spiegel gaat terug tot 1279, toen de franciscaan John Peckham een ​​methode beschreef om glas te bedekken dunne laag blik.

Naast spiegels die door de mens zijn uitgevonden en gemaakt, is de lijst met reflecterende oppervlakken groot en uitgebreid: het oppervlak van een reservoir, soms ijs, soms gepolijst metaal, gewoon glas, als je er vanuit een bepaalde hoek naar kijkt, maar toch het is een door de mens gemaakte spiegel die praktisch een ideaal reflecterend oppervlak kan worden genoemd.

Het principe van het pad van de door een spiegel weerkaatste stralen is eenvoudig als we de wetten van de geometrische optica toepassen, zonder rekening te houden met de golfkarakteristiek van licht. Er valt een lichtstraal op spiegel oppervlak(we beschouwen een volledig ondoorzichtige spiegel) onder een hoek alfa ten opzichte van de normaal (loodrecht) getekend op het punt van inval van de straal op de spiegel. De hoek van de gereflecteerde straal zal gelijk zijn aan dezelfde waarde: alpha. Een straal die loodrecht op het vlak van de spiegel op een spiegel valt, wordt naar zichzelf teruggekaatst.

Voor de eenvoudigste - platte - spiegel zal het beeld symmetrisch ten opzichte van het object achter de spiegel worden geplaatst ten opzichte van het vlak van de spiegel; het zal virtueel, recht en even groot zijn als het object zelf;

Dat het landschap weerspiegeld in stilstaand water niet verschilt van het werkelijke, maar alleen op zijn kop staat, is verre van waar. Als iemand laat op de avond kijkt hoe lampen in het water worden weerspiegeld of hoe de kust die naar het water afdaalt, wordt weerspiegeld, dan zal de weerspiegeling voor hem ingekort lijken en volledig ‘verdwijnen’ als de waarnemer zich hoog boven het wateroppervlak bevindt. het water. Ook zie je nooit de weerspiegeling van de bovenkant van een steen, waarvan een deel in water is ondergedompeld. Het landschap ziet er voor de waarnemer uit alsof het wordt bekeken vanaf een punt dat net zo ver onder het wateroppervlak ligt als het oog van de waarnemer zich boven het wateroppervlak bevindt. Het verschil tussen het landschap en het beeld wordt kleiner naarmate het oog het wateroppervlak nadert, maar ook naarmate het object zich verwijdert. Mensen denken vaak dat de weerspiegeling van struiken en bomen in een vijver helderdere kleuren en rijkere tinten heeft. Dit kenmerk kan ook worden opgemerkt door de reflectie van objecten in een spiegel te observeren. Hier speelt de psychologische perceptie een grotere rol dan de fysieke kant van het fenomeen. Het frame van de spiegel en de oevers van de vijver begrenzen een klein deel van het landschap, beschermen het zijdelingse zicht van een persoon tegen overmatig verstrooid licht dat uit de hele lucht komt en de waarnemer verblindt, dat wil zeggen dat hij naar een klein gebied kijkt. het landschap als door een donkere, smalle pijp. Door de helderheid van gereflecteerd licht te verminderen in vergelijking met direct licht, kunnen mensen gemakkelijker de lucht, wolken en andere helder verlichte objecten waarnemen die, wanneer ze rechtstreeks worden bekeken, te helder zijn voor het oog.

3. Totale interne reflectie van licht

Een prachtig gezicht is de fontein, waarvan de uitgeworpen stralen van binnenuit worden verlicht. Dit kan worden afgebeeld in normale omstandigheden, nadat ik het volgende experiment had gedaan. In de hoogte blikje op een hoogte van 5 cm vanaf de bodem moet je een rond gat boren met een diameter van 5-6 mm. De gloeilamp met de fitting moet zorgvuldig in cellofaanpapier worden gewikkeld en tegenover het gat worden geplaatst. Je moet water in de pot gieten. Door het gat te openen, krijgen we een straal die van binnenuit wordt verlicht. IN donkere kamer het gloeit helder en ziet er erg indrukwekkend uit. De stroom kan elke gewenste kleur krijgen door gekleurd glas in de baan van de lichtstralen te plaatsen. Als je je vinger in het pad van de beek legt, spat het water en gloeien deze druppels helder. De verklaring voor dit fenomeen is vrij eenvoudig. Een lichtstraal passeert een waterstroom en raakt een gebogen oppervlak onder een hoek die groter is dan de beperkende hoek, ondergaat totale interne reflectie en raakt dan opnieuw de andere kant van de stroom onder een hoek die opnieuw groter is dan de beperkende hoek. De straal passeert dus langs de straal en buigt mee. Maar als het licht volledig in de jet zou worden gereflecteerd, zou het van buitenaf niet zichtbaar zijn. Een deel van het licht wordt verstrooid door water, luchtbellen en verschillende daarin aanwezige onzuiverheden, maar ook door het oneffen oppervlak van de straal, waardoor het van buitenaf zichtbaar is.

Ik zal hier een fysieke verklaring voor dit fenomeen geven. Laat de absolute brekingsindex van het eerste medium groter zijn dan de absolute brekingsindex van het tweede medium nl > n2, dat wil zeggen dat het eerste medium optisch dichter is. Hier zijn de absolute indicatoren van de media respectievelijk gelijk:

Als je vervolgens een lichtstraal van een optisch dichter medium naar een optisch minder dicht medium richt, zal de gebroken straal, naarmate de invalshoek groter wordt, het grensvlak tussen de twee media naderen en vervolgens langs het grensvlak gaan, en met een Bij een verdere toename van de invalshoek zal de gebroken straal verdwijnen, d.w.z. de invallende straal zal volledig worden gereflecteerd door het grensvlak tussen de twee media.

De grenshoek (alfa nul) is de invalshoek die overeenkomt met de brekingshoek van 90 graden. Voor water is de grenshoek 49 graden. Voor glas - 42 graden. Manifestaties in de natuur: - luchtbellen op onderwaterplanten zien er spiegelachtig uit - dauwdruppels flitsen met veelkleurig licht - het "spel" van diamanten in de lichtstralen - het wateroppervlak in een glas zal schijnen als je het van onderaf bekijkt door de wand van het glas.

4. Atmosferische optische verschijnselen

Een luchtspiegeling is een optisch fenomeen in de atmosfeer: de reflectie van licht door een grens tussen luchtlagen die qua dichtheid sterk verschillen. Voor een waarnemer betekent een dergelijke reflectie dat, samen met een ver verwijderd object (of een deel van de lucht), zijn virtuele beeld, verplaatst ten opzichte daarvan, zichtbaar is.

Dat wil zeggen, een luchtspiegeling is niets meer dan een spel van lichtstralen. Feit is dat in de woestijn de aarde erg opwarmt. Maar tegelijkertijd varieert de luchttemperatuur boven de grond op verschillende afstanden enorm. De temperatuur van de luchtlaag tien centimeter boven het maaiveld is bijvoorbeeld 30-50 graden lager dan de oppervlaktetemperatuur.

Alle wetten van de natuurkunde zeggen: licht plant zich in een homogeen medium in een rechte lijn voort. Echter, met zulke extreme condities, is de wet niet van toepassing. Wat gebeurd er? Bij zulke temperatuurverschillen beginnen de stralen te worden gebroken, en op de grond zelf beginnen ze over het algemeen te worden gereflecteerd, waardoor illusies ontstaan ​​die we gewend zijn luchtspiegelingen te noemen. Dat wil zeggen, de lucht nabij het oppervlak wordt een spiegel.

Hoewel luchtspiegelingen meestal worden geassocieerd met woestijnen, kunnen ze vaak worden waargenomen boven het wateroppervlak, in de bergen en soms zelfs in de bergen. grote steden. Met andere woorden, waar dan ook plotselinge veranderingen temperaturen, kun je deze fantastische foto's zien.

Dit fenomeen komt vrij vaak voor. In de grootste woestijn op onze planeet worden bijvoorbeeld jaarlijks ongeveer 160 duizend luchtspiegelingen waargenomen.

Het is heel interessant dat, hoewel luchtspiegelingen worden beschouwd als kinderen van de woestijn, onbetwiste leider Alaska werd lang geleden herkend aan hun oorsprong. Hoe kouder het is, hoe helderder en mooier de waargenomen luchtspiegeling.

Hoe vaak dit fenomeen ook voorkomt, het is erg moeilijk om te bestuderen. Waarom? Ja, alles is heel eenvoudig. Niemand weet waar en wanneer hij zal verschijnen, hoe hij zal zijn en hoe lang hij zal leven.

Nadat er veel verschillende documenten over luchtspiegelingen waren verschenen, moesten ze natuurlijk worden geclassificeerd. Het bleek dat het, ondanks al hun diversiteit, mogelijk was om slechts zes soorten luchtspiegelingen te identificeren: lager (meer), hoger (verschijnt in de lucht), zijkant, "Fata Morgana", spookluchtspiegelingen en weerwolfluchtspiegelingen.

Meer complexe uitstraling De luchtspiegeling heet Fata Morgana. Er is nog geen verklaring voor gevonden.

Lagere luchtspiegeling (meer).

Dit zijn de meest voorkomende luchtspiegelingen. Ze hebben hun naam gekregen vanwege de plaats waar ze vandaan kwamen. Ze worden waargenomen op het oppervlak van de aarde en het water.

Superieure luchtspiegelingen (luchtspiegelingen op afstand).

Dit type luchtspiegeling is van oorsprong net zo eenvoudig als het vorige type. Dergelijke luchtspiegelingen zijn echter veel diverser en mooier. Ze verschijnen in de lucht. De meest fascinerende daarvan zijn de beroemde spooksteden. Het is heel interessant dat ze meestal afbeeldingen weergeven van objecten - steden, bergen, eilanden - die zich vele duizenden kilometers verderop bevinden.

Luchtspiegelingen opzij

Ze verschijnen in de buurt van verticale oppervlakken die sterk worden verwarmd door de zon. Dit kunnen rotsachtige oevers van de zee of het meer zijn, wanneer de kust al verlicht is door de zon, maar het wateroppervlak en de lucht erboven nog steeds koud zijn. Dit type luchtspiegeling komt veel voor in het Meer van Genève.

Fata Morgana

Fata Morgana is het meest complexe type luchtspiegeling. Het is een combinatie van verschillende vormen van luchtspiegelingen. Tegelijkertijd worden de objecten die de luchtspiegeling afbeeldt vele malen uitvergroot en behoorlijk vervormd. Interessant genoeg dankt dit type luchtspiegeling zijn naam aan Morgana, de zus van de beroemde Arthur. Ze zou zich aanstoot hebben genomen aan Lancelot omdat hij haar had afgewezen. Om hem te dwarsbomen, vestigde ze zich in de onderwaterwereld en begon wraak te nemen op alle mannen, door hen te misleiden met spookachtige visioenen.

Onder de Fata Morganas bevinden zich ook talloze ‘vliegende Nederlanders’, die nog steeds door zeelieden worden gezien. Ze tonen meestal schepen die honderden of zelfs duizenden kilometers verwijderd zijn van waarnemers.

Misschien valt er niets meer te zeggen over de soorten luchtspiegelingen.

Ik zou eraan willen toevoegen dat dit weliswaar een buitengewoon mooi en mysterieus schouwspel is, maar ook erg gevaarlijk. Ik dood luchtspiegelingen en drijf mijn slachtoffers tot waanzin. Dit geldt vooral voor woestijnluchtspiegelingen. En de verklaring van dit fenomeen maakt het lot van reizigers er niet gemakkelijker op.

Mensen proberen dit echter te bestrijden. Ze creëren speciale gidsen die de plaatsen aangeven waar luchtspiegelingen het vaakst verschijnen, en soms hun vormen.

Luchtspiegelingen worden trouwens verkregen in laboratoriumomstandigheden.

Een eenvoudig experiment gepubliceerd in het boek van V.V. Myra "Totale reflectie van licht in eenvoudige experimenten"(Moskou, 1986), hier gegeven gedetailleerde beschrijving het verkrijgen van luchtspiegelingsmodellen in verschillende omgevingen. De gemakkelijkste manier om een ​​luchtspiegeling waar te nemen is in water (fig. 2). Bevestig een donker, bij voorkeur zwart, exemplaar op de bodem van een vat met witte bodem. blikje van onder de koffie. Kijk van boven naar beneden, bijna verticaal, langs de muur en giet het snel in de pot heet water. Het oppervlak van de pot wordt onmiddellijk glanzend. Waarom? Het is een feit dat de brekingsindex van water toeneemt met de temperatuur. De watertemperatuur nabij het hete oppervlak van de pot is veel hoger dan op afstand. De lichtstraal wordt dus op dezelfde manier gebogen als bij luchtspiegelingen in de woestijn of op heet asfalt. De pot lijkt voor ons glanzend door de volledige reflectie van licht.

Elke ontwerper wil weten waar hij Photoshop kan downloaden.

Een atmosferisch optisch en meteorologisch fenomeen dat wordt waargenomen wanneer de zon (soms de maan) veel waterdruppels verlicht (regen of mist). Een regenboog ziet eruit als een veelkleurige boog of cirkel die bestaat uit de kleuren van het spectrum (vanaf de buitenrand: rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo, violet). Dit zijn de zeven kleuren die in de Russische cultuur gewoonlijk in de regenboog worden geïdentificeerd, maar we moeten niet vergeten dat het spectrum in feite continu is en dat de kleuren vloeiend in elkaar overgaan via vele tussenliggende tinten.

Het middelpunt van de cirkel die wordt beschreven door een regenboog ligt op een rechte lijn die door de waarnemer en de zon gaat. Bovendien staat de zon bij het observeren van een regenboog (in tegenstelling tot een halo) altijd achter de waarnemer en is het onmogelijk om tegelijkertijd de waarnemer te zien. Zon en de regenboog zonder het gebruik van optische apparaten. Voor een waarnemer op de grond ziet een regenboog er meestal uit als een boog, een deel van een cirkel, en hoe hoger het observatiepunt, hoe completer deze is (vanaf een berg of een vliegtuig kun je ook zien volledige cirkel). Wanneer de zon boven de 42 graden boven de horizon opkomt, is er geen regenboog zichtbaar vanaf het aardoppervlak.

Regenbogen ontstaan ​​wanneer zonlicht wordt gebroken en gereflecteerd door waterdruppels (regen of mist) die in de atmosfeer zweven. Deze druppels buigen het licht op een andere manier verschillende kleuren(de brekingsindex van water voor licht met een langere golflengte (rood) is kleiner dan voor licht met een korte golflengte (violet), dus rood licht wordt het zwakst afgebogen - met 137°30 ", en violet licht het meest - met 139 ° 20"). Als gevolg hiervan wordt wit licht ontleed in een spectrum (er treedt lichtverspreiding op). Een waarnemer die met zijn rug naar de lichtbron staat, ziet een veelkleurige gloed die langs concentrische cirkels (bogen) uit de ruimte straalt.

Meestal wordt een primaire regenboog waargenomen, waarbij het licht één interne reflectie ondergaat. Het pad van de stralen wordt weergegeven in de figuur rechtsboven. In de primaire regenboog ligt de rode kleur buiten de boog, de hoekstraal is 40-42°.

Soms zie je een andere, minder heldere regenboog rond de eerste. Dit is een secundaire regenboog, die wordt gevormd door licht dat tweemaal in druppels wordt gereflecteerd. In een secundaire regenboog is de volgorde van de kleuren “omgekeerd”: violet bevindt zich aan de buitenkant en rood aan de binnenkant. De hoekstraal van de secundaire regenboog is 50-53°. De lucht tussen twee regenbogen is meestal merkbaar donkerder, een gebied dat Alexander's Strip wordt genoemd.

Het verschijnen van een regenboog van de derde orde in natuurlijke omstandigheden is uiterst zeldzaam. Er wordt aangenomen dat er in de afgelopen 250 jaar slechts vijf zijn geweest wetenschappelijke rapporten over de waarneming van dit fenomeen. Des te verrassender is de verschijning in 2011 van een bericht dat het niet alleen mogelijk was om een ​​regenboog van de vierde orde waar te nemen, maar deze ook op een foto te registreren. In laboratoriumomstandigheden is het mogelijk om regenbogen van veel hogere ordes te verkrijgen. Zo werd in een in 1998 gepubliceerd artikel gesteld dat de auteurs met behulp van laserstraling een regenboog van orde tweehonderd wisten te verkrijgen.

Het licht van een primaire regenboog is voor 96% gepolariseerd langs de boogrichting. Het licht van de secundaire regenboog is voor 90% gepolariseerd.

Op een heldere maanverlichte nacht kun je vanaf de maan ook een regenboog zien. Omdat de receptoren van het menselijk oog bij weinig licht – de ‘staafjes’ – geen kleur waarnemen, ziet een maanregenboog er witachtig uit; Hoe helderder het licht, hoe "kleurrijker" de regenboog (kleurreceptoren - "kegeltjes") in zijn waarneming wordt opgenomen.

Onder bepaalde omstandigheden kun je een dubbele, omgekeerde of zelfs ringvormige regenboog zien. In feite zijn dit verschijnselen van een ander proces: de breking van licht in ijskristallen verspreid in de atmosfeer, en behoren tot de halo. Om een ​​omgekeerde regenboog (bijna-zenithboog, zenitboog - een van de soorten halo) aan de hemel te laten verschijnen, zijn specifieke weersomstandigheden vereist die kenmerkend zijn voor de Noord- en Zuidpool. Een omgekeerde regenboog wordt gevormd door de breking van licht dat door het ijs van een dun wolkengordijn gaat op een hoogte van 7 - 8 duizend meter. De kleuren in zo'n regenboog bevinden zich ook omgekeerd: paars staat bovenaan en rood onderaan.

Poollicht

Aurora (noorderlicht) is de gloed (luminescentie) van de bovenste lagen van de atmosfeer van planeten met een magnetosfeer als gevolg van hun interactie met geladen deeltjes van de zonnewind.

In een zeer beperkt deel van de bovenste atmosfeer kunnen aurorae worden veroorzaakt door laagenergetische geladen zonnewinddeeltjes die via de noord- en zuidpolaire knobbels de polaire ionosfeer binnendringen. Op het noordelijk halfrond kunnen in de middaguren boven Spitsbergen caspen-aurora's worden waargenomen.

Wanneer energetische deeltjes van de plasmalaag botsen met de bovenste atmosfeer, worden de atomen en moleculen van gassen die deel uitmaken van de samenstelling ervan opgewonden. De straling van aangeslagen atomen bevindt zich in het zichtbare bereik en wordt waargenomen als de aurora. De spectra van aurora's zijn afhankelijk van de samenstelling van de atmosfeer van de planeten: als voor de aarde bijvoorbeeld de helderste emissielijnen van aangeslagen zuurstof en stikstof in het zichtbare bereik zijn, dan voor Jupiter de emissielijnen van waterstof in het ultraviolette gebied.

Omdat ionisatie door geladen deeltjes het meest effectief plaatsvindt aan het einde van het pad van het deeltje en de dichtheid van de atmosfeer afneemt met toenemende hoogte in overeenstemming met de barometrische formule, hangt de hoogte van het verschijnen van aurora's vrij sterk af van de parameters van de atmosfeer van de planeet. Voor de aarde met zijn nogal complexe atmosferische samenstelling wordt bijvoorbeeld de rode gloed van zuurstof waargenomen op een hoogte van 200-400 km, en de gecombineerde gloed van stikstof en zuurstof op een hoogte van ~110 km. Bovendien bepalen deze factoren de vorm van de aurora's: wazige bovengrenzen en tamelijk scherpe ondergrenzen.

Aurora's worden voornamelijk waargenomen op hoge breedtegraden van beide halfronden in ovale zones - riemen rond de magnetische polen van de aarde - poollichtovalen. De diameter van de aurorale ovalen is ~ 3000 km tijdens een rustige zon aan de dagzijde; de ​​zonegrens ligt op 10--16° van de magnetische pool, aan de nachtzijde - 20--23°. Omdat de magnetische polen van de aarde ~12° van de geografische polen gescheiden zijn, worden aurorae waargenomen op breedtegraden van 67-70°, maar soms zonne-activiteit het poollichtovaal breidt zich uit en aurora's kunnen worden waargenomen op lagere breedtegraden - 20-25° ten zuiden of ten noorden van de grenzen van hun gebruikelijke manifestatie. Op Stewart Island, dat slechts op de breedtegraad van 47° ligt, komen bijvoorbeeld regelmatig aurora's voor. De Maori noemden het zelfs ‘Burning Ones’.

In het spectrum van de aurora's op aarde is de meest intense straling afkomstig van de belangrijkste componenten van de atmosfeer: stikstof en zuurstof, terwijl hun emissielijnen zowel in atomaire als moleculaire (neutrale moleculen en moleculaire ionen) toestanden worden waargenomen. De meest intense zijn de emissielijnen van atomaire zuurstof- en geïoniseerde stikstofmoleculen.

De gloed van zuurstof is het gevolg van de emissie van aangeslagen atomen in metastabiele toestanden met golflengten van 557,7 nm (groene lijn, levensduur 0,74 sec.) en een doublet van 630 en 636,4 nm (rood gebied, levensduur 110 sec.). Als gevolg hiervan wordt het rode doublet uitgezonden op een hoogte van 150-400 km, waar, vanwege de hoge verdunning van de atmosfeer, de snelheid waarmee de aangeslagen toestanden tijdens botsingen worden uitgedoofd laag is. Geïoniseerde stikstofmoleculen zenden uit bij 391,4 nm (bijna ultraviolet), 427,8 nm (violet) en 522,8 nm (groen). Elk fenomeen heeft echter zijn eigen unieke bereik vanwege zijn vergankelijkheid chemische samenstelling sfeer- en weerfactoren.

Het spectrum van aurora's verandert met de hoogte en, afhankelijk van de emissielijnen die overheersen in het aurora-spectrum, zijn aurora's verdeeld in twee typen: aurora's op grote hoogte van type A met een overwicht van atoomlijnen en aurora's van type B op relatief lage hoogten ( 80-90 km) met een overwicht aan moleculaire lijnen in het spectrum als gevolg van uitdoving door botsingen van atomaire aangeslagen toestanden in een relatief dichte atmosfeer op deze hoogten.

Aurora's komen merkbaar vaker voor in de lente en de herfst dan in de winter en de zomer. De piekfrequentie treedt op tijdens perioden die het dichtst bij de lente- en herfst-equinox liggen. Tijdens de aurora komt er in korte tijd een enorme hoeveelheid energie vrij. Zo kwam er tijdens een van de in 2007 geregistreerde verstoringen 5,1014 joule vrij, ongeveer hetzelfde als tijdens een aardbeving met een kracht van 5,5.

Wanneer het noorderlicht vanaf het aardoppervlak wordt waargenomen, verschijnt het als een algemene, snel veranderende gloed van de hemel of bewegende stralen, strepen, corona’s of ‘gordijnen’. De duur van aurora varieert van tientallen minuten tot enkele dagen.

Aangenomen werd dat de aurorae op het noordelijk en zuidelijk halfrond symmetrisch waren. De gelijktijdige waarneming van de aurora in mei 2001 vanuit de ruimte vanaf de noord- en zuidpool toonde echter aan dat het noorder- en zuidlicht aanzienlijk van elkaar verschillen.

optisch licht kwantumregenboog

Conclusie

Natuurlijke optische verschijnselen zijn erg mooi en gevarieerd. In de oudheid, toen mensen hun aard niet begrepen, gaven ze ze mystieke, magische en religieuze betekenissen, vreesden en vreesden ze. Maar nu, wanneer we überhaupt in staat zijn om elk van de verschijnselen te produceren met mijn eigen handen in laboratoriumomstandigheden (en soms zelfs geïmproviseerde) omstandigheden is de primitieve gruwel verdwenen, en we kunnen in het dagelijks leven met plezier een regenboog aan de hemel zien flitsen, naar het noorden gaan om de aurora te bewonderen, en met nieuwsgierigheid een mysterieuze luchtspiegeling opmerken die in de lucht flitst. de woestijn. En spiegels zijn een nog belangrijker onderdeel van ons dagelijks leven geworden - zowel in het dagelijks leven (bijvoorbeeld thuis, in auto's, in videocamera's) als in verschillende wetenschappelijke instrumenten: spectrofotometers, spectrometers, telescopen, lasers, medische apparatuur.

Soortgelijke documenten

Wat is optica? De typen en rol ervan in de ontwikkeling van de moderne natuurkunde. Verschijnselen die verband houden met de reflectie van licht. Afhankelijkheid van de reflectiecoëfficiënt van de invalshoek van het licht. Veiligheidsbril. Verschijnselen die verband houden met de breking van licht. Regenboog, luchtspiegeling, aurora's.

samenvatting, toegevoegd 01-06-2010


Soorten optica. De atmosfeer van de aarde is als een optisch systeem. Zonsondergang. Kleur verandering lucht. Regenboogvorming, verscheidenheid aan regenbogen. Poollicht. Zonnewind als oorzaak van aurora's. Luchtspiegeling. Mysteries van optische verschijnselen.

cursuswerk, toegevoegd op 17-01-2007


De opvattingen van oude denkers over de aard van licht, gebaseerd op de eenvoudigste observaties van natuurlijke verschijnselen. Prisma-elementen en optische materialen. Demonstratie van de invloed van de lichtbrekingsindices van het prismamateriaal en de omgeving op het fenomeen lichtbreking in het prisma.

cursuswerk, toegevoegd op 26-04-2011


Studie van corpusculaire en golftheorieën van licht. Studie van de voorwaarden van maxima en minima van het interferentiepatroon. Toevoeging van twee monochromatische golven. De golflengte en kleur van het licht dat door het oog wordt waargenomen. Lokalisatie van interferentieranden.

samenvatting, toegevoegd op 20/05/2015


Verschijnselen gerelateerd aan breking, spreiding en interferentie van licht. Luchtspiegelingen in verre visie. Diffractietheorie van regenbogen. Halo-formatie. Diamantstofeffect. Het fenomeen ‘Broken Vision’. Observatie van parhelia, kronen en aurora aan de hemel.

presentatie, toegevoegd op 14-01-2014


Diffractie mechanische golven. Het verband tussen de verschijnselen van lichtinterferentie aan de hand van het voorbeeld van Jungs experiment. Het Huygens-Fresnel-principe, het belangrijkste postulaat van de golftheorie, maakt het mogelijk diffractieverschijnselen te verklaren. Grenzen van de toepasbaarheid van geometrische optica.

presentatie, toegevoegd op 18-11-2014


Theorie van het fenomeen. Diffractie is een reeks verschijnselen tijdens de voortplanting van licht in een medium met scherpe inhomogeniteiten. Het vinden en bestuderen van de litijdens diffractie vanuit een rond gat. Wiskundig model diffractie.

cursuswerk, toegevoegd op 28-09-2007


Basiswetten van optische verschijnselen. Wetten van rechtlijnige voortplanting, reflectie en breking van licht, onafhankelijkheid van lichtstralen. Fysieke principes lasertoepassingen. Fysieke verschijnselen en principes van een kwantumgenerator van coherent licht.

presentatie, toegevoegd op 18-04-2014


Kenmerken van de fysica van licht- en golfverschijnselen. Analyse van enkele menselijke observaties van de eigenschappen van licht. De essentie van de wetten van de geometrische optica (rechtlijnige voortplanting van licht, wetten van reflectie en breking van licht), fundamentele lichttechnische grootheden.

cursuswerk, toegevoegd op 13-10-2012


Studie van diffractie, het fenomeen van afwijking van licht van de rechtlijnige voortplantingsrichting bij het passeren in de buurt van obstakels. Kenmerken van het buigen van lichtgolven rond de grenzen van ondoorzichtige lichamen en de penetratie van licht in het gebied van een geometrische schaduw.

Iedereen is zeer bekend met door de mens gemaakte optische illusies, maar het is veel minder bekend dat de natuur ook verbluffende optische illusies kan creëren. Dit overzicht zal zich concentreren op precies zulke ‘wonderen’, die echter heel goed verklaarbaar zijn door de wetenschap. Dat is zeker: "geloof je ogen niet!"

1. Paardenstaart

Van buitenaf lijkt het misschien alsof de waterval “brandt”. Als het licht haaks op de waterval valt, lijkt het alsof de paardenstaart oplicht.

2. "Valse zon"

Deze illusie staat bekend als de "valse zon". En een soortgelijk fenomeen doet zich voor wanneer ijskristallen in de atmosfeer het effect creëren van twee extra zonnen aan weerszijden van de echte zon.

3. Fata Morgana

Dit is een zeer complex soort luchtspiegeling die vaak lijkt op echte door de mens gemaakte objecten. Fata Morgana ontstaat doordat luchtmassa's met verschillende temperaturen lichtgolven vervormen.

4. "Lichtzuil"

In dit geval zijn ijskristallen in de lucht ook verantwoordelijk voor de illusie. Boven de lichtbronnen verschijnt een gigantische verticale straal in de lucht.

5. Gebroken geest

Het wordt ook wel het "bergspook" genoemd. Dit fenomeen doet zich voor wanneer de vergrote schaduw van een persoon op wolken of mist wordt geworpen die eronder ligt.

6. "Atlantische Weg"

Deze brug in Noorwegen ziet eruit als een oprit die nergens heen leidt. Dit is eigenlijk een optische illusie, aangezien de brug feitelijk een bocht maakt en zich achter de horizon ‘verbergt’.

7. Maanillusie

Iedereen heeft gemerkt dat wanneer de maan dicht bij de horizon staat, deze veel groter lijkt. Maar als je er met gevouwen handen door een ‘verrekijker’ naar kijkt, wordt de maan plotseling kleiner. Dit gebeurt omdat de hersenen de grootte van de maan aanpassen ten opzichte van een ander object aan de horizon en (ten onrechte) besluiten dat de maan eigenlijk veel groter zou moeten zijn!

8. "Groene straal"

Soms doet dit fenomeen zich vlak voor of na zonsondergang voor: er verschijnt slechts enkele seconden een groene vlek of straal aan de rand van de zonneschijf. Hoewel dit door verschillende factoren wordt veroorzaakt, is de algemene verklaring dat licht in de atmosfeer wordt gebroken en dit effect veroorzaakt.

9. Luchtafweerboog

Het volgende optische fenomeen lijkt op een regenboog, maar de kleuren van zo’n boog zijn meestal veel zuiverder. En het wordt, in tegenstelling tot een regenboog, niet veroorzaakt door regendruppels, maar door ijskristallen.

10. Halo

Halo's zijn vaak te zien rond de zon of de maan. Het lijkt op een halo die dit hemellichaam omringt.

11. Alpengloed

Dit interessante fenomeen doet zich voor wanneer de zon al onder de horizon is ondergegaan. Doordat het licht weerkaatst door deeltjes in de atmosfeer, lijken de bergen soms verlicht te zijn met een roodachtige gloed.

12. Aurora Borealis

Op het noordelijk halfrond staat de aurora bekend als Aurora Borealis, en op het zuidelijk halfrond heet het Aurora Australis. Deze verschijnselen worden veroorzaakt door magnetische straling en zonnewind, in wisselwerking met de bovenste lagen van de atmosfeer.

13. Kwelders

Kwelders zijn over de hele wereld te vinden. Ze kunnen ongebruikelijke, illusoire dieptewaarneming veroorzaken, omdat de persoon geen oriëntatiepunten kan zien.

14. "Apache-hoofd"

Apache Head is een rots op het Franse eiland Ebian die lijkt op een indianenhoofd. Dit fenomeen staat bekend als pareidolie: illusoire beelden gebaseerd op de details van een echt object.

15. "Bewaker van de Woestenij"

Deze rotsformatie in de Canadese provincie Alberta is te zien op Google Earth. Van bovenaf lijken de bergen op het hoofd van een man met een Canadese aboriginal hoofdtooi. Bovendien zien de bergen eruit als een “Indiaan” die oorbellen of een koptelefoon draagt.

16. Wolk met onweer

Een wolk met onweer is een van de meest indrukwekkende bezienswaardigheden. Je kunt zulke wolken zien langs de zeekusten en ze zien er, op zijn zachtst gezegd, onheilspellend uit.

Fans van reizen en natuurlijke attracties moeten hier op letten.

We weten allemaal goed dat een van de belangrijkste indicatoren voor de waarde van stenen die worden gebruikt bij de vervaardiging van sieraden hun zuiverheid of transparantie is, evenals helderheid en kleurstabiliteit. Uit de oudheid zijn uitdrukkingen als "puur waterdiamanten", "duivenbloedrobijnen", "korenbloemblauwe saffieren" tot op de dag van vandaag bewaard gebleven. Er zijn echter edelstenen waarvan het belangrijkste hoogtepunt het vermogen is om ongebruikelijke optische effecten te vertonen. Sommigen van hen kunnen van kleur veranderen afhankelijk van de golflengte van de lichtbron (Alexandriet), ‘sterren’ met meerdere stralen verschijnen op het oppervlak van anderen, anderen glinsteren als de irissen van de ogen, en in andere creëren kleine insluitsels van mica een gouden glans. -zilveren "aventurijn" glans. Daarnaast zijn er ook dergelijke natuurlijk fenomeen zoals irisatie (opalen, maanstenen, enz.), breking van licht op kristallijne groeivlakken van mineralen (astrofylliet, malachiet, eudialyt, charoiet), reflectie van de oppervlakken van interne insluitsels in transparant kwarts (“haarwormen”, strass met sericiet en chloriet) of chalcedoon (vuuragaat met hematietvlokken) en nog veel meer. Zelfs kleine belletjes van gas-vloeistofinsluitsels, laag voor laag gerangschikt in vulkanisch obsidiaanglas, geven het iriserend grijs haar.

Nu worden al deze verschijnselen verklaard vanuit het standpunt van de wetenschap van de optische eigenschappen van mineralen. Door de jaren heen heeft de mensheid echter talloze mystieke eigenschappen aan dergelijke stenen gehecht, juist vanwege de ongewone lichteffecten. Zo moesten ‘oogstenen’ hun eigenaren beschermen tegen het boze oog, moesten aventurijnen rijkdom brengen, moesten ‘asterics’ zorgen voor communicatie met andere werelden….

ALEXANDRIETEFFECT OF KLEURVERANDERINGSEFFECT
Alexandrieteffect is een verandering in de zichtbare kleur van een mineraal, afhankelijk van de aard van de verlichting. Mineralen met dit effect laten dit zien kleur schaduw bij natuurlijk licht en totaal anders bij kunstlicht. De meest opvallende vertegenwoordiger van dit fenomeen is alexandriet (een soort chrysoberyl), die van kleur verandert van geelachtig, bruinachtig, grijsachtig en blauwachtig groen (bij daglicht). zonlicht) tot oranjerood, bruinrood en paarsrood (indien kunstmatig). Hoe groter de kleurverandering (omgekeerd), hoe waardevoller de steen.
Het AE Fersman Mineralogisch Museum (Moskou) herbergt 's werelds grootste blok alexandriet. Hij weegt 5 kilogram en bestaat uit 22 kristallen, overdag donkergroen en 's avonds felrood. Het grootste geslepen alexandrietkristal, met een gewicht van 66 karaat, wordt bewaard in het Smithsonian Institution in Washington.
Een soortgelijk effect is ook bekend voor sommige korundsoorten, spinel, toermalijn, granaten, kyaniet en fluoriet.

Foto: www.wiki.web.ru		Foto: www.wiki.web.ru

ASTERISME OF STER-EFFECT
Asterisme (naam van het Griekse aster - ster), of stereffect, stereffect is een optisch fenomeen dat kenmerkend is voor sommige edelstenen. Het stereffect treedt op als gevolg van de reflectie van licht door interne insluitsels in de steen. Het aantal en de richting van de stralen hangt af van het type, de locatie en de oriëntatie van de insluitsels.
Er zijn twee soorten asterisme:
. diasterisme treedt op wanneer licht door een steen gaat;
. epiasterisme treedt op wanneer licht wordt teruggekaatst (de lichtbron bevindt zich direct boven het gepolijste oppervlak), in dit geval kan alleen een 12-straalige ster worden waargenomen.
Robijnen en saffieren verwerkt in cabochonvorm kenmerken zich door een 6-straalige ster (voornamelijk door naaldvormige insluitsels van rutiel en/of hematiet), maar er kan ook een 12-straalige ster voorkomen.
In kristallen van diopsiet en enstatiet is de reden voor het verschijnen van een ster met vier stralen de insluitsels van magnetiet. Hoewel zeldzaam, worden er 4- en 6-armige stergranaten gevonden. De zespuntige ster is ook te zien in rozenkwarts. Er is een stervormige spinel met een ster met zes stralen, en veel minder vaak met een ster met vier stralen. Het asterisme wordt veroorzaakt door ordelijk georiënteerde insluitsels van rutiel, sillimaniet en andere mineralen. Maar er zijn niet meer dan een dozijn stervormige smaragden met zes stralen in de wereld.
Helaas heeft de populariteit van ‘sterstenen’ geleid tot een sterke stijging van de productie van synthetische analogen, voornamelijk robijnen en saffieren. In synthetische stenen zijn de sterren erg helder, contrasterend, de stralen zijn zeer uitgesproken en helder. Natuurlijk korund gesneden in cabochons met een kunstmatig gecreëerde ster wordt steeds wijdverbreider.

"KATTENOOG"-EFFECT
“Kattenoog” is het optische effect van het verschijnen van een lichte streep, die doet denken aan het oog van een kat en het resultaat is van de reflectie van licht door kleine insluitsels. Een heldere lijn (streep) glinstert van links naar rechts en de lichtflits beweegt mee met de beweging van de steen. Dit optische effect wordt het best waargenomen bij gepolijste cabochons, maar is vaak zelfs zichtbaar op een onbehandelde chip of snede van de steen bij het draaien ervan.
Als de term 'kattenoog' wordt gebruikt zonder het mineraal te specificeren, verwijst het naar een variëteit van chrysoberyl, ook bekend als cymofaan. In cymofaan is dit effect te wijten aan de reflectie van licht uit microscopisch kleine holle kanalen en insluitsels van de fijnste vezelachtige naaldvormige kristallen van actinoliet of sillimaniet, parallel georiënteerd aan een van de kristallografische assen. Cymophane werd voor het eerst beschreven door Hauis in 1798. De kleur van cymophane varieert van honingbruin tot appelgroen, maar de rijke gouden kleuren worden het meest gewaardeerd. De beste monsters worden gewonnen in Sri Lanka en Madagaskar.
Er zijn nogal wat mineralen waarin het kattenoogeffect kan worden waargenomen. Dit zijn toermalijn, apatiet, scapoliet, jade, diopsiet, zirkoon en andere. Kwarts vormt ook vaak pseudomorfen langs parallelle vezelachtige aggregaten, en bij kwarts treedt een sterk kattenoogeffect op (kwarts kattenoog, tijgeroog, haviksoog, schot in de roos)
Een groot aantal stenen die te koop zijn, genaamd “kattenoog”, zijn glasimitaties. Imitaties kunnen elke maat en kleur hebben en zeer heldere highlights hebben. De productie vond plaats in China op basis van speciaal glasvezelglas met kleuradditieven.

IRISATIE
Iridescentie (van het Latijnse ‘iris’ – iris van het oog), een optisch effect dat bij sommige mineralen verschijnt in de vorm van een interne regenboogkleurige gloed in fel licht op gelijkmatig afgebroken stenen en vooral na het polijsten ervan. Dit effect is het best te zien in kostbaar opaal - opalescentie .
Adularescentie - speciaal geval irisatie, waargenomen in de iriserende adularia, de eigenlijke “maansteen”. Adularia is een doorschijnende tot ondoorzichtige variëteit van kaliumveldspaat met een golvende tint in witte en blauwe tinten. Momenteel verkopen winkels vaak imitaties van maansteen onder het mom van maansteen; hun massaproductie is in India en China al lang gevestigd op basis van mat doorschijnend getint glas of plastic. Een kenmerkend verschil met natuurlijke is de afwezigheid van specifieke reflecties tijdens rotatie; de ​​imitatie schijnt gelijkmatig onder elke hoek.
Labradorescentie - nog een speciaal geval van irisatie, dat te zien is bij labradoriet (een mineraal uit de veldspaatgroep) en spectroliet (een prachtige variëteit aan Finse labradoriet), in de vorm van een regenboogkleurenspel op de vlakken en splijtvlakken van kristallen.

Foto: uit de fondsen van de VO "World of Stone"

VOORDEEL
Het optische effect van sprankeling, gevormd door de reflectie van licht door plaatachtige insluitsels. Het wordt waargenomen in aventurijn, sommige veldspaat, zelden in beryl en enkele andere mineralen.
Aventurijn wordt gewoonlijk een fijnkorrelig kwartsaggregaat genoemd dat een karakteristieke glans heeft die verandert in een irisatie, duidelijk zichtbaar op het gepolijste oppervlak van het monster. De meest voorkomende zijn groene aventurijnen met insluitsels van fuchsiet mica; er zijn ook roodbruine en grijsgele aventurijnen met een gouden tint veroorzaakt door insluitsels van kleine vlokken hematiet, goethiet of mica-biotiet en groenachtig grijs of groenachtig grijs. wit met mica-sericiet-insluitsels. Geschubde insluitsels in aventurijn zijn gelijkmatig verspreid en in verschillende mate parallel aan elkaar georiënteerd, wat het effect van expressieve glitter creëert. Aventurijn wordt vaak vervangen door imitatieglas (aventurijnglas) met chipvuller. De schittering is meestal erg sterk, wat ongebruikelijk is voor natuurlijke aventurijn, welke kleur dan ook, maar meestal blauw, groen en bruin.
De grootste gelijkenis met natuurstenen kwartsaventurijn heeft veldspaataventurijn, de zogenaamde “ zonne steen" Het wordt gekenmerkt door een sprankelende gouden tint en gestippelde glitters van oranjerode, felgele of karmozijnrode tinten. Wanneer visueel vergeleken met veldspaat-aventurijn, heeft kwarts-aventurijn een aanzienlijk kleinere grootte van sprankelende vlokken, en de irisatie heeft geen karakteristieke vettige glans.
Een soortgelijk effect wordt waargenomen bij lichtblauwe en roze beryl, vanwege de aanwezigheid van geordend georiënteerde hematietplaatjes

1. Optische verschijnselen in de atmosfeer waren de eerste optische effecten die door mensen werden waargenomen. Met het begrip van de aard van deze verschijnselen en de aard van het menselijk zicht begon de vorming van het lichtprobleem.

Het totale aantal optische verschijnselen in de atmosfeer is zeer groot. Alleen de meest bekende verschijnselen zullen hier worden beschouwd - luchtspiegelingen, regenbogen, halo's, kronen, fonkelende sterren, blauwe lucht en scharlakenrode dageraad. De vorming van deze effecten houdt verband met eigenschappen van licht zoals breking op grensvlakken, interferentie en diffractie.

2. Atmosferische refractie – dit is het afbuigen van lichtstralen terwijl ze door de atmosfeer van de planeet gaan. Afhankelijk van de bronnen van straling worden ze onderscheiden astronomisch en aards breking. In het eerste geval zijn de stralen afkomstig van hemellichamen (sterren, planeten), in het tweede geval van aardse objecten. Als gevolg van atmosferische breking ziet de waarnemer een object niet waar het is, of niet in de vorm die het heeft.

3. Astronomische refractie was al bekend in de tijd van Ptolemaeus (2e eeuw na Christus). In 1604 suggereerde J. Kepler dat de atmosfeer van de aarde een dichtheid heeft die onafhankelijk is van de hoogte en een bepaalde dikte H(Afb. 199). Straal 1 komt van de ster S rechtstreeks naar de waarnemer A in een rechte lijn, zal zijn oog niet raken. Nadat het gebroken is op de grens van vacuüm en atmosfeer, zal het het punt raken IN.

Straal 2 zal het oog van de waarnemer raken, dat bij gebrek aan breking in de atmosfeer langs zou moeten gaan. Als gevolg van breking (refractie) zal de waarnemer de ster in een andere richting zien dan S, en over de voortzetting van de straal die in de atmosfeer wordt gebroken, dat wil zeggen in de richting S 1 .

Hoek γ , waardoor het afwijkt naar het zenit Z schijnbare positie van de ster S 1 vergeleken met de werkelijke positie S, genaamd brekingshoek. In de tijd van Kepler waren brekingshoeken al bekend uit de resultaten van astronomische waarnemingen van sommige sterren. Daarom gebruikte Kepler dit schema om de dikte van de atmosfeer te schatten H. Volgens zijn berekeningen bleek het H» 4 km. Als we berekenen op basis van de massa van de atmosfeer, dan is dit ongeveer twee keer minder dan de werkelijke massa.

In werkelijkheid neemt de dichtheid van de atmosfeer van de aarde af met de hoogte. Daarom zijn de onderste luchtlagen optisch dichter dan de bovenste lagen. Lichtstralen die schuin naar de aarde toe gaan, worden niet op één punt op de grens van vacuüm en atmosfeer gebroken, zoals in het schema van Kepler, maar worden geleidelijk over het hele pad gebogen. Dit is vergelijkbaar met hoe een lichtstraal door een stapel transparante platen gaat, waarvan de brekingsindex hoger is, hoe lager de plaat zich bevindt. Het algehele effect van breking manifesteert zich echter op dezelfde manier als in het schema van Kepler. Laten we eens kijken naar twee verschijnselen die worden veroorzaakt door astronomische refractie.

A. De schijnbare posities van hemellichamen verschuiven naar het zenit door brekingshoek γ . Hoe lager een ster zich bij de horizon bevindt, des te merkbaarder stijgt zijn schijnbare positie aan de hemel vergeleken met zijn werkelijke positie (Fig. 200). Daarom de foto sterrenhemel, waargenomen vanaf de aarde, is enigszins vervormd naar het midden toe. Alleen het punt beweegt niet S, gelegen in het zenit. Dankzij atmosferische breking kunnen sterren die zich iets onder de geometrische horizon bevinden, worden waargenomen.

Brekingshoekwaarden γ neemt snel af bij toenemende hoek β de hoogte van het licht boven de horizon. Bij β = 0 γ = 35" . Dit is de maximale brekingshoek. Bij β = 5º γ = 10" , bij β = 15º γ = 3" , bij β = 30º γ = 1" . Voor armaturen waarvan de hoogte β > 30º, brekingsverschuiving γ < 1" .

B. De zon verlicht meer dan de helft van het oppervlak wereldbol . Stralen 1 - 1, die bij afwezigheid van een atmosfeer de aarde zouden moeten raken op de punten van de diametrale doorsnede DD, dankzij de sfeer raken ze het iets eerder aan (afb. 201).

Het oppervlak van de aarde wordt geraakt door stralen 2 - 2, die zonder de atmosfeer voorbij zouden gaan. Als gevolg hiervan ontstaat de terminatorlijn BB, dat licht van schaduw scheidt, verschuift naar het gebied van het nachtelijke halfrond. Daarom is het dagoppervlak op aarde groter dan het nachtoppervlak.

4. Aardse refractie. Als de verschijnselen van astronomische refractie te wijten zijn aan globaal brekingseffect van de atmosfeer, dan zijn de verschijnselen van aardse refractie het gevolg van lokale atmosferische veranderingen, meestal geassocieerd met temperatuurafwijkingen. De meest opmerkelijke manifestaties van aardse refractie zijn luchtspiegelingen.

A. Superieure Mirage(van fr. luchtspiegeling). Het wordt meestal waargenomen in arctische gebieden met heldere lucht en lage oppervlaktetemperaturen van de aarde. De sterke afkoeling van het oppervlak is hier niet alleen te wijten aan de lage stand van de zon boven de horizon, maar ook aan het feit dat het met sneeuw of ijs bedekte oppervlak het grootste deel van de straling de ruimte in reflecteert. Als gevolg hiervan daalt de temperatuur in de grondlaag, wanneer we het aardoppervlak naderen, zeer snel en neemt de optische dichtheid van de lucht toe.

De kromming van stralen naar de aarde toe is soms zo groot dat objecten die zich ver buiten de lijn van de geometrische horizon bevinden, worden waargenomen. Straal 2 in figuur 202, die in een normale atmosfeer naar de bovenste lagen zou gaan, wordt in dit geval naar de aarde gebogen en komt het oog van de waarnemer binnen.

Blijkbaar is dit precies het soort luchtspiegeling dat de legendarische ‘Vliegende Hollanders’ vertegenwoordigen: geesten van schepen die zich feitelijk honderden en zelfs duizenden kilometers verderop bevinden. Wat verrassend is aan de superieure luchtspiegelingen is dat er geen merkbare afname is in de schijnbare grootte van de lichamen.

In 1898 observeerde de bemanning van het Bremen-schip Matador bijvoorbeeld een spookschip, waarvan de schijnbare afmetingen overeenkwamen met een afstand van 3-5 mijl. In feite, zoals later bleek, bevond dit schip zich op dat moment ongeveer duizend mijl verderop. (1 zeemijl is gelijk aan 1852 m). Oppervlaktelucht buigt niet alleen lichtstralen, maar focust ze ook als een complex optisch systeem.

Onder normale omstandigheden neemt de luchttemperatuur af met toenemende hoogte. Het omgekeerde temperatuurverloop, waarbij de temperatuur stijgt met toenemende hoogte, wordt genoemd temperatuur inversie. Temperatuurinversies kunnen niet alleen voorkomen in arctische zones, maar ook op andere plaatsen op lagere breedtegraden. Daarom kunnen superieure luchtspiegelingen optreden overal waar de lucht voldoende schoon is en waar temperatuurinversies optreden. Aan de Middellandse Zeekust worden bijvoorbeeld soms luchtspiegelingen waargenomen. De temperatuurinversie wordt hier gecreëerd door hete lucht uit de Sahara.

B. Inferieure Mirage treedt op wanneer de temperatuur omkeert en wordt meestal waargenomen in woestijnen tijdens warme tijden. Tegen de middag, als de zon hoog staat, warmt de zandgrond van de woestijn, bestaande uit deeltjes vaste mineralen, op tot 50 graden of meer. Tegelijkertijd blijft de lucht op een hoogte van enkele tientallen meters relatief koud. Daarom is de brekingsindex van de luchtlagen die zich erboven bevinden merkbaar groter in vergelijking met de lucht nabij de grond. Dit leidt ook tot het buigen van de stralen, maar dan in achterkant(Afb. 203).

Lichtstralen afkomstig uit delen van de hemel laag boven de horizon, gelegen tegenover de waarnemer, worden voortdurend naar boven gebogen en komen het oog van de waarnemer binnen in de richting van onder naar boven. Als gevolg hiervan ziet de waarnemer bij hun voortzetting op het aardoppervlak een weerspiegeling van de lucht, die doet denken aan een wateroppervlak. Dit is de zogenaamde “meer” luchtspiegeling.

Het effect wordt nog versterkt als er rotsen, heuvels, bomen en gebouwen in de observatierichting zijn. In dit geval zijn ze zichtbaar als eilanden midden in een uitgestrekt meer. Bovendien is niet alleen het object zichtbaar, maar ook de reflectie ervan. Door de aard van de kromming van de stralen fungeert de oppervlaktelaag van de lucht als een spiegel van het wateroppervlak.

5. Regenboog. Het is kleurrijk een optisch fenomeen waargenomen tijdens regen, verlicht door de zon en dat een systeem van concentrische gekleurde bogen voorstelt.

De eerste theorie over de regenboog werd in 1637 door Descartes ontwikkeld. Tegen die tijd waren de volgende experimentele feiten met betrekking tot de regenboog bekend:

A. Het middelpunt van de regenboog O ligt op de rechte lijn die de zon met het oog van de waarnemer verbindt(Afb. 204).

B. Rond de symmetrielijn Oog - Zon bevindt zich een gekleurde boog met een hoekstraal van ongeveer 42° . De kleuren zijn gerangschikt, gerekend vanuit het midden, in de volgorde: blauw (d), groen (h), rood (j)(lijngroep 1). Dit belangrijkste regenboog. Binnen de hoofdregenboog bevinden zich vage, veelkleurige bogen met roodachtige en groenachtige tinten.

V. Het tweede systeem van bogen met een hoekradius van ongeveer 51° een secundaire regenboog genoemd. De kleuren zijn veel bleker en verlopen in omgekeerde volgorde, te rekenen vanuit het midden: rood, groen, blauw (groep lijnen 2) .

G. De hoofdregenboog verschijnt alleen als de zon onder een hoek van maximaal 42° boven de horizon staat.

Zoals Descartes vaststelde, is de belangrijkste reden voor de vorming van de hoofd- en secundaire regenboog de breking en reflectie van lichtstralen in regendruppels. Laten we eens kijken naar de belangrijkste bepalingen van zijn theorie.

6. Breking en reflectie van een monochromatische straal in een druppel. Laat een monochromatische straal van intensiteit zien I 0 valt op een bolvormige straaldaling R op afstand j vanaf de as in het vlak van de diametrale doorsnede (Fig. 205). Op het punt van impact A een deel van de straal wordt gereflecteerd en het grootste deel wordt gereflecteerd door de intensiteit I 1 gaat de druppel in. Bij het punt B het grootste deel van de straal gaat de lucht in (in figuur 205 kwam hij uit in de lucht). IN de straal is niet weergegeven), en een kleiner deel wordt gereflecteerd en valt op het punt MET. Uit op het punt MET intensiteit van de straal I 3 is betrokken bij de vorming van de hoofdregenboog en zwakke secundaire banden binnen de hoofdregenboog.

Laten we de hoek vinden θ , waaronder de balk tevoorschijn komt I 3 ten opzichte van de invallende straal I 0 . Merk op dat alle hoeken tussen de straal en de normaal in de druppel hetzelfde zijn en gelijk zijn aan de brekingshoek β . (Driehoeken OAV En OBC gelijkbenig). Ongeacht hoeveel de straal in de druppel “draait”, alle hoeken van inval en reflectie zijn hetzelfde en gelijk aan de brekingshoek β . Om deze reden kan elke straal die uit een druppel komt punten opleveren IN, MET enz., komt uit onder dezelfde hoek die gelijk is aan de invalshoek α .

Om de hoek te vinden θ afbuiging van de straal I 3 van het origineel, moet u de afwijkingshoeken op de punten optellen A, IN En MET: q = (α – β) + (π – 2β) + (α - β) = π + 2α – 4β . (25.1)

Het is handiger om een ​​scherpe hoek te meten φ = π – q = 4β – 2α . (25.2)

Nadat hij berekeningen voor enkele honderden stralen had uitgevoerd, ontdekte Descartes dat de hoek φ met groei j, dat wil zeggen, naarmate de straal verder weg beweegt I 0 vanaf de dalingsas, neemt eerst de absolute waarde toe, op j/R≈ 0,85 neemt een maximale waarde aan en begint vervolgens af te nemen.

Nu is het grenswaarde hoek φ kan worden gevonden door de functie te onderzoeken φ tot het uiterste door bij. Sinds zonde α = yçR, en zonde β = yçR· N, Dat α = arcsin( yçR), β = arcsin( yçRn). Dan

, . (25.3)

Door de termen over verschillende delen van de vergelijking te verdelen en ze te kwadrateren, krijgen we:

, Þ (25,4)

Voor geel D-natriumlijnen λ = 589,3 nm brekingsindex van water N= 1,333. Punt afstand A optreden van deze straal vanaf de as j= 0,861R. De grenshoek voor deze straal is

Ik vraag me af wat het punt is IN de eerste reflectie van de straal in de druppel bevindt zich ook op maximale afstand van de as van de druppel. Na de extreme hoek te hebben verkend D= P– α – ε = P– α – (P– 2β ) = 2β – α qua maat bij, we krijgen dezelfde voorwaarde, bij= 0,861R En D= 42,08°/2 = 21,04°.

Figuur 206 toont de afhankelijkheid van de hoek φ , waaronder de straal na de eerste reflectie uit de druppel tevoorschijn komt (formule 25.2), vanuit de positie van het punt A binnenkomst van de balk in de val. Alle stralen worden gereflecteerd in een kegel met een tophoek van ≈ 42º.

Voor de vorming van een regenboog is het erg belangrijk dat de stralen de druppel binnenkomen in een cilindrische laagdikte уçR van 0,81 tot 0,90, komen uit na reflectie in de dunne wand van de kegel in het hoekbereik van 41,48º tot 42,08º. De buitenwand van de kegel is glad (er is een uiterste hoek φ ), de binnenkant zit los. Hoekwanddikte ≈ 20 boogminuten. Bij passerende stralen gedraagt ​​de druppel zich als een lens brandpuntsafstand F= 1,5R. Stralen komen de druppel binnen langs het gehele oppervlak van het eerste halfrond, worden teruggekaatst door een divergerende straal in de ruimte van een kegel met een axiale hoek van ≈ 42º, en gaan door een raam met een hoekstraal van ≈ 21º (Fig. 207 ).

7. De intensiteit van de stralen die uit de druppel komen. Hier zullen we alleen praten over de stralen die na de eerste reflectie uit de druppel kwamen (Fig. 205). Als een straal onder een hoek op een druppel valt α , heeft intensiteit I 0, dan heeft de straal die in de druppel valt een intensiteit I 1 = I 0 (1 – ρ ), Waar ρ – intensiteitsreflectiecoëfficiënt.

Voor ongepolariseerd licht, reflectie ρ kan worden berekend met behulp van de Fresnel-formule (17.20). Omdat de formule de kwadraten van de functies van het verschil en de som van de hoeken omvat α En β , dan hangt de reflectiecoëfficiënt niet af van het feit of de straal de druppel binnenkomt of daaruit voortkomt. Vanwege de hoeken α En β op punten A, IN, MET hetzelfde zijn, dan de coëfficiënt ρ op alle punten A, IN, MET hetzelfde. Vandaar de intensiteit van de stralen I 1 = I 0 (1 – ρ ), I 2 = I 1 ρ = I 0 ρ (1 – ρ ), I 3 = I 2 (1 – ρ ) = I 0 ρ (1 – ρ ) 2 .

Tabel 25.1 toont de hoekwaarden φ , coëfficiënt ρ en intensiteitsverhoudingen I 3 çIk 0, berekend op verschillende afstanden уçR straalingang voor gele natriumlijn λ = 589,3 nm. Zoals uit de tabel blijkt, wanneer bij≤ 0,8R in de balk I 3 valt minder dan 4% van de energie van de straal die op de val valt. En pas vanaf bij= 0,8R en meer tot bij= R intensiteit van de vrijgegeven straal I 3 wordt meerdere malen verhoogd.

Tabel 25.1
j/R	α ,º	β ,º	φ ,º	ρ	I 3 /I 0
0	0	0	0	0,020	0,019
0,30	17,38	12,94	16,99	0,020	0,019
0,50	29,87	21,89	27,82	0,021	0,020
0,60	36,65	26,62	33,17	0,023	0,022
0,65	40,36	29,01	35,34	0,025	0,024
0,70	44,17	31,52	37,73	0,027	0,025
0,75	48,34	34,09	39,67	0,031	0,029
0,80	52,84	36,71	41,15	0,039	0,036
0,85	57,91	39,39	42,08	0,052	0,046
0,90	63,84	42,24	41,27	0,074	0,063
0,95	71,42	45,20	37,96	0,125	0,095
1,00	89,49	48,34	18,00	0,50	0,125

Dus de stralen die onder de maximale hoek uit de druppel komen φ , hebben om twee redenen een aanzienlijk grotere intensiteit in vergelijking met andere stralen. Ten eerste vanwege de sterke hoekcompressie van de straalbundel in de dunne wand van de kegel, en ten tweede vanwege lagere verliezen bij de val. Alleen de intensiteit van deze stralen is voldoende om het gevoel van een druppel glans in het oog te veroorzaken.

8. Vorming van de hoofdregenboog. Wanneer licht op een druppel valt, splitst de straal zich als gevolg van spreiding. Als gevolg hiervan wordt de wand van de kegel van heldere reflectie gestratificeerd op kleur (Fig. 208). Violette stralen ( l= 396,8 nm) komen er schuin uit J= 40°36", rood ( l= 656,3 nm) – onder een hoek J= 42°22". In dit hoekinterval D φ = 1°46" bevat het volledige spectrum van stralen die uit een druppel komen. Violette stralen vormen de binnenste kegel, rode vormen de buitenste. Als regendruppels die door de zon worden verlicht door een waarnemer worden gezien, dan komen die waarvan de stralen uit de kegel komen binnen het oog wordt als het helderst gezien. Als gevolg hiervan worden alle druppels die zich bevinden ten opzichte van de zonnestraal die door het oog van de waarnemer gaat, onder een hoek van een rode kegel, als rood gezien, en onder een hoek van een groene kegel als groen. (Afb. 209).

9. Vorming van een secundaire regenboog treedt op als gevolg van de stralen die uit de druppel komen na de tweede reflectie (Fig. 210). De intensiteit van de stralen na de tweede reflectie is ongeveer een orde van grootte lager vergeleken met de stralen na de eerste reflectie en heeft bij verandering ongeveer hetzelfde verloop уçR.

De stralen die na de tweede reflectie uit de druppel komen, vormen een kegel met een tophoek van ≈ 51º. Als de primaire kegel gladde kant van buitenaf en vervolgens van de secundaire van binnenuit. Tussen deze kegels zitten vrijwel geen stralen. Hoe groter de regendruppels, hoe helderder de regenboog. Naarmate de druppelgrootte kleiner wordt, vervaagt de regenboog. Als regen overgaat in motregen R≈ 20 – 30 µm, degenereert de regenboog tot een witachtige boog met bijna niet te onderscheiden kleuren.

10. Halo(uit het Grieks halo's- ring) is een optisch fenomeen dat meestal representeert regenboogcirkels rond de schijf van de zon of maan met een hoekstraal 22º En 46º. Deze cirkels worden gevormd als gevolg van de breking van licht door ijskristallen in cirruswolken, in de vorm van zeshoekige, regelmatige prisma's.

Sneeuwvlokken die op de grond vallen, zijn zeer divers van vorm. De kristallen die worden gevormd als gevolg van condensatie van dampen in de bovenste lagen van de atmosfeer hebben echter voornamelijk de vorm van zeshoekige prisma's. Van allemaal mogelijke opties Voor de doorgang van een straal door een zeshoekig prisma zijn er drie het belangrijkst (Fig. 211).

In geval (a) gaat de straal door de tegenoverliggende evenwijdige vlakken van het prisma zonder te splijten of af te buigen.

In geval (b) gaat de straal door de vlakken van het prisma, vormt onderling een hoek van 60 graden, en wordt gebroken zoals bij een spectraal prisma. De intensiteit van de straal die uittreedt bij de hoek met de minste afwijking van 22° is maximaal. In het derde geval (c) gaat de straal door het zijvlak en de basis van het prisma. De brekingshoek is 90°, de hoek met de minste afwijking is 46°. In beide laatstgenoemde gevallen worden de witte stralen gesplitst, worden de blauwe stralen meer afgebogen en de rode minder. Gevallen (b) en (c) veroorzaken het verschijnen van ringen die worden waargenomen in doorvallende stralen en die hoekafmetingen hebben van 22º en 46º (Fig. 212).

Meestal is de buitenste ring (46º) helderder dan de binnenste ring en hebben beide een roodachtige tint. Dit wordt niet alleen verklaard door de intense verstrooiing van blauwe stralen in de wolk, maar ook door het feit dat de verspreiding van blauwe stralen in het prisma groter is dan die van rode. Daarom komen blauwe stralen in een zeer uiteenlopende straal uit de kristallen, waardoor hun intensiteit afneemt. En de rode stralen komen uit in een smalle straal met een aanzienlijk grotere intensiteit. Onder gunstige omstandigheden, wanneer het mogelijk is kleuren te onderscheiden, binnenste deel De ringen zijn rood, de buitenste zijn blauw.

10. Kronen– lichte mistige ringen rond de schijf van het armatuur. Hun hoekstraal is veel kleiner dan de halostraal en bedraagt ​​niet meer dan 5°. Kronen ontstaan ​​door diffractieverstrooiing van stralen op waterdruppeltjes die een wolk of mist vormen.

Als de straal van de druppel R, dan wordt het eerste diffractieminimum in parallelle stralen onder een hoek waargenomen J = 0,61∙lçR(zie formule 15.3). Hier l- golflengte van licht. De diffractiepatronen van individuele druppels in parallelle bundels vallen samen, waardoor de intensiteit van de lichtringen toeneemt.

Aan de hand van de diameter van de kronen kan de grootte van de druppels in de wolk worden bepaald. Hoe groter de druppels (meer R), hoe minder hoekige maat ringen. De grootste ringen worden waargenomen vanaf de kleinste druppels. Op afstanden van enkele kilometers zijn diffractieringen nog steeds merkbaar als de druppelgrootte minimaal 5 micron bedraagt. In dit geval J maximaal = 0,61 lçR≈ 5 ¸ 6°.

De kleur van de lichte ringen van de kronen is erg vaag. Wanneer het merkbaar is, heeft de buitenrand van de ringen een roodachtige kleur. Dat wil zeggen, de verdeling van kleuren in de kronen is omgekeerd aan de verdeling van kleuren in de halo-ringen. Hierdoor is het naast de hoekafmetingen ook mogelijk om onderscheid te maken tussen kronen en halo’s. Als er druppels van een breed scala aan groottes in de atmosfeer zijn, vormen de ringen van de kronen, die elkaar overlappen, een algemene heldere gloed rond de schijf van het armatuur. Deze uitstraling wordt genoemd halo.

11. Blauwe kleur van de lucht en scharlakenrode kleur van de dageraad. Wanneer de zon boven de horizon staat, lijkt een wolkenloze hemel blauw. Feit is dat uit de stralen van het zonnespectrum, in overeenstemming met de wet van Rayleigh I dis ~ 1 /l 4 korte blauwe, cyaan en violette stralen zijn het meest intens verspreid.

Als de zon laag boven de horizon staat, wordt de schijf om dezelfde reden als karmozijnrood waargenomen. Door de intense verstrooiing van kortegolflicht bereiken vooral zwak verstrooide rode stralen de waarnemer. De verstrooiing van stralen van de opkomende of ondergaande zon is vooral groot omdat de stralen zich verplaatsen lange afstand nabij het aardoppervlak, waar de concentratie van verstrooiende deeltjes bijzonder hoog is.

Ochtend- of avondgloren - kleuring van het deel van de hemel dicht bij de zon roze kleur– wordt verklaard door diffractieverstrooiing van licht op ijskristallen in de bovenste lagen van de atmosfeer en geometrische reflectie van licht van de kristallen.

12. Fonkelende sterren- Dit zijn snelle veranderingen in de helderheid en kleur van sterren, vooral merkbaar nabij de horizon. Het fonkelen van sterren wordt veroorzaakt door de breking van stralen in snel passerende luchtstromen, die vanwege verschillende dichtheden verschillende brekingsindexen hebben. Als gevolg hiervan gedraagt ​​de atmosfeerlaag waar de straal doorheen gaat zich als een lens met een variabele brandpuntsafstand. Het kan zowel verzamelen als verstrooien zijn. In het eerste geval wordt het licht geconcentreerd, neemt de helderheid van de ster toe, in het tweede geval wordt het licht verstrooid. Een dergelijke tekenverandering wordt honderden keren per seconde geregistreerd.

Door verstrooiing valt de straal uiteen in stralen van verschillende kleuren, die verschillende paden volgen en meer kunnen divergeren naarmate de ster zich lager aan de horizon bevindt. De afstand tussen de violette en rode stralen van één ster kan aan het aardoppervlak 10 meter bedragen. Als gevolg hiervan ziet de waarnemer een voortdurende verandering in de helderheid en kleur van de ster.

De atmosfeer van onze planeet is behoorlijk interessant optisch systeem, waarvan de brekingsindex afneemt met de hoogte als gevolg van een afname van de luchtdichtheid. De atmosfeer van de aarde kan dus worden beschouwd als een ‘lens’ van gigantische omvang, die de vorm van de aarde herhaalt en een monotoon veranderende brekingsindex heeft.

Deze omstandigheid leidt tot het ontstaan ​​van een geheel een aantal optische verschijnselen in de atmosfeer, veroorzaakt door breking (breking) en reflectie (reflectie) van stralen erin.

Laten we eens kijken naar enkele van de belangrijkste optische verschijnselen in de atmosfeer.

Atmosferische refractie

Atmosferische refractie- fenomeen kromming lichtstralen als licht door de atmosfeer gaat.

Met de hoogte neemt de dichtheid van de lucht (en dus de brekingsindex) af. Laten we ons voorstellen dat de atmosfeer bestaat uit optisch homogene horizontale lagen, waarvan de brekingsindex van laag tot laag varieert (Fig. 299).

Rijst. 299. Verandering in de brekingsindex in de atmosfeer van de aarde

Wanneer een lichtbundel zich in een dergelijk systeem voortplant, in overeenstemming met de brekingswet, zal deze loodrecht op de laaggrens worden "gedrukt". Maar de dichtheid van de atmosfeer neemt niet abrupt af, maar continu, wat leidt tot een vloeiende kromming en rotatie van de straal over een hoek α wanneer deze door de atmosfeer gaat.

Als gevolg van atmosferische breking zien we de maan, de zon en andere sterren iets hoger dan waar ze zich in werkelijkheid bevinden.

Om dezelfde reden neemt de lengte van de dag toe (op onze breedtegraden met 10-12 minuten) en krimpen de schijven van de maan en de zon aan de horizon. Interessant is dat de maximale brekingshoek 35 inch is (voor objecten dichtbij de horizon), wat groter is dan de schijnbare hoekgrootte van de zon (32 inch).

Uit dit feit volgt: op het moment dat we zien dat de onderrand van de ster de horizonlijn heeft geraakt, bevindt de zonneschijf zich in feite al onder de horizon (Fig. 300).

Rijst. 300. Atmosferische breking van stralen bij zonsondergang

Fonkelende sterren

Fonkelende sterren ook gerelateerd aan astronomische breking van licht. Het is al lang bekend dat flikkeringen het meest merkbaar zijn bij sterren die zich dichtbij de horizon bevinden. Luchtstromen in de atmosfeer veranderen de dichtheid van de lucht in de loop van de tijd, wat leidt tot het schijnbaar flikkeren van het hemellichaam. Astronauten in een baan om de aarde nemen geen flikkeringen waar.

Luchtspiegelingen

In hete woestijn- of steppegebieden en in poolgebieden kan de lucht sterk opwarmen of afkoelen aardoppervlak leidt tot de verschijning luchtspiegelingen: Dankzij de kromming van de stralen worden objecten die zich feitelijk ver achter de horizon bevinden zichtbaar en lijken ze dichtbij.

Soms wordt dit fenomeen genoemd aardse refractie. Het optreden van luchtspiegelingen wordt verklaard door de afhankelijkheid van de brekingsindex van lucht van de temperatuur. Er zijn inferieure en superieure luchtspiegelingen.

Inferieure luchtspiegelingen is te zien op een warme zomerdag op een goed verwarmde asfaltweg: het lijkt ons dat er plassen verderop liggen, die er in werkelijkheid niet zijn. In dit geval beschouwen we als "plassen" de spiegelende reflectie van stralen van niet-uniform verwarmde luchtlagen die zich in de directe nabijheid van het "hete" asfalt bevinden.

Bovenste luchtspiegelingen Ze onderscheiden zich door een aanzienlijke diversiteit: in sommige gevallen geven ze een direct beeld (Fig. 301, a), in andere gevallen - een omgekeerd beeld (Fig. 301, b), ze kunnen dubbel en zelfs drievoudig zijn. Deze kenmerken zijn geassocieerd met verschillende afhankelijkheden luchttemperatuur en brekingsindex afhankelijk van de hoogte.

Rijst. 301. Vorming van luchtspiegelingen: a - directe luchtspiegeling; b - omgekeerde luchtspiegeling

Regenboog

Atmosferische neerslag leidt tot het verschijnen van spectaculaire optische verschijnselen in de atmosfeer. Dus tijdens de regen is de formatie een verbazingwekkend en onvergetelijk zicht regenbogen, wat wordt verklaard door het fenomeen van verschillende breking (dispersie) en reflectie van zonnestralen op de kleinste druppeltjes in de atmosfeer (Fig. 302).

Rijst. 302. Vorming van een regenboog

In bijzonder succesvolle gevallen kunnen we meerdere regenbogen tegelijk zien, waarbij de volgorde van de kleuren is omgekeerd.

De lichtstraal die betrokken is bij de vorming van een regenboog ondergaat in elke regendruppel twee brekingen en meerdere reflecties. In dit geval kunnen we, om het mechanisme van regenboogvorming enigszins te vereenvoudigen, zeggen dat bolvormige regendruppels de rol van een prisma spelen in Newtons experiment over de ontbinding van licht in een spectrum.

Vanwege ruimtelijke symmetrie is de regenboog zichtbaar in de vorm van een halve cirkel met een openingshoek van ongeveer 42°, terwijl de waarnemer (Fig. 303) zich tussen de zon en de regendruppels moet bevinden, met zijn rug naar de zon.

De verscheidenheid aan kleuren in de atmosfeer wordt verklaard door patronen lichtverstrooiing op deeltjes van verschillende groottes. Vanwege het feit dat Blauwe kleur verspreidt meer dan rood - overdag, wanneer de zon hoog boven de horizon staat, zien we de lucht blauw. Om dezelfde reden wordt de zon nabij de horizon (bij zonsondergang of zonsopgang) rood en niet zo helder als in het zenit. Het verschijnen van gekleurde wolken wordt ook in verband gebracht met de verstrooiing van licht door deeltjes van verschillende groottes in de wolk.

Literatuur

Zhilko, V.V. Natuurkunde: leerboek. toelage voor het 11e leerjaar. algemene educatie instellingen met Russisch taal opleiding met een studieduur van 12 jaar (basis en gevorderd) / V.V. Zhilko, L.G. Markovitsj. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - blz. 334-337.