Trình bày chủ đề: Hiện tượng quang học. Hiện tượng quang học: ví dụ

Hiện tượng quang học trong tự nhiên: phản xạ, suy giảm, phản xạ toàn phần, cầu vồng, ảo ảnh.

Nhà nước Nga Đại học Nông nghiệp Học viện Nông nghiệp Mátxcơva mang tên K.A. Timiryazeva

Đề tài: Hiện tượng quang học trong tự nhiên

Đã thực hiện

Bakhtina Tatyana Igorevna

Giáo viên:

Momdzhi Sergei Georgievich

Mátxcơva, 2014

1. Các loại hiện tượng quang học

3. Phản xạ toàn phần

Phần kết luận

1. Các loại hiện tượng quang học

Hiện tượng quang học của mọi sự kiện nhìn thấy được là kết quả của sự tương tác giữa ánh sáng và môi trường vật chất của vật lý và sinh học. Chùm ánh sáng xanh là một ví dụ về hiện tượng quang học.

Hiện tượng quang học phổ biến thường xảy ra do sự tương tác của ánh sáng từ mặt trời hoặc mặt trăng với khí quyển, mây, nước, bụi và các hạt khác. Một số trong số chúng, giống như chùm ánh sáng màu xanh lá cây, là một hiện tượng hiếm gặp đến mức đôi khi chúng được coi là thần thoại.

Hiện tượng quang học bao gồm những hiện tượng phát sinh từ đặc tính quang học của khí quyển, phần còn lại của tự nhiên (các hiện tượng khác); từ các vật thể, dù là tự nhiên hay con người (hiệu ứng quang học), trong đó mắt chúng ta có bản chất của các hiện tượng.

Có nhiều hiện tượng phát sinh do bản chất lượng tử hoặc sóng của ánh sáng. Một số trong số chúng khá tinh tế và chỉ có thể quan sát được thông qua các phép đo chính xác bằng các dụng cụ khoa học.

Trong công việc của mình, tôi muốn xem xét và nói về các hiện tượng quang học liên quan đến gương (sự phản xạ, sự suy giảm) và với hiện tượng khí quyển(ảo ảnh, cầu vồng, cực quang) mà chúng ta thường gặp rất nhiều trong cuộc sống hàng ngày.

2. Hiện tượng quang học gương

Ánh sáng, tấm gương của tôi, hãy nói cho tôi biết...

Nếu chúng ta lấy một định nghĩa đơn giản và chính xác thì Tấm Gương là bề mặt nhẵn, được thiết kế để phản xạ ánh sáng (hoặc bức xạ khác). Ví dụ nổi tiếng nhất là gương phẳng.

Lịch sử hiện đại của gương bắt nguồn từ thế kỷ 13, hay chính xác hơn là từ năm 1240, khi Châu Âu học cách thổi bình thủy tinh. Việc phát minh ra gương thủy tinh thực sự có thể bắt nguồn từ năm 1279, khi tu sĩ dòng Phanxicô John Peckham mô tả một phương pháp che kính. lớp mỏng thiếc.

Ngoài những chiếc gương do con người phát minh và tạo ra, danh sách các bề mặt phản chiếu rất lớn và phong phú: bề mặt của một hồ chứa, đôi khi là băng, đôi khi là kim loại được đánh bóng, chỉ là kính, nếu bạn nhìn nó từ một góc độ nhất định, tuy nhiên, nó là một tấm gương nhân tạo có thể được gọi là bề mặt phản chiếu thực tế lý tưởng.

Nguyên lý đường đi của tia phản xạ từ gương rất đơn giản nếu chúng ta áp dụng các định luật quang học hình học mà không tính đến bản chất sóng của ánh sáng. Một tia sáng chiếu lên một bề mặt gương (chúng ta đang xem xét một gương hoàn toàn mờ đục) theo một góc alpha so với pháp tuyến (vuông góc) đến điểm tới của tia sáng trên gương. Góc của chùm tia phản xạ sẽ bằng cùng một giá trị - alpha. Tia tới vuông góc với mặt phẳng gương sẽ phản xạ lại chính nó.

Đối với gương phẳng đơn giản nhất, ảnh sẽ nằm phía sau gương đối xứng với vật so với mặt phẳng gương, ảnh ảo, thẳng và có cùng kích thước với vật.

Việc cảnh vật phản chiếu trong mặt nước tĩnh lặng không khác gì cảnh thật mà chỉ bị đảo lộn là không đúng sự thật. Nếu một người vào buổi tối muộn nhìn vào cách những ngọn đèn phản chiếu trong nước hoặc cách bờ biển đi xuống mặt nước được phản chiếu, thì đối với anh ta, sự phản chiếu sẽ dường như ngắn lại và sẽ hoàn toàn “biến mất” nếu người quan sát ở trên cao so với bề mặt của mặt nước. nước. Ngoài ra, bạn không bao giờ có thể nhìn thấy hình ảnh phản chiếu của đỉnh một hòn đá, một phần của nó chìm trong nước. Phong cảnh xuất hiện trước mắt người quan sát như thể nó được nhìn từ một điểm nằm bên dưới mặt nước nhiều như mắt người quan sát ở trên bề mặt. Sự khác biệt giữa phong cảnh và hình ảnh của nó giảm đi khi mắt tiếp cận mặt nước cũng như khi vật thể di chuyển ra xa. Mọi người thường nghĩ rằng hình ảnh phản chiếu của bụi cây, cây cối trong ao có màu sắc tươi sáng hơn và tông màu phong phú hơn. Đặc điểm này cũng có thể được nhận thấy bằng cách quan sát sự phản chiếu của các vật thể trong gương. Ở đây nhận thức tâm lý đóng vai trò lớn hơn mặt vật lý của hiện tượng. Khung gương và bờ ao giới hạn một khu vực nhỏ của cảnh quan, bảo vệ tầm nhìn ngang của một người khỏi ánh sáng tán xạ dư thừa đến từ toàn bộ bầu trời và làm chói mắt người quan sát, nghĩa là anh ta nhìn vào một khu vực nhỏ của ​​cảnh quan như thể đi qua một đường ống hẹp tối tăm. Việc giảm độ sáng của ánh sáng phản xạ so với ánh sáng trực tiếp giúp mọi người dễ dàng quan sát bầu trời, mây và các vật thể có ánh sáng mạnh khác mà khi nhìn trực tiếp sẽ quá sáng đối với mắt.

3. Phản xạ toàn phần của ánh sáng

Một cảnh tượng tuyệt đẹp là đài phun nước có các tia phun ra được chiếu sáng từ bên trong. Điều này có thể được miêu tả trong điều kiện bình thường, đã thực hiện thí nghiệm sau. Trong hộp thiếc cao, ở độ cao 5 cm tính từ đáy, bạn cần khoan một lỗ tròn có đường kính 5-6 mm. Bóng đèn có ổ cắm phải được bọc cẩn thận trong giấy bóng kính và đặt đối diện với lỗ. Bạn cần đổ nước vào bình. Bằng cách mở lỗ, chúng ta có được một tia phản lực sẽ được chiếu sáng từ bên trong. TRONG căn phòng tối nó phát sáng rực rỡ và trông rất ấn tượng. Dòng suối có thể có bất kỳ màu nào bằng cách đặt kính màu trên đường đi của tia sáng. Nếu bạn đặt ngón tay vào đường đi của dòng nước, nước sẽ bắn tung tóe và những giọt nước này phát sáng rực rỡ. Lời giải thích cho hiện tượng này khá đơn giản. Một tia sáng truyền dọc theo dòng nước và chạm vào một bề mặt cong ở một góc lớn hơn góc giới hạn, phản xạ toàn phần và sau đó lại chạm vào phía đối diện của dòng nước một góc lớn hơn góc giới hạn. Vì vậy chùm tia truyền dọc theo tia, uốn cong theo nó. Nhưng nếu ánh sáng bị phản xạ hoàn toàn bên trong tia thì từ bên ngoài sẽ không nhìn thấy được nó. Một phần ánh sáng bị tán xạ bởi nước, bọt khí và các tạp chất khác nhau có trong đó, cũng như do bề mặt tia không bằng phẳng nên có thể nhìn thấy được từ bên ngoài.

Tôi sẽ đưa ra ở đây một lời giải thích vật lý cho hiện tượng này. Giả sử chiết suất tuyệt đối của môi trường thứ nhất lớn hơn chiết suất tuyệt đối của môi trường thứ hai n1 > n2, nghĩa là môi trường thứ nhất đậm đặc hơn về mặt quang học. Ở đây các chỉ số tuyệt đối của phương tiện truyền thông tương ứng bằng nhau:

Sau đó, nếu bạn chiếu một chùm ánh sáng từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém hơn thì khi góc tới tăng, tia khúc xạ sẽ tiến tới mặt phân cách giữa hai môi trường, sau đó đi dọc theo mặt phân cách và với một góc tới càng tăng thì tia khúc xạ sẽ biến mất, tức là. chùm tia tới sẽ bị phản xạ hoàn toàn bởi mặt phân cách giữa hai môi trường.

Góc giới hạn (alpha zero) là góc tới, tương ứng với góc khúc xạ 90 độ. Đối với nước, góc giới hạn là 49 độ. Đối với kính - 42 độ. Những biểu hiện trong tự nhiên: - bọt khí trên thực vật dưới nước trông giống như gương - giọt sương lấp lánh ánh đèn nhiều màu - trò chơi của kim cương trong tia sáng - mặt nước trong ly sẽ tỏa sáng khi nhìn từ bên dưới qua bức tường kính.

4. Hiện tượng quang học khí quyển

Ảo ảnh là một hiện tượng quang học trong khí quyển: sự phản xạ ánh sáng bởi ranh giới giữa các lớp không khí có mật độ rất khác nhau. Đối với người quan sát, sự phản chiếu như vậy có nghĩa là cùng với một vật thể ở xa (hoặc một phần của bầu trời), ảnh ảo của nó, dịch chuyển so với nó, sẽ được nhìn thấy.

Nghĩa là, ảo ảnh không gì khác hơn là một trò chơi của các tia sáng. Thực tế là ở sa mạc, trái đất nóng lên rất nhiều. Nhưng đồng thời, nhiệt độ không khí trên mặt đất ở các khoảng cách khác nhau cũng khác nhau rất nhiều. Ví dụ, nhiệt độ của lớp không khí cách mặt đất 10 cm thấp hơn nhiệt độ bề mặt 30-50 độ.

Mọi định luật vật lý đều nói: ánh sáng truyền theo đường thẳng trong môi trường đồng nhất. Tuy nhiên, trong những điều kiện khắc nghiệt như vậy, luật pháp không được áp dụng. Chuyện gì đang xảy ra vậy? Ở những chênh lệch nhiệt độ như vậy, các tia bắt đầu bị khúc xạ và trên mặt đất, chúng thường bắt đầu bị phản xạ, do đó tạo ra ảo ảnh mà chúng ta quen gọi là ảo ảnh. Tức là không khí gần bề mặt sẽ trở thành một tấm gương.

Mặc dù ảo ảnh thường gắn liền với sa mạc nhưng chúng thường có thể được quan sát thấy trên mặt nước, trên núi và đôi khi ngay cả ở các thành phố lớn. Nói cách khác, ở bất cứ nơi nào xảy ra sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, người ta có thể quan sát được những bức ảnh tuyệt vời này.

Hiện tượng này khá phổ biến. Ví dụ, ở sa mạc lớn nhất hành tinh của chúng ta, khoảng 160 nghìn ảo ảnh được quan sát hàng năm.

Điều rất thú vị là mặc dù ảo ảnh được coi là đứa con của sa mạc, nhà lãnh đạo không thể tranh cãi Alaska đã được công nhận từ rất lâu về nguồn gốc của chúng. Trời càng lạnh, ảo ảnh quan sát được càng rõ ràng và đẹp hơn.

Hiện tượng này dù phổ biến đến đâu cũng rất khó nghiên cứu. Tại sao? Vâng, mọi thứ rất đơn giản. Không ai biết anh ta sẽ xuất hiện ở đâu và khi nào, anh ta sẽ như thế nào và sống được bao lâu.

Sau khi xuất hiện nhiều ghi chép khác nhau về ảo ảnh, tất nhiên chúng phải được phân loại. Hóa ra, bất chấp tất cả sự đa dạng của chúng, chỉ có thể xác định được sáu loại ảo ảnh: dưới (hồ), trên (xuất hiện trên bầu trời), bên, “Fata Morgana”, ảo ảnh ma và ảo ảnh người sói.

Một loại ảo ảnh phức tạp hơn được gọi là Fata Morgana. Chưa có lời giải thích nào được tìm thấy cho nó.

Ảo ảnh (hồ) thấp hơn.

Đây là những ảo ảnh phổ biến nhất. Họ có tên này vì nơi họ xuất phát. Chúng được quan sát trên bề mặt trái đất và nước.

Ảo ảnh cao cấp (ảo ảnh tầm nhìn xa).

Loại ảo ảnh này có nguồn gốc đơn giản như loại trước. Tuy nhiên, những ảo ảnh như vậy đa dạng và đẹp đẽ hơn nhiều. Chúng xuất hiện trong không khí. Hấp dẫn nhất trong số đó là những thị trấn ma nổi tiếng. Điều rất thú vị là chúng thường đại diện cho hình ảnh của các vật thể - thành phố, núi, đảo - nằm cách xa hàng nghìn km.

Ảo ảnh bên

Chúng xuất hiện gần các bề mặt thẳng đứng được mặt trời đốt nóng mạnh. Đây có thể là những bờ đá của biển hoặc hồ, khi bờ đã được Mặt trời chiếu sáng, nhưng mặt nước và không khí phía trên vẫn lạnh. Loại ảo ảnh này thường xảy ra ở hồ Geneva.

Fata Morgana

Fata Morgana là loại ảo ảnh phức tạp nhất. Nó là sự kết hợp của nhiều dạng ảo ảnh. Đồng thời, các vật thể mà ảo ảnh mô tả được phóng đại lên nhiều lần và khá méo mó. Điều thú vị là loại ảo ảnh này được đặt tên theo Morgana, em gái của Arthur nổi tiếng. Cô ấy bị cáo buộc đã xúc phạm Lancelot vì đã từ chối cô ấy. Để chiều lòng anh, cô định cư ở thế giới dưới nước và bắt đầu trả thù tất cả đàn ông, đánh lừa họ bằng những linh ảnh ma quái.

Fata Morganas cũng bao gồm nhiều "người Hà Lan bay", những người vẫn được các thủy thủ nhìn thấy. Họ thường chiếu những con tàu ở cách xa người quan sát hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km.

Có lẽ không còn gì để nói về các loại ảo ảnh.

Tôi xin nói thêm rằng tuy đây là một cảnh tượng vô cùng đẹp và huyền bí nhưng cũng rất nguy hiểm. Tôi giết chết ảo ảnh và khiến nạn nhân của tôi phát điên. Điều này đặc biệt đúng với ảo ảnh sa mạc. Và việc giải thích hiện tượng này không hề khiến số phận của lữ khách trở nên dễ dàng hơn.

Tuy nhiên, mọi người đang cố gắng chống lại điều này. Họ tạo ra những hướng dẫn đặc biệt để chỉ ra những nơi thường xuất hiện ảo ảnh nhất và đôi khi là hình dạng của chúng.

Nhân tiện, ảo ảnh thu được trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Ví dụ, một thí nghiệm đơn giản được xuất bản trong cuốn sách của V.V. Mayra “Sự phản xạ toàn phần của ánh sáng trong các thí nghiệm đơn giản” (Moscow, 1986), được đưa ra ở đây miêu tả cụ thể có được các mô hình ảo ảnh trong nhiều môi trường khác nhau. Cách dễ nhất để quan sát ảo ảnh là ở trong nước (Hình 2). Gắn một cái màu tối, tốt nhất là màu đen, vào đáy bình đáy trắng. hộp thiếc từ dưới cà phê. Nhìn từ trên xuống dưới, gần như thẳng đứng, dọc theo thành bình, đổ nhanh vào lọ nước nóng. Bề mặt lọ sẽ ngay lập tức trở nên sáng bóng. Tại sao? Thực tế là chiết suất của nước tăng theo nhiệt độ. Nhiệt độ nước gần bề mặt nóng của bình cao hơn nhiều so với ở khoảng cách xa. Vì vậy, chùm ánh sáng bị bẻ cong giống như ảo ảnh trên sa mạc hoặc trên đường nhựa nóng. Cái lọ có vẻ sáng bóng đối với chúng ta do sự phản xạ hoàn toàn của ánh sáng.

Mọi nhà thiết kế đều muốn biết nơi tải Photoshop.

Một hiện tượng quang học và khí tượng khí quyển được quan sát thấy khi Mặt trời (đôi khi là Mặt trăng) chiếu sáng nhiều giọt nước (mưa hoặc sương mù). Cầu vồng trông giống như một vòng cung hoặc vòng tròn nhiều màu được tạo thành từ các màu của quang phổ (tính từ mép ngoài: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím). Đây là bảy màu thường được xác định trong cầu vồng trong văn hóa Nga, nhưng cần lưu ý rằng trên thực tế quang phổ là liên tục và các màu của nó chuyển tiếp trơn tru với nhau qua nhiều sắc thái trung gian.

Tâm của vòng tròn được mô tả bởi cầu vồng nằm trên một đường thẳng đi qua người quan sát và Mặt trời, hơn nữa, khi quan sát cầu vồng (không giống như quầng sáng), Mặt trời luôn ở phía sau người quan sát và không thể nhìn thấy cùng một lúc. Mặt trời và cầu vồng không cần sử dụng thiết bị quang học. Đối với người quan sát trên mặt đất, cầu vồng thường trông giống như một vòng cung, một phần của vòng tròn, điểm quan sát càng cao thì càng đầy đủ (từ trên núi hoặc trên máy bay có thể nhìn thấy một vòng tròn đầy đủ). Khi Mặt trời mọc trên 42 độ so với đường chân trời, cầu vồng không thể nhìn thấy được từ bề mặt Trái đất.

Cầu vồng xảy ra khi ánh sáng mặt trời bị khúc xạ và phản xạ bởi những giọt nước (mưa hoặc sương mù) trôi nổi trong khí quyển. Những giọt này bẻ cong ánh sáng một cách khác nhau màu sắc khác nhau(chiết suất của nước đối với ánh sáng có bước sóng dài hơn (đỏ) nhỏ hơn so với ánh sáng có bước sóng ngắn (tím), do đó ánh sáng đỏ bị lệch yếu nhất - 137°30" và ánh sáng tím nhiều nhất - 139°20"). Kết quả là ánh sáng trắng bị phân hủy thành quang phổ (xảy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng). Người quan sát đứng quay lưng về phía nguồn sáng sẽ nhìn thấy ánh sáng nhiều màu phát ra từ không gian dọc theo các vòng tròn đồng tâm (cung).

Thông thường, người ta quan sát thấy cầu vồng chính, trong đó ánh sáng trải qua một lần phản xạ bên trong. Đường đi của các tia được thể hiện trong hình ở phía trên bên phải. Trong cầu vồng chính, màu đỏ nằm ngoài vòng cung, bán kính góc 40-42°.

Đôi khi bạn có thể nhìn thấy một cầu vồng khác kém sáng hơn xung quanh cầu vồng đầu tiên. Đây là cầu vồng thứ cấp, được hình thành bởi ánh sáng phản xạ hai lần dưới dạng giọt. Trong cầu vồng thứ cấp, thứ tự màu sắc bị “đảo ngược” - màu tím ở bên ngoài và màu đỏ ở bên trong. Bán kính góc của cầu vồng thứ cấp là 50-53°. Bầu trời giữa hai cầu vồng thường tối hơn đáng kể, khu vực này được gọi là Dải Alexander.

Sự xuất hiện của cầu vồng bậc ba trong điều kiện tự nhiên là cực kỳ hiếm. Người ta tin rằng trong 250 năm qua chỉ có 5 báo cáo khoa học quan sát hiện tượng này. Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là sự xuất hiện vào năm 2011 của một thông điệp rằng không chỉ có thể quan sát được cầu vồng cấp 4 mà còn có thể ghi lại nó trong một bức ảnh. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, có thể thu được cầu vồng ở cấp độ cao hơn nhiều. Vì vậy, trong một bài báo xuất bản năm 1998, người ta đã tuyên bố rằng các tác giả, sử dụng bức xạ laser, đã thu được cầu vồng bậc hai trăm.

Ánh sáng từ cầu vồng sơ cấp bị phân cực 96% dọc theo hướng vòng cung. Ánh sáng từ cầu vồng thứ cấp bị phân cực 90%.

Vào một đêm trăng sáng, bạn cũng có thể nhìn thấy cầu vồng từ Mặt trăng. Vì các cơ quan thụ cảm trong điều kiện ánh sáng yếu của mắt người - các "que" - không cảm nhận được màu sắc nên cầu vồng mặt trăng xuất hiện màu trắng; Ánh sáng càng sáng thì cầu vồng (các cơ quan thụ cảm màu sắc - "hình nón") càng có nhiều "đầy màu sắc" trong nhận thức của nó.

Trong một số trường hợp nhất định, bạn có thể nhìn thấy cầu vồng đôi, cầu vồng đảo ngược hoặc thậm chí là vòng tròn. Trên thực tế, đây là hiện tượng của một quá trình khác - sự khúc xạ ánh sáng trong các tinh thể băng rải rác trong khí quyển và thuộc về quầng sáng. Để cầu vồng ngược (cung gần thiên đỉnh, cung thiên đỉnh - một trong những loại quầng sáng) xuất hiện trên bầu trời cần có điều kiện thời tiết cụ thể đặc trưng của Bắc Cực và Nam Cực. Cầu vồng ngược được hình thành do sự khúc xạ ánh sáng xuyên qua lớp băng của màn mây mỏng ở độ cao 7 - 8 nghìn mét. Màu sắc trong cầu vồng như vậy cũng nằm ở vị trí đảo ngược: màu tím ở trên cùng và màu đỏ ở dưới cùng.

Đèn cực

Cực quang (ánh sáng phía bắc) là sự phát sáng (phát quang) của các tầng trên của khí quyển của các hành tinh có từ quyển do sự tương tác của chúng với các hạt tích điện của gió mặt trời.

Trong một khu vực rất hạn chế của tầng trên bầu khí quyển, cực quang có thể được tạo ra bởi các hạt gió mặt trời mang điện tích năng lượng thấp đi vào tầng điện ly vùng cực qua các đỉnh cực bắc và nam. Ở bán cầu bắc, cực quang có thể được quan sát trên Spitsbergen vào buổi chiều.

Khi các hạt năng lượng của lớp plasma va chạm với bầu khí quyển phía trên, các nguyên tử và phân tử khí có trong thành phần của nó bị kích thích. Bức xạ của các nguyên tử bị kích thích nằm trong vùng khả kiến ​​và được quan sát là cực quang. Quang phổ của cực quang phụ thuộc vào thành phần bầu khí quyển của các hành tinh: ví dụ, nếu đối với Trái đất, các vạch phát xạ của oxy và nitơ bị kích thích trong vùng nhìn thấy là sáng nhất, thì đối với Sao Mộc - các vạch phát xạ của hydro trong vùng tử ngoại.

Do quá trình ion hóa bởi các hạt tích điện xảy ra hiệu quả nhất ở cuối đường đi của hạt và mật độ khí quyển giảm khi tăng độ cao theo công thức khí quyển, nên độ cao xuất hiện của cực quang phụ thuộc khá nhiều vào các thông số của khí quyển hành tinh, ví dụ, đối với Trái đất có thành phần khí quyển khá phức tạp, ánh sáng đỏ của oxy được quan sát thấy ở độ cao 200-400 km, và ánh sáng kết hợp của nitơ và oxy được quan sát thấy ở độ cao ~110 km. Ngoài ra, những yếu tố này quyết định hình dạng của cực quang - ranh giới phía trên mờ và phía dưới khá sắc nét.

Cực quang được quan sát chủ yếu ở vĩ độ cao của cả hai bán cầu trong các vùng hình bầu dục - vành đai bao quanh các cực từ của Trái đất - hình bầu dục cực quang. Đường kính của các hình bầu dục cực quang là ~ 3000 km khi Mặt trời yên tĩnh; về phía ngày, ranh giới vùng cách cực từ 10--16°, về phía đêm - 20--23°. Vì các cực từ của Trái đất cách xa các cực địa lý khoảng ~12° nên cực quang được quan sát thấy ở vĩ độ 67–70°, nhưng đôi khi hoạt động mặt trời hình bầu dục cực quang mở rộng và cực quang có thể được quan sát ở các vĩ độ thấp hơn - 20-25° về phía nam hoặc phía bắc so với ranh giới biểu hiện thông thường của chúng. Ví dụ, trên đảo Stewart, chỉ nằm ở vĩ tuyến 47°, cực quang xảy ra thường xuyên. Người Maori thậm chí còn gọi nó là “Những kẻ đốt cháy”.

Trong quang phổ cực quang của Trái đất, bức xạ mạnh nhất là từ các thành phần chính của khí quyển - nitơ và oxy, trong khi các vạch phát xạ của chúng được quan sát thấy ở cả trạng thái nguyên tử và phân tử (phân tử trung tính và ion phân tử). Cường độ cao nhất là các vạch phát xạ của oxy nguyên tử và phân tử nitơ bị ion hóa.

Sự phát sáng của oxy là do sự phát xạ của các nguyên tử bị kích thích ở trạng thái siêu bền có bước sóng 557,7 nm (vạch xanh lục, thời gian tồn tại 0,74 giây) và cặp đôi 630 và 636,4 nm (vùng màu đỏ, thời gian tồn tại 110 giây). Kết quả là, cặp đôi màu đỏ được phát ra ở độ cao 150-400 km, trong đó do độ hiếm của khí quyển cao nên tốc độ dập tắt trạng thái kích thích trong va chạm là thấp. Các phân tử nitơ bị ion hóa phát ra ở bước sóng 391,4 nm (gần tia cực tím), 427,8 nm (tím) và 522,8 nm (xanh lục). Tuy nhiên, mỗi hiện tượng có phạm vi riêng biệt của nó, do tính chất vô thường của nó. Thành phần hóa học yếu tố khí quyển và thời tiết.

Quang phổ của cực quang thay đổi theo độ cao và tùy thuộc vào các vạch phát xạ chiếm ưu thế trong quang phổ cực quang, cực quang được chia thành hai loại: cực quang ở độ cao lớn loại A với ưu thế là các vạch nguyên tử và cực quang loại B ở độ cao tương đối thấp ( 80-90 km) với ưu thế của các vạch phân tử trong quang phổ do sự tắt dần do va chạm của các trạng thái kích thích nguyên tử trong bầu khí quyển tương đối đậm đặc ở những độ cao này.

Cực quang xảy ra thường xuyên hơn vào mùa xuân và mùa thu so với mùa đông và mùa hè. Tần số cao nhất xảy ra trong những khoảng thời gian gần với thời điểm xuân phân và thu phân nhất. Trong thời gian cực quang, một lượng năng lượng khổng lồ được giải phóng trong thời gian ngắn. Do đó, trong một trong những nhiễu loạn được ghi nhận vào năm 2007, 5·1014 jun đã được giải phóng, gần bằng lượng trong một trận động đất mạnh 5,5 độ richter.

Khi quan sát từ bề mặt Trái đất, cực quang xuất hiện dưới dạng ánh sáng tổng thể, thay đổi nhanh chóng của bầu trời hoặc các tia chuyển động, sọc, vành hoặc “rèm cửa”. Thời gian cực quang dao động từ hàng chục phút đến vài ngày.

Cực quang ở bán cầu bắc và nam được cho là có tính đối xứng. Tuy nhiên, việc quan sát đồng thời cực quang vào tháng 5 năm 2001 từ không gian từ cực bắc và cực nam cho thấy ánh sáng phía bắc và phía nam khác biệt đáng kể với nhau.

cầu vồng lượng tử ánh sáng quang học

Phần kết luận

Hiện tượng quang học tự nhiên rất đẹp và đa dạng. Vào thời cổ đại, khi con người chưa hiểu rõ bản chất của chúng, họ đã gán cho chúng những ý nghĩa thần bí, ma thuật và tôn giáo, khiến chúng sợ hãi và khiếp sợ. Nhưng giờ đây, khi chúng ta thậm chí có thể tự tay tạo ra từng hiện tượng trong điều kiện phòng thí nghiệm (và đôi khi thậm chí là tạm thời), nỗi kinh hoàng nguyên thủy đã biến mất và chúng ta có thể vui vẻ nhận thấy cầu vồng nhấp nháy trên bầu trời trong cuộc sống hàng ngày, hãy đi về phía bắc để chiêm ngưỡng cực quang và tò mò chú ý đến một ảo ảnh bí ẩn thoáng qua trên sa mạc. Và gương thậm chí còn trở thành một phần quan trọng hơn trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta - cả trong cuộc sống hàng ngày (ví dụ: ở nhà, trên ô tô, trong máy quay video) và trong nhiều lĩnh vực khác nhau. dụng cụ khoa học: quang phổ kế, quang phổ kế, kính viễn vọng, tia laser, thiết bị y tế.

Tài liệu tương tự

Quang học là gì? Các loại và vai trò của nó trong sự phát triển của vật lý hiện đại. Hiện tượng liên quan đến sự phản xạ ánh sáng. Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ vào góc tới của ánh sáng. Kính bảo vệ. Hiện tượng liên quan đến khúc xạ ánh sáng. Cầu vồng, ảo ảnh, cực quang.

tóm tắt, thêm vào ngày 01/06/2010


Các loại quang học. Bầu khí quyển của trái đất giống như một hệ thống quang học. Hoàng hôn. Thay đổi màu sắc bầu trời. Sự hình thành cầu vồng, nhiều loại cầu vồng. Đèn cực. Gió mặt trời là nguyên nhân gây ra cực quang. Ảo ảnh. Bí ẩn của hiện tượng quang học

khóa học, được thêm vào ngày 17/01/2007


Quan điểm của các nhà tư tưởng cổ đại về bản chất của ánh sáng dựa trên những quan sát đơn giản nhất về các hiện tượng tự nhiên. Các phần tử lăng kính và vật liệu quang học. Trình bày ảnh hưởng của chiết suất ánh sáng của vật liệu làm lăng kính và môi trường đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong lăng kính.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 26/04/2011


Nghiên cứu lý thuyết hạt và sóng của ánh sáng. Nghiên cứu các điều kiện cực đại và cực tiểu của hình ảnh giao thoa. Cộng hai sóng đơn sắc. Bước sóng và màu sắc của ánh sáng mà mắt cảm nhận được. Định vị các vân giao thoa.

tóm tắt, được thêm vào ngày 20/05/2015


Hiện tượng khúc xạ, tán sắc, giao thoa ánh sáng. Ảo ảnh tầm nhìn xa. Lý thuyết nhiễu xạ của cầu vồng. Sự hình thành quầng sáng. Hiệu ứng bụi kim cương. Hiện tượng "Tầm nhìn bị hỏng". Quan sát parhelia, vương miện và cực quang trên bầu trời.

trình bày, được thêm vào ngày 14/01/2014


Nhiễu xạ sóng cơ học. Mối liên hệ giữa hiện tượng giao thoa ánh sáng qua thí nghiệm của Jung. Nguyên lý Huygens-Fresnel, là tiên đề chính của lý thuyết sóng, giúp giải thích hiện tượng nhiễu xạ. Giới hạn khả năng ứng dụng của quang học hình học.

trình bày, được thêm vào ngày 18/11/2014


Lý thuyết về hiện tượng Nhiễu xạ là tập hợp các hiện tượng trong quá trình truyền ánh sáng trong môi trường có tính không đồng nhất rõ rệt. Tìm và nghiên cứu hàm phân bố cường độ ánh sáng trong quá trình nhiễu xạ từ lỗ tròn. Mô hình toán học nhiễu xạ.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 28/09/2007


Các định luật cơ bản của hiện tượng quang học. Các định luật truyền thẳng, phản xạ và khúc xạ ánh sáng, sự độc lập của chùm sáng. Nguyên lý vật lý của ứng dụng laser. Hiện tượng vật lý và nguyên lý của máy phát lượng tử ánh sáng kết hợp.

trình bày, thêm vào ngày 18/04/2014


Đặc điểm vật lý của hiện tượng ánh sáng và sóng. Phân tích một số quan sát của con người về tính chất của ánh sáng. Bản chất của các định luật quang học hình học (sự truyền thẳng của ánh sáng, định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng), các đại lượng kỹ thuật chiếu sáng cơ bản.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 13/10/2012


Nghiên cứu nhiễu xạ, hiện tượng ánh sáng lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần vật cản. Đặc điểm của sự bẻ cong của sóng ánh sáng xung quanh ranh giới của các vật thể mờ đục và sự xâm nhập của ánh sáng vào vùng bóng hình học.

Mọi người đều rất quen thuộc với ảo ảnh quang học do con người tạo ra, nhưng ít ai biết rằng thiên nhiên cũng có thể tạo ra ảo ảnh quang học tuyệt đẹp. Tuy nhiên, đánh giá này sẽ tập trung vào chính xác những “phép màu” như vậy, tuy nhiên, khoa học hoàn toàn có thể giải thích được. Đó là điều chắc chắn - "đừng tin vào mắt mình!"

1. Tóc đuôi ngựa

Nhìn từ bên ngoài có vẻ như thác nước đang “cháy”. Trên thực tế, khi ánh sáng chiếu vào thác nước theo góc vuông, có vẻ như Cột tóc đuôi ngựa đang phát sáng.

2. "Mặt trời giả"

Ảo ảnh này được gọi là "mặt trời giả". Và hiện tượng tương tự xảy ra khi các tinh thể băng trong khí quyển tạo ra hiệu ứng có thêm hai mặt trời ở hai phía của mặt trời thật.

3. “Fata Morgana”

Đây là một loại ảo ảnh rất phức tạp, thường xuất hiện giống với những vật thể nhân tạo thực sự. Fata Morgana xảy ra do các khối không khí có nhiệt độ khác nhau làm biến dạng sóng ánh sáng.

4. “Cột đèn”

Trong trường hợp này, các tinh thể băng trong không khí cũng là nguyên nhân gây ra ảo ảnh. Một chùm tia khổng lồ thẳng đứng xuất hiện trên bầu trời phía trên các nguồn sáng.

5. Ma Brocken

Nó còn được gọi là “ma núi”. Hiện tượng này xảy ra khi bóng phóng đại của một người chiếu lên các đám mây hoặc sương mù nằm bên dưới họ.

6. “Con đường Đại Tây Dương”

Cây cầu này ở Na Uy trông giống như một đoạn đường dốc dẫn đến hư không. Đây thực sự là một ảo ảnh quang học, vì cây cầu thực sự uốn cong và “ẩn” phía sau đường chân trời.

7. Ảo ảnh mặt trăng

Mọi người đều nhận thấy rằng khi Mặt trăng ở gần đường chân trời, nó trông lớn hơn nhiều. Nhưng nếu bạn nhìn nó qua “ống nhòm” từ bàn tay chắp lại, Mặt Trăng sẽ đột nhiên trở nên nhỏ hơn. Điều này xảy ra do não điều chỉnh kích thước của Mặt trăng so với một số vật thể khác ở đường chân trời và quyết định (sai) rằng Mặt trăng thực sự phải lớn hơn nhiều!

8. "Tia xanh"

Đôi khi hiện tượng này xảy ra ngay trước hoặc sau khi mặt trời lặn: một đốm hoặc tia màu xanh lục xuất hiện ở rìa đĩa mặt trời chỉ trong vài giây. Mặc dù hiện tượng này được gây ra bởi nhiều yếu tố khác nhau nhưng lời giải thích chung là ánh sáng bị khúc xạ trong khí quyển và gây ra hiệu ứng này.

9. Vòng cung phòng không

Hiện tượng quang học sau đây tương tự như cầu vồng, nhưng màu sắc của vòng cung như vậy thường tinh khiết hơn nhiều. Và nó được tạo ra, không giống như cầu vồng, không phải do những hạt mưa mà do các tinh thể băng.

10. Hào Quang

Quầng sáng thường có thể được nhìn thấy xung quanh Mặt trời hoặc Mặt trăng. Nó trông giống như một vầng hào quang bao quanh thiên thể này.

11. Ánh sáng núi cao

Hiện tượng thú vị này xảy ra khi mặt trời đã lặn dưới đường chân trời. Do ánh sáng phản chiếu từ các hạt trong khí quyển, những ngọn núi đôi khi dường như được chiếu sáng bằng ánh sáng đỏ.

12. Cực quang

Ở bán cầu bắc, cực quang được gọi là Aurora Borealis và ở bán cầu nam, nó được gọi là Aurora Australis. Những hiện tượng này được gây ra bởi các tia từ trường và gió trời, tương tác với các tầng trên của khí quyển.

13. Đầm lầy muối

Các đầm lầy muối được tìm thấy trên khắp thế giới. Chúng có thể gây ra nhận thức sâu sắc, ảo tưởng bất thường vì người đó không thể nhìn thấy bất kỳ điểm mốc nào.

14. "Đầu Apache"

Apache Head là một tảng đá trên đảo Ebian của Pháp có hình dáng giống đầu người Ấn Độ. Hiện tượng này được gọi là pareidolia - những hình ảnh ảo tưởng dựa trên các chi tiết của một vật thể có thật.

15. "Người cai quản vùng đất hoang"

Sự hình thành đá này ở tỉnh Alberta của Canada có thể được nhìn thấy trên Google Earth. Nhìn từ trên cao, những ngọn núi trông giống như đầu của một người đàn ông đội chiếc mũ của thổ dân Canada. Hơn nữa, những ngọn núi trông giống như một “người da đỏ” đeo khuyên tai hoặc tai nghe.

16. Mây kèm theo giông bão

Một đám mây kèm theo giông bão là một trong những cảnh tượng ấn tượng nhất. Bạn có thể nhìn thấy những đám mây như vậy dọc theo bờ biển và trông chúng, nói một cách nhẹ nhàng, đáng ngại.

Những người hâm mộ du lịch và các điểm tham quan thiên nhiên nên chú ý đến.

Tất cả chúng ta đều biết rõ rằng một trong những chỉ số chính về giá trị của đá được sử dụng trong sản xuất đồ trang sức là độ tinh khiết hoặc độ trong suốt của chúng, cũng như độ sáng và độ ổn định màu sắc. Từ xa xưa, những biểu hiện như “kim cương nước tinh khiết”, “hồng ngọc máu bồ câu”, “sapphire xanh hoa ngô” vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Tuy nhiên, có những viên đá quý có điểm nổi bật chính là khả năng thể hiện hiệu ứng quang học khác thường. Một số trong số chúng có thể thay đổi màu sắc tùy thuộc vào bước sóng của nguồn sáng (Alexandrite), những “ngôi sao” đa tia xuất hiện trên bề mặt của những ngôi sao khác, một số khác lung linh như tròng mắt của mắt, và ở một số khác, những hạt mica nhỏ tạo ra ánh sáng vàng. -màu bạc “aventurine” lung linh. Ngoài ra, còn có các hiện tượng tự nhiên như ánh kim (opal, đá mặt trăng, v.v.), khúc xạ ánh sáng trên các mặt phát triển kết tinh của khoáng vật (astrophyllite, malachite, eudialyte, charoite), phản xạ từ bề mặt của các thể vùi bên trong trong thạch anh trong suốt ( “giun tóc”, kim cương giả với sericit và clorit) hoặc chalcedony (mã não lửa chứa mảnh hematit), v.v. Ngay cả những bong bóng nhỏ chứa chất khí-lỏng xếp từng lớp trong thủy tinh hắc diện thạch núi lửa cũng tạo cho nó mái tóc màu xám óng ánh.

Bây giờ tất cả những hiện tượng này được giải thích từ quan điểm khoa học về tính chất quang học của khoáng chất. Tuy nhiên, trong nhiều năm qua, nhân loại đã gán cho những viên đá này vô số đặc tính thần bí chính vì hiệu ứng ánh sáng bất thường. Vì vậy, những viên đá “mắt” được cho là để bảo vệ chủ nhân của chúng khỏi con mắt độc ác, đá aventurine được cho là mang lại sự giàu có, “asterics” được cho là giúp liên lạc với các thế giới khác….

HIỆU ỨNG ALEXANDRITE HOẶC HIỆU ỨNG THAY ĐỔI MÀU SẮC
Hiệu ứng Alexandrite là sự thay đổi màu sắc nhìn thấy được của khoáng chất tùy thuộc vào bản chất của ánh sáng. Khoáng chất có tác dụng này chứng tỏ một bóng màu trong ánh sáng tự nhiên và khác hoàn toàn trong ánh sáng nhân tạo. Đại diện nổi bật nhất của hiện tượng này là alexandrite (một loại chrysoberyl), thay đổi màu sắc từ vàng, nâu, xám và xanh lục (trong ánh sáng ban ngày). Ánh sáng mặt trời) đến đỏ cam, đỏ nâu và đỏ tía (nếu là nhân tạo). Sự thay đổi màu sắc (ngược lại) càng lớn thì đá càng có giá trị.
Bảo tàng khoáng vật học A.E. Fersman (Moscow) lưu giữ khối alexandrite lớn nhất thế giới. Nó nặng 5 kg và bao gồm 22 tinh thể, màu xanh đậm vào ban ngày và màu đỏ tươi vào buổi tối. Viên pha lê alexandrite được cắt lớn nhất, nặng 66 carat, được lưu giữ tại Viện Smithsonian ở Washington.
Hiệu ứng tương tự cũng được biết đến với một số corundum, Spinel, tourmaline, ngọc hồng lựu, kyanite và fluorite.

Ảnh: www.wiki.web.ru		Ảnh: www.wiki.web.ru

HIỆU ỨNG ASTERISM HOẶC SAO
Asterism (tên theo tiếng Hy Lạp aster - ngôi sao), hay hiệu ứng sao, hiệu ứng sao là một hiện tượng quang học đặc trưng của một số loại đá quý. Hiệu ứng ngôi sao xảy ra do sự phản xạ ánh sáng từ các thể vùi bên trong đá. Số lượng và hướng của tia phụ thuộc vào loại, vị trí và hướng của các tạp chất.
Có hai loại dấu sao:
. hiện tượng diasterism, xảy ra khi ánh sáng xuyên qua một hòn đá;
. epiasterism xảy ra khi ánh sáng bị phản xạ trở lại (nguồn sáng nằm ngay phía trên bề mặt được đánh bóng), trong trường hợp này chỉ có thể quan sát được một ngôi sao 12 tia.
Hồng ngọc và ngọc bích được xử lý ở dạng cabochon có đặc điểm là ngôi sao 6 tia (chủ yếu là do các thể vùi hình kim của rutile và/hoặc hematit), nhưng cũng có thể xuất hiện ngôi sao 12 tia.
Trong các tinh thể diopside và enstatite, nguyên nhân xuất hiện ngôi sao 4 tia là do chứa magnetit. Mặc dù hiếm nhưng lựu đạn hình sao 4 và 6 cánh vẫn được tìm thấy. Ngôi sao 6 tia cũng có thể được nhìn thấy trong thạch anh hồng. Có một loại đá Spinel hình ngôi sao có ngôi sao 6 tia và hiếm khi có ngôi sao 4 tia. Dấu hoa thị của nó được tạo ra bởi các thể vùi có định hướng có trật tự của rutil, sillimanite và các khoáng chất khác. Nhưng trên thế giới chỉ có không quá chục viên ngọc lục bảo hình ngôi sao 6 tia.
Thật không may, sự phổ biến của “đá sao” đã dẫn đến sự gia tăng sản xuất các chất tương tự tổng hợp, chủ yếu là hồng ngọc và ngọc bích. Trong đá tổng hợp, các ngôi sao rất sáng, tương phản, các tia rất rõ và rõ. Corundum tự nhiên được cắt thành cabochon với một ngôi sao nhân tạo đang ngày càng trở nên phổ biến.

HIỆU ỨNG "MẮT MÈO"
“Mắt mèo” là hiệu ứng quang học của sự xuất hiện của một sọc sáng, gợi nhớ đến mắt mèo và là kết quả của sự phản chiếu ánh sáng từ các tạp chất nhỏ. Một đường sáng (sọc) lấp lánh từ bên này sang bên kia và chùm sáng di chuyển theo chuyển động của đá. Hiệu ứng quang học này được quan sát rõ nhất ở cabochon được đánh bóng, nhưng thường có thể nhìn thấy ngay cả trên một mảnh đá hoặc vết cắt chưa được xử lý khi xoay nó.
Nếu thuật ngữ "mắt mèo" được sử dụng mà không chỉ rõ khoáng chất thì nó đề cập đến nhiều loại chrysoberyl, còn được gọi là cymophane. Trong cymophane, hiệu ứng này là do sự phản xạ ánh sáng từ các kênh rỗng cực nhỏ và sự bao gồm các tinh thể Actinolite hoặc sillimanite hình sợi tốt nhất, được định hướng song song với một trong các trục tinh thể. Cymophane được Hauis mô tả lần đầu tiên vào năm 1798. Màu sắc của cymophane dao động từ nâu mật ong đến xanh táo, nhưng màu vàng đậm được đánh giá cao nhất. Các mẫu tốt nhất của nó được khai thác ở Sri Lanka và Madagascar.
Có khá nhiều khoáng chất có thể quan sát thấy hiệu ứng mắt mèo. Đó là tourmaline, apatit, scapolite, ngọc bích, diopside, zircon và các loại khác. Thạch anh cũng thường hình thành các dạng giả dọc theo các tập hợp sợi song song và hiệu ứng mắt mèo mạnh xuất hiện trong thạch anh (mắt mèo thạch anh, mắt hổ, mắt diều hâu, mắt bò)
Một số lượng lớn các loại đá được bán có tên là “mắt mèo” là đá giả thủy tinh. Hàng giả có thể có bất kỳ kích thước và màu sắc nào và có những điểm nhấn rất sáng. Sản xuất được thành lập tại Trung Quốc dựa trên sợi thủy tinh sợi quang đặc biệt với các chất phụ gia tạo màu.

PHÁT HIỆN
Ánh kim (từ tiếng Latin “iris” - mống mắt của mắt), một hiệu ứng quang học xuất hiện ở một số khoáng chất dưới dạng phát sáng màu cầu vồng bên trong dưới ánh sáng rực rỡ trên những viên đá bị sứt mẻ đều và đặc biệt là sau khi đánh bóng chúng. Hiệu ứng này được thấy rõ nhất ở opal quý - màu trắng đục .
Sự trưởng thành - trương hợp đặc biệtánh kim, được quan sát thấy ở adularia ánh kim, “đá mặt trăng” thực sự. Adularia là một loại fenspat kali trong mờ đến mờ đục với tông màu lượn sóng với tông màu trắng và xanh. Hiện nay, các cửa hàng thường bán đá giả đá mặt trăng dưới vỏ bọc đá mặt trăng, việc sản xuất hàng loạt của họ đã được thiết lập từ lâu ở Ấn Độ và Trung Quốc trên cơ sở kính hoặc nhựa màu mờ mờ. Một điểm khác biệt đặc trưng so với tự nhiên là không có phản xạ cụ thể trong quá trình quay, mô phỏng tỏa sáng đều ở mọi góc độ.
Sự phát triển của Labrador - một trường hợp đặc biệt khác của ánh kim, có thể thấy ở labradorite (một khoáng chất thuộc nhóm fenspat) và spectrolite (một loại labradorite đẹp mắt của Phần Lan), ở dạng cầu vồng của màu sắc trên các mặt và mặt phẳng phân cắt của tinh thể.

Ảnh: từ quỹ của VO “Thế giới đá”

ƯU ĐIỂM
Hiệu ứng quang học lấp lánh, được hình thành do sự phản xạ ánh sáng từ các thể vùi dạng tấm. Nó được quan sát thấy trong aventurine, một số fenspat, hiếm khi có trong beryl và một số khoáng chất khác.
Aventurine thường được gọi là thạch anh tổng hợp hạt mịn có ánh sáng lung linh đặc trưng chuyển sang ánh kim, có thể nhìn thấy rõ trên bề mặt được đánh bóng của mẫu. Phổ biến nhất là aventurine màu xanh lá cây có chứa mica fuchsite; ngoài ra còn có các aventurine có màu nâu đỏ và vàng xám với tông màu vàng do chứa các mảnh nhỏ hematit, goethite hoặc biotit mica và màu xám xanh hoặc trắng có chứa sericit mica. Các thể vùi có vảy trong đá aventurine được phân bố đều và hướng song song với nhau ở các mức độ khác nhau, điều này tạo ra hiệu ứng lấp lánh biểu cảm. Aventurine thường được thay thế bằng kính giả (thủy tinh aventurine) bằng chip filler. Sự lấp lánh thường rất mạnh, điều này không bình thường đối với aventurine tự nhiên, bất kỳ màu nào, nhưng thường là xanh lam, xanh lá cây và nâu.
Thạch anh aventurine có sự tương đồng lớn nhất trong số các loại đá tự nhiên với aventurine feldspathic, được gọi là “ đá mặt trời" Nó được đặc trưng bởi một tông màu vàng lấp lánh và những đốm lấp lánh màu đỏ cam, vàng sáng hoặc đỏ thẫm. Khi so sánh trực quan với fenspat aventurine, thạch anh aventurine có kích thước mảnh lấp lánh nhỏ hơn đáng kể và ánh kim không có ánh sáng nhờn đặc trưng.
Hiệu ứng tương tự cũng được quan sát thấy ở beryl màu xanh nhạt và hồng, do sự hiện diện của các tiểu cầu hematit được định hướng có trật tự.

1. Hiện tượng quang học trong khí quyển là những hiệu ứng quang học đầu tiên được con người quan sát thấy. Với sự hiểu biết về bản chất của những hiện tượng này và bản chất của tầm nhìn của con người, vấn đề ánh sáng bắt đầu hình thành.

Tổng số hiện tượng quang học trong khí quyển là rất lớn. Chỉ những hiện tượng nổi tiếng nhất mới được xem xét ở đây - ảo ảnh, cầu vồng, hào quang, vương miện, những ngôi sao lấp lánh, bầu trời xanh và bình minh đỏ tươi. Sự hình thành các hiệu ứng này gắn liền với các tính chất của ánh sáng như khúc xạ tại các mặt phân cách, giao thoa và nhiễu xạ.

2. Khúc xạ khí quyển – đây là sự bẻ cong của các tia sáng khi chúng đi qua bầu khí quyển của hành tinh. Tùy thuộc vào nguồn tia, chúng được phân biệt thiên văn và mặt đất khúc xạ. Trong trường hợp đầu tiên, các tia đến từ các thiên thể (sao, hành tinh), trong trường hợp thứ hai, từ các vật thể trên mặt đất. Do khúc xạ khí quyển, người quan sát nhìn thấy một vật thể không ở đúng vị trí của nó hoặc không có hình dạng như nó vốn có.

3. Khúc xạ thiên vănđã được biết đến vào thời Ptolemy (thế kỷ thứ 2 sau Công nguyên). Năm 1604, J. Kepler cho rằng bầu khí quyển của trái đất có mật độ không phụ thuộc vào độ cao và độ dày nhất định. h(Hình 199). Tia 1 đến từ ngôi sao S thẳng tới người quan sát MỘT theo đường thẳng sẽ không đập vào mắt anh ta. Bị khúc xạ ở ranh giới giữa chân không và khí quyển, nó sẽ chạm tới điểm TRONG.

Tia 2 sẽ chạm tới mắt của người quan sát, nếu không có sự khúc xạ trong khí quyển thì mắt này sẽ phải đi ngang qua. Do hiện tượng khúc xạ (khúc xạ), người quan sát sẽ nhìn thấy ngôi sao theo hướng khác với hướng S, và về sự tiếp tục của chùm tia khúc xạ trong khí quyển, nghĩa là theo hướng S 1 .

Góc γ , do đó nó lệch về phía thiên đỉnh Z vị trí rõ ràng của ngôi sao S 1 so với vị trí thật S, gọi điện góc khúc xạ. Vào thời Kepler, góc khúc xạ đã được biết đến từ kết quả quan sát thiên văn của một số ngôi sao. Vì vậy, Kepler đã sử dụng sơ đồ này để ước tính độ dày của khí quyển h. Theo tính toán của anh ấy thì hóa ra h» 4 km. Nếu chúng ta tính theo khối lượng của khí quyển thì con số này nhỏ hơn khoảng hai lần so với khối lượng thực.

Trên thực tế, mật độ khí quyển Trái đất giảm theo độ cao. Do đó, các lớp không khí phía dưới có mật độ quang học dày đặc hơn các lớp phía trên. Các tia sáng đi xiên về phía Trái đất không bị khúc xạ tại một điểm trên ranh giới của chân không và khí quyển, như trong sơ đồ của Kepler, mà dần dần bị bẻ cong dọc theo toàn bộ đường đi. Điều này tương tự như cách một tia sáng đi qua một chồng tấm trong suốt, chiết suất của nó càng cao thì tấm càng nằm ở vị trí thấp hơn. Tuy nhiên, hiệu ứng tổng thể của khúc xạ biểu hiện giống như trong sơ đồ Kepler. Chúng ta hãy lưu ý hai hiện tượng gây ra bởi sự khúc xạ thiên văn.

MỘT. Vị trí biểu kiến ​​của các thiên thể dịch chuyển về phía thiên đỉnh bằng góc khúc xạ γ . Ngôi sao càng ở thấp so với đường chân trời thì vị trí rõ ràng của nó trên bầu trời càng tăng so với vị trí thực của nó (Hình 200). Vì vậy hình ảnh bầu trời đầy sao, quan sát từ Trái đất, có phần bị biến dạng về phía tâm. Chỉ có điểm không di chuyển S, nằm ở thiên đỉnh. Nhờ sự khúc xạ của khí quyển, có thể quan sát được các ngôi sao nằm hơi thấp hơn đường chân trời hình học.

Giá trị góc khúc xạ γ giảm nhanh khi tăng góc β độ cao của ánh sáng so với đường chân trời. Tại β = 0 γ = 35" . Đây là góc khúc xạ tối đa. Tại β = 5 độ γ = 10" , Tại β = 15° γ = 3" , Tại β = 30° γ = 1" . Đối với các đèn có chiều cao β > 30°, dịch chuyển khúc xạ γ < 1" .

b. Mặt trời chiếu sáng hơn một nửa bề mặt khối cầu . Tia 1 - 1, trong trường hợp không có khí quyển, sẽ chạm tới Trái đất tại các điểm của tiết diện đường kính ĐĐ, nhờ bầu không khí mà họ chạm vào nó sớm hơn một chút (Hình 201).

Bề mặt Trái đất tiếp xúc với các tia 2 - 2, tia này nếu không có bầu khí quyển sẽ đi qua. Kết quả là, đường kết thúc BB, tách ánh sáng khỏi bóng tối, chuyển sang vùng bán cầu đêm. Do đó, diện tích bề mặt ban ngày trên Trái đất lớn hơn diện tích bề mặt ban đêm.

4. Khúc xạ mặt đất. Nếu hiện tượng khúc xạ thiên văn là do hiệu ứng khúc xạ toàn cầu của khí quyển, thì hiện tượng khúc xạ trên mặt đất là do thay đổi khí quyển cục bộ, thường liên quan đến sự bất thường về nhiệt độ. Biểu hiện đáng chú ý nhất của khúc xạ trên mặt đất là ảo ảnh.

MỘT. Ảo ảnh siêu việt(từ fr. ảo ảnh). Nó thường được quan sát thấy ở các vùng Bắc Cực có không khí trong lành và nhiệt độ bề mặt Trái đất thấp. Sự nguội đi mạnh mẽ của bề mặt ở đây không chỉ do vị trí thấp của mặt trời phía trên đường chân trời mà còn do bề mặt được bao phủ bởi tuyết hoặc băng phản chiếu phần lớn bức xạ vào không gian. Kết quả là, ở tầng đất, khi chúng ta tiếp cận bề mặt Trái đất, nhiệt độ giảm rất nhanh và mật độ quang học của không khí tăng lên.

Độ cong của các tia hướng về Trái đất đôi khi quan trọng đến mức có thể quan sát được các vật thể nằm xa đường chân trời hình học. Tia 2 trong Hình 202, trong bầu khí quyển bình thường sẽ đi vào các lớp trên của nó, trong trường hợp này bị bẻ cong về phía Trái đất và đi vào mắt của người quan sát.

Rõ ràng, đây chính xác là loại ảo ảnh đại diện cho “Người Hà Lan bay” huyền thoại - bóng ma của những con tàu thực sự ở cách xa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km. Điều đáng ngạc nhiên về những ảo ảnh vượt trội là không có sự giảm sút đáng chú ý nào về kích thước bề ngoài của các vật thể.

Ví dụ, vào năm 1898, thủy thủ đoàn tàu Bremen Matador đã quan sát thấy một con tàu ma, kích thước rõ ràng của nó tương ứng với khoảng cách 3-5 dặm. Trên thực tế, sau này mới biết, con tàu này lúc đó ở cách xa khoảng một ngàn dặm. (1 hải lý bằng 1852 m). Không khí bề mặt không chỉ bẻ cong các tia sáng mà còn tập trung chúng thành một hệ quang học phức tạp.

Trong điều kiện bình thường, nhiệt độ không khí giảm khi độ cao tăng lên. Quá trình đảo ngược của nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng theo độ cao, được gọi là đảo ngược nhiệt độ. Sự đảo ngược nhiệt độ có thể xảy ra không chỉ ở các vùng Bắc Cực mà còn ở những nơi khác có vĩ độ thấp hơn. Do đó, những ảo ảnh vượt trội có thể xảy ra ở bất cứ nơi nào không khí đủ sạch và nơi xảy ra hiện tượng đảo ngược nhiệt độ. Ví dụ, ảo ảnh tầm nhìn xa đôi khi được quan sát thấy ở bờ biển Địa Trung Hải. Sự đảo ngược nhiệt độ được tạo ra ở đây bởi không khí nóng từ Sahara.

b. Ảo ảnh kém hơn xảy ra khi nhiệt độ đảo ngược và thường được quan sát thấy ở các sa mạc trong thời kỳ nóng bức. Đến trưa, khi mặt trời lên cao, lớp đất cát của sa mạc, gồm những hạt khoáng chất rắn, nóng lên tới 50 độ trở lên. Đồng thời, ở độ cao vài chục mét, không khí vẫn tương đối lạnh. Do đó, chiết suất của các lớp không khí nằm phía trên lớn hơn đáng kể so với không khí gần mặt đất. Điều này cũng dẫn đến sự bẻ cong các tia nhưng theo hướng ngược lại (Hình 203).

Các tia sáng đến từ các phần của bầu trời thấp phía trên đường chân trời, nằm đối diện với người quan sát, liên tục bị bẻ cong lên trên và đi vào mắt người quan sát theo hướng từ dưới lên trên. Kết quả là, khi chúng tiếp tục ở trên bề mặt trái đất, người quan sát nhìn thấy hình ảnh phản chiếu của bầu trời, gợi nhớ đến mặt nước. Đây được gọi là ảo ảnh “hồ”.

Hiệu ứng càng được nâng cao khi có đá, đồi, cây cối và các tòa nhà theo hướng quan sát. Trong trường hợp này, chúng được nhìn thấy như những hòn đảo giữa hồ nước rộng lớn. Hơn nữa, không chỉ vật thể được nhìn thấy mà còn cả sự phản chiếu của nó. Theo bản chất độ cong của tia, lớp không khí bề mặt đóng vai trò như một tấm gương phản chiếu mặt nước.

5. cầu vồng. Nó đầy màu sắc một hiện tượng quang học được quan sát thấy khi mưa, được chiếu sáng bởi mặt trời và thể hiện một hệ thống các vòng cung màu đồng tâm.

Lý thuyết đầu tiên về cầu vồng được Descartes phát triển vào năm 1637. Vào thời điểm này, người ta đã biết những dữ kiện thực nghiệm sau đây liên quan đến cầu vồng:

MỘT. Tâm cầu vồng O nằm trên đường thẳng nối Mặt trời với mắt người quan sát(Hình 204).

b. Xung quanh đường đối xứng Mắt-Mặt Trời có một cung tròn màu có bán kính góc khoảng 42° . Các màu được sắp xếp tính từ giữa, theo thứ tự: xanh dương (d), xanh lá cây (h), đỏ (k)(nhóm dòng 1). Cái này cầu vồng chính. Bên trong cầu vồng chính có những vòng cung nhiều màu mờ nhạt với tông màu hơi đỏ và xanh lục.

V. Hệ cung thứ hai có bán kính góc khoảng 51° gọi là cầu vồng thứ cấp. Màu sắc của nó nhạt hơn nhiều và đi theo thứ tự ngược lại, tính từ giữa, đỏ, lục, lam (nhóm đường 2) .

G. Cầu vồng chính chỉ xuất hiện khi mặt trời ở phía trên đường chân trời với góc không quá 42°.

Như Descartes đã khẳng định, nguyên nhân chính dẫn đến sự hình thành cầu vồng chính và cầu vồng phụ là do sự khúc xạ và phản xạ của các tia sáng trong hạt mưa. Chúng ta hãy xem xét các quy định chính trong lý thuyết của ông.

6. Khúc xạ và phản xạ của tia đơn sắc trong một giọt nước. Cho một chùm tia đơn sắc có cường độ TÔI 0 rơi trên một giọt hình cầu có bán kính R trên khoảng cách y từ trục trong mặt phẳng của tiết diện đường kính (Hình 205). Tại điểm tác động MỘT một phần chùm tia bị phản xạ, phần chính bị phản xạ bởi cường độ TÔI 1 đi vào bên trong thả. Tại điểm B phần lớn chùm tia truyền vào không khí (trong Hình 205, nó đi vào TRONG tia không được hiển thị), và một phần nhỏ hơn bị phản xạ và rơi tại điểm VỚI. Đã thoát tại điểm VỚI cường độ chùm tia TÔI 3 tham gia vào quá trình hình thành cầu vồng chính và các dải thứ cấp yếu trong cầu vồng chính.

Hãy tìm góc θ , theo đó chùm tia ló ra TÔI 3 so với chùm tia tới TÔI 0 . Lưu ý rằng mọi góc giữa tia sáng và pháp tuyến bên trong giọt nước đều bằng nhau và bằng góc khúc xạ β . (Hình tam giác OAV Và OBC cân). Cho dù chùm tia có “quay” bên trong giọt nước bao nhiêu thì mọi góc tới và góc phản xạ đều bằng nhau và bằng góc khúc xạ β . Vì lý do này, bất kỳ tia nào ló ra từ một giọt nước tại các điểm TRONG, VỚI v.v., đi ra ở cùng một góc bằng góc tới α .

Để tìm góc θ độ lệch chùm tia TÔI 3 so với bản gốc cần tổng hợp các góc lệch tại các điểm MỘT, TRONG Và VỚI: q = (α – β) + (π – 2β) + (α - β) = π + 2α – 4β . (25.1)

Sẽ thuận tiện hơn khi đo góc nhọn φ = π – q = 4β – 2α . (25.2)

Sau khi thực hiện các phép tính cho vài trăm tia, Descartes nhận thấy góc φ với sự tăng trưởng y, nghĩa là khi chùm tia di chuyển ra xa TÔI 0 từ trục thả, đầu tiên tăng giá trị tuyệt đối, tại y/R≈ 0,85 đạt giá trị lớn nhất rồi bắt đầu giảm.

Bây giờ đây là giá trị giới hạn của góc φ có thể được tìm thấy bằng cách kiểm tra chức năng φ đến cực điểm bởi Tại. Vì tội lỗi α = yçR, và tội lỗi β = yçR· N, Cái đó α = arcsin( yçR), β = arcsin( yçRn). Sau đó

, . (25.3)

Bằng cách trải rộng các số hạng thành các phần khác nhau của phương trình và bình phương chúng, chúng ta nhận được:

, Þ (25.4)

Đối với màu vàng D-đường natri λ = chiết suất 589,3 nm của nước N= 1,333. Khoảng cách điểm MỘT sự xuất hiện của tia này từ trục y= 0,861R. Góc giới hạn của tia này là

Tôi tự hỏi vấn đề là gì TRONG sự phản xạ đầu tiên của chùm tia trong giọt nước cũng cách xa trục của giọt nước tối đa. Đã khám phá góc độ cực đoan d= P– α – ε = P– α – (P– 2β ) = 2β – α về kích thước Tại, chúng ta có cùng điều kiện, Tại= 0,861R Và d= 42,08°/2 = 21,04°.

Hình 206 thể hiện sự phụ thuộc của góc φ , trong đó tia ló ra khỏi giọt nước sau lần phản xạ đầu tiên (công thức 25.2), từ vị trí của điểm MỘT sự đi vào của chùm tia vào giọt nước. Tất cả các tia đều bị phản xạ bên trong một hình nón có góc ở đỉnh ≈ 42°.

Điều rất quan trọng đối với sự hình thành cầu vồng là các tia đi vào rơi thành một lớp có độ dày hình trụ уçR từ 0,81 đến 0,90, thoát ra sau khi phản xạ trên thành mỏng của hình nón với góc góc từ 41,48° đến 42,08°. Thành ngoài của hình nón nhẵn (có điểm cực trị của góc φ ), bên trong bị lỏng. Độ dày thành góc ≈ 20 phút cung. Đối với tia truyền qua, giọt nước hoạt động giống như một thấu kính có tiêu cự f= 1,5R. Các tia đi vào giọt dọc theo toàn bộ bề mặt của bán cầu thứ nhất, bị phản xạ trở lại bởi một chùm tia phân kỳ trong không gian hình nón có góc trục ≈ 42°, và đi qua một cửa sổ có bán kính góc ≈ 21° (Hình 207) ).

7. Cường độ của tia sáng phát ra từ giọt nước. Ở đây chúng ta sẽ chỉ nói về các tia phát ra từ giọt nước sau phản xạ thứ nhất (Hình 205). Nếu một tia tới một giọt nước ở một góc α , có cường độ TÔI 0 thì chùm tia truyền vào giọt nước có cường độ TÔI 1 = TÔI 0 (1 – ρ ), Ở đâu ρ - hệ số phản xạ cường độ.

Đối với ánh sáng không phân cực, độ phản xạ ρ có thể được tính bằng công thức Fresnel (17.20). Vì công thức bao gồm bình phương của hiệu và tổng các góc α Và β , thì hệ số phản xạ không phụ thuộc vào việc chùm tia đi vào giọt nước hay từ giọt nước. Bởi vì các góc α Và β tại các điểm MỘT, TRONG, VỚI bằng nhau thì hệ số ρ tại tất cả các điểm MỘT, TRONG, VỚI giống nhau. Do đó cường độ của tia TÔI 1 = TÔI 0 (1 – ρ ), TÔI 2 = TÔI 1 ρ = TÔI 0 ρ (1 – ρ ), TÔI 3 = TÔI 2 (1 – ρ ) = TÔI 0 ρ (1 – ρ ) 2 .

Bảng 25.1 thể hiện các giá trị góc φ , hệ số ρ và tỷ lệ cường độ TÔI 3 tôi 0, tính tại khoảng cách khác nhau уçRđầu vào chùm tia cho dòng natri màu vàng λ = 589,3nm. Như có thể thấy từ bảng, khi Tại≤ 0,8R vào chùm tia TÔI 3, nhỏ hơn 4% năng lượng từ chùm tia tới khi rơi rơi. Và chỉ bắt đầu từ Tại= 0,8R và hơn thế nữa Tại= R cường độ của chùm tia được giải phóng TÔI 3 tăng lên nhiều lần.

Bảng 25.1
y/R	α ,º	β ,º	φ ,º	ρ	TÔI 3 /TÔI 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

Vậy tia ló ra từ giọt nước có góc lớn nhất φ , có cường độ lớn hơn đáng kể so với các tia khác vì hai lý do. Thứ nhất, do sự nén góc mạnh của chùm tia trong thành mỏng của hình nón, và thứ hai, do tổn hao khi rơi thấp hơn. Chỉ cường độ của những tia này mới đủ để gây ra cảm giác lấp lánh như một giọt nước rơi vào mắt.

8. Sự hình thành cầu vồng chính. Khi ánh sáng rơi vào một giọt nước do bị tán sắc, chùm tia sẽ bị tách ra. Kết quả là thành của hình nón phản chiếu sáng được phân tầng theo màu sắc (Hình 208). Tia tím ( tôi= 396,8 nm) đi ra một góc j= 40°36", đỏ ( tôi= 656,3 nm) – ở một góc j= 42°22". Trong khoảng góc D này φ = 1°46" chứa toàn bộ quang phổ của các tia phát ra từ một giọt nước. Tia tím tạo thành hình nón bên trong, tia màu đỏ tạo thành hình nón bên ngoài. Nếu người quan sát nhìn thấy những hạt mưa được chiếu sáng bởi mặt trời thì những hạt có tia sáng từ hình nón đi vào mắt được coi là sáng nhất. Kết quả là, tất cả các giọt nước nằm trong mối tương quan với tia nắng mặt trời truyền qua mắt người quan sát, ở một góc của hình nón màu đỏ, được coi là màu đỏ, và ở một góc của hình nón màu xanh lá cây, được coi là màu xanh lá cây. (Hình 209).

9. Sự hình thành cầu vồng thứ cấp xảy ra do các tia ló ra từ giọt nước sau phản xạ thứ hai (Hình 210). Cường độ của các tia sau phản xạ thứ hai thấp hơn xấp xỉ một bậc độ lớn so với các tia sau phản xạ thứ nhất và có đường đi gần giống nhau với sự thay đổi уçR.

Các tia ló ra từ giọt nước sau lần phản xạ thứ hai tạo thành một hình nón có góc đỉnh ≈ 51°. Nếu hình nón chính mặt mịn từ bên ngoài, rồi từ thứ cấp từ bên trong. Thực tế không có tia nào giữa các hình nón này. Hạt mưa càng lớn thì cầu vồng càng sáng. Khi kích thước giọt giảm, cầu vồng mờ dần. Khi mưa chuyển sang mưa phùn R≈ 20 – 30 µm, cầu vồng thoái hóa thành hình vòng cung màu trắng với các màu sắc gần như không thể phân biệt được.

10. hào quang(từ tiếng Hy Lạp halo- vòng) là một hiện tượng quang học thường tượng trưng cho cầu vồng vòng quanh đĩa Mặt trời hoặc Mặt trăng với bán kính góc 22 độ Và 46 độ. Những vòng tròn này được hình thành do sự khúc xạ ánh sáng của các tinh thể băng nằm trong các đám mây ti, có hình dạng giống như lăng kính lục giác đều.

Những bông tuyết rơi xuống đất có hình dạng rất đa dạng. Tuy nhiên, các tinh thể hình thành do sự ngưng tụ hơi ở các tầng trên của khí quyển chủ yếu ở dạng lăng kính lục giác. Trong số tất cả các phương án có thể có để truyền một chùm tia qua lăng kính lục giác, có ba phương án quan trọng nhất (Hình 211).

Trong trường hợp (a), chùm tia đi qua các mặt song song đối diện của lăng kính mà không bị tách ra hoặc bị lệch.

Trong trường hợp (b), tia sáng truyền qua các mặt của lăng kính, tạo thành một góc 60° giữa chúng và bị khúc xạ như trong lăng kính quang phổ. Cường độ chùm tia ló ra ở góc lệch nhỏ nhất là 22° là lớn nhất. Trong trường hợp thứ ba (c), chùm tia đi qua mặt bên và đáy lăng kính. Góc khúc xạ là 90°, góc lệch nhỏ nhất là 46°. Trong cả hai trường hợp sau, tia trắng bị tách ra, tia xanh bị lệch nhiều hơn và tia đỏ ít hơn. Trường hợp (b) và (c) gây ra sự xuất hiện các vòng quan sát thấy trong tia truyền qua và có kích thước góc 22° và 46° (Hình 212).

Thông thường, vòng ngoài (46°) sáng hơn vòng trong và cả hai đều có tông màu đỏ. Điều này được giải thích không chỉ bởi sự tán xạ mạnh của tia xanh trong đám mây mà còn bởi thực tế là sự phân tán của tia xanh trong lăng kính lớn hơn so với tia đỏ. Do đó, các tia xanh phát ra từ tinh thể dưới dạng chùm tia có độ phân kỳ cao, đó là lý do tại sao cường độ của chúng giảm đi. Và các tia màu đỏ phát ra dưới dạng chùm hẹp với cường độ lớn hơn đáng kể. Trong điều kiện thuận lợi, khi có thể phân biệt được màu sắc, phần bên trong Các vòng có màu đỏ, các vòng bên ngoài có màu xanh.

10. Vương miện– những vòng sương mù nhẹ xung quanh đĩa của ánh sáng. Bán kính góc của chúng nhỏ hơn nhiều so với bán kính quầng và không vượt quá 5°. Vương miện phát sinh do sự tán xạ nhiễu xạ của các tia trên các giọt nước tạo thành đám mây hoặc sương mù.

Nếu bán kính rơi R, khi đó cực tiểu nhiễu xạ thứ nhất trong các tia song song được quan sát ở một góc j = 0,61∙lçR(xem công thức 15.3). Đây tôi- bước sóng của ánh sáng. Hình ảnh nhiễu xạ của từng giọt trong các chùm tia song song trùng nhau, do đó cường độ của các vòng ánh sáng tăng lên.

Đường kính của vương miện có thể được sử dụng để xác định kích thước của các giọt trong đám mây. Giọt càng lớn (càng nhiều R), kích thước góc của vòng càng nhỏ. Các vòng lớn nhất được quan sát từ những giọt nhỏ nhất. Ở khoảng cách vài km, các vòng nhiễu xạ vẫn dễ nhận thấy khi kích thước giọt nước ít nhất là 5 micron. Trong trường hợp này j tối đa = 0,61 lçR≈ 5 ¸ 6°.

Màu sắc của các vòng sáng của vương miện rất nhạt. Khi dễ nhận thấy, mép ngoài của các vòng có màu hơi đỏ. Nghĩa là, sự phân bố màu sắc ở vương miện nghịch đảo với sự phân bố màu sắc ở các vòng quầng. Ngoài các kích thước góc cạnh, điều này còn giúp có thể phân biệt giữa mão răng và quầng sáng. Nếu có những giọt có kích thước khác nhau trong khí quyển, thì các vòng của vương miện chồng lên nhau sẽ tạo thành một quần thể ánh sáng rực rỡ xung quanh đĩa của ngôi sao. Sự tỏa sáng này được gọi là hào quang.

11. Màu xanh của bầu trời và màu đỏ tươi của bình minh. Khi Mặt trời ở phía trên đường chân trời, bầu trời không mây có màu xanh lam. Thực tế là từ các tia quang phổ mặt trời, theo định luật Rayleigh TÔI phản đối ~ 1 /l 4 tia ngắn màu xanh lam, lục lam và tím bị tán xạ mạnh nhất.

Nếu Mặt trời ở vị trí thấp phía trên đường chân trời thì đĩa của nó được coi là có màu đỏ thẫm vì lý do tương tự. Do sự tán xạ mạnh của ánh sáng sóng ngắn, chủ yếu là tia đỏ phân tán yếu đến người quan sát. Sự tán xạ của các tia từ Mặt trời mọc hoặc lặn đặc biệt lớn vì các tia truyền đi khoảng cách xa gần bề mặt Trái đất, nơi tập trung các hạt tán xạ đặc biệt cao.

Bình minh buổi sáng hoặc buổi tối - màu hồng của phần bầu trời gần với Mặt trời - được giải thích bằng sự tán xạ ánh sáng lên các tinh thể băng ở các tầng trên của khí quyển và sự phản xạ hình học của ánh sáng từ các tinh thể.

12. Những ngôi sao lấp lánh- Đây là những thay đổi nhanh chóng về độ sáng và màu sắc của các ngôi sao, đặc biệt đáng chú ý ở gần đường chân trời. Sự lấp lánh của các ngôi sao là do sự khúc xạ của các tia trong các luồng không khí truyền nhanh, do mật độ khác nhau nên có chiết suất khác nhau. Kết quả là lớp khí quyển mà chùm tia đi qua hoạt động giống như một thấu kính có tiêu cự thay đổi. Nó có thể được thu thập hoặc phân tán. Trong trường hợp đầu tiên, ánh sáng tập trung, độ sáng của ngôi sao tăng lên, trong trường hợp thứ hai, ánh sáng bị tán xạ. Sự thay đổi dấu hiệu như vậy được ghi lại lên tới hàng trăm lần mỗi giây.

Do sự phân tán, chùm tia phân hủy thành các tia có màu sắc khác nhau, đi theo những đường đi khác nhau và có thể phân kỳ càng nhiều thì ngôi sao càng ở thấp so với đường chân trời. Khoảng cách giữa tia tím và tia đỏ từ một ngôi sao có thể lên tới 10 mét trên bề mặt Trái đất. Kết quả là người quan sát thấy sự thay đổi liên tục về độ sáng và màu sắc của ngôi sao.

Bầu khí quyển của hành tinh chúng ta khá thú vị hệ thống quang học, chiết suất của nó giảm theo độ cao do mật độ không khí giảm. Như vậy, có thể coi khí quyển Trái đất như một “thấu kính” có kích thước khổng lồ, lặp lại hình dạng của Trái đất và có chiết suất thay đổi đơn điệu.

Hoàn cảnh này dẫn đến sự xuất hiện của một tổng thể một số hiện tượng quang học trong khí quyển, gây ra bởi sự khúc xạ (khúc xạ) và sự phản xạ (phản xạ) của các tia trong đó.

Chúng ta hãy xem xét một số hiện tượng quang học quan trọng nhất trong khí quyển.

Khúc xạ khí quyển

Khúc xạ khí quyển- hiện tượng độ cong tia sáng khi ánh sáng truyền qua khí quyển.

Theo độ cao, mật độ không khí (và do đó chiết suất) giảm. Chúng ta hãy tưởng tượng rằng khí quyển bao gồm các lớp nằm ngang đồng nhất về mặt quang học, chiết suất của nó thay đổi từ lớp này sang lớp khác (Hình 299).

Cơm. 299. Sự thay đổi chiết suất của khí quyển Trái đất

Khi một chùm ánh sáng truyền trong hệ như vậy, theo định luật khúc xạ, nó sẽ bị “ép” vuông góc với ranh giới lớp. Nhưng mật độ của khí quyển không giảm đột ngột mà liên tục, dẫn đến độ cong đều và sự quay của chùm tia một góc α khi nó đi qua khí quyển.

Do khúc xạ khí quyển, chúng ta thấy Mặt trăng, Mặt trời và các ngôi sao khác cao hơn một chút so với vị trí thực tế của chúng.

Vì lý do tương tự, độ dài của ngày tăng lên (ở vĩ độ của chúng ta là 10-12 phút) và các đĩa Mặt Trăng và Mặt Trời ở đường chân trời co lại. Điều thú vị là góc khúc xạ tối đa là 35" (đối với các vật thể ở gần đường chân trời), vượt quá kích thước góc biểu kiến ​​của Mặt trời (32").

Từ thực tế này, người ta suy ra: tại thời điểm chúng ta thấy mép dưới của ngôi sao đã chạm vào đường chân trời, trên thực tế, đĩa mặt trời đã ở dưới đường chân trời (Hình 300).

Cơm. 300. Khúc xạ khí quyển của tia lúc hoàng hôn

Những ngôi sao lấp lánh

Những ngôi sao lấp lánh cũng liên quan đến khúc xạ thiên văn của ánh sáng. Từ lâu, người ta đã lưu ý rằng hiện tượng nhấp nháy dễ nhận thấy nhất ở các ngôi sao nằm gần đường chân trời. Các dòng không khí trong khí quyển làm thay đổi mật độ của không khí theo thời gian, dẫn đến sự nhấp nháy rõ ràng của thiên thể. Các phi hành gia trên quỹ đạo không quan sát thấy bất kỳ hiện tượng nhấp nháy nào.

ảo ảnh

Ở các vùng sa mạc hoặc thảo nguyên nóng và ở các vùng cực, không khí nóng lên hoặc làm mát mạnh bề mặt trái đất dẫn đến sự xuất hiện ảo ảnh: Nhờ độ cong của tia, các vật thể thực sự nằm ở xa đường chân trời sẽ trở nên nhìn thấy được và có vẻ gần gũi.

Đôi khi hiện tượng này được gọi khúc xạ mặt đất. Sự xuất hiện của ảo ảnh được giải thích là do sự phụ thuộc của chiết suất của không khí vào nhiệt độ. Có những ảo ảnh thấp kém và cao cấp.

Ảo ảnh kém hơn có thể được nhìn thấy vào một ngày hè nóng nực trên con đường nhựa được sưởi ấm: đối với chúng ta, dường như có những vũng nước phía trước, nhưng thực tế không có ở đó. Trong trường hợp này, chúng ta coi “vũng nước” là sự phản xạ gương của các tia từ các lớp không khí được làm nóng không đồng đều nằm gần lớp nhựa đường “nóng”.

ảo ảnh phía trên Chúng được phân biệt bởi sự đa dạng đáng kể: trong một số trường hợp, chúng cho hình ảnh trực tiếp (Hình 301, a), trong những trường hợp khác - hình ảnh ngược (Hình 301, b), chúng có thể gấp đôi và thậm chí gấp ba. Những đặc điểm này gắn liền với sự phụ thuộc khác nhau nhiệt độ không khí và chiết suất theo độ cao.

Cơm. 301. Hình thành ảo ảnh: a - ảo ảnh trực tiếp; b - ảo ảnh ngược

cầu vồng

Lượng mưa trong khí quyển dẫn đến sự xuất hiện của các hiện tượng quang học ngoạn mục trong khí quyển. Vì vậy, trong cơn mưa, một cảnh tượng tuyệt vời và khó quên là sự hình thành cầu vồng, điều này được giải thích là do hiện tượng khúc xạ (tán sắc) và phản xạ khác nhau của tia mặt trời lên những giọt nhỏ nhất trong khí quyển (Hình 302).

Cơm. 302. Sự hình thành của cầu vồng

Trong những trường hợp đặc biệt thành công, chúng ta có thể nhìn thấy nhiều cầu vồng cùng một lúc, thứ tự màu sắc bị đảo ngược.

Tia sáng liên quan đến sự hình thành cầu vồng trải qua hai lần khúc xạ và phản xạ nhiều lần trong mỗi giọt mưa. Trong trường hợp này, đơn giản hóa phần nào cơ chế hình thành cầu vồng, chúng ta có thể nói rằng những hạt mưa hình cầu đóng vai trò như một lăng kính trong thí nghiệm của Newton về sự phân hủy ánh sáng thành quang phổ.

Do tính đối xứng không gian, cầu vồng có thể nhìn thấy dưới dạng hình bán nguyệt với góc mở khoảng 42°, trong khi người quan sát (Hình 303) phải ở giữa Mặt trời và những hạt mưa, quay lưng về phía Mặt trời.

Sự đa dạng của màu sắc trong khí quyển được giải thích bằng các mẫu tán xạ ánh sáng trên các hạt có kích thước khác nhau. Do thực tế rằng Màu xanh tán xạ nhiều hơn màu đỏ - vào ban ngày, khi Mặt trời ở trên đường chân trời, chúng ta thấy bầu trời có màu xanh. Vì lý do tương tự, ở gần đường chân trời (lúc hoàng hôn hoặc bình minh), Mặt trời trở nên đỏ và không sáng như lúc thiên đỉnh. Sự xuất hiện của các đám mây màu cũng liên quan đến sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt có kích thước khác nhau trong đám mây.

Văn học

Zhilko, V.V. Vật lý: SGK. trợ cấp lớp 11. giáo dục phổ thông các tổ chức bằng tiếng Nga ngôn ngữ đào tạo với thời gian học 12 năm (cơ bản và nâng cao) / V.V. Zhilko, LG Markovich. - Minsk: Nè. Asveta, 2008. - trang 334-337.