Per molto tempo, miraggi, figure tremolanti nell'aria, persone allarmate e terrorizzate. Al giorno d'oggi, gli scienziati hanno rivelato molti segreti della natura, compresi i fenomeni ottici. Non sono sorpresi dai misteri naturali, la cui essenza è stata a lungo studiata. Al liceo oggi, i fenomeni ottici vengono insegnati in fisica in terza media, quindi qualsiasi studente può comprenderne la natura.
Concetti di base
Gli scienziati dell'antichità credevano che l'occhio umano vedesse sentendo gli oggetti con i tentacoli più sottili. L'ottica a quel tempo era lo studio della vista.
Nel Medioevo l'ottica studiava la luce e la sua essenza.
Oggi l'ottica è una parte della fisica che studia la propagazione della luce attraverso vari mezzi e la sua interazione con altre sostanze. Tutti i problemi relativi alla vista sono studiati dall'ottica fisiologica.
I fenomeni ottici sono manifestazioni di diverse azioni eseguite da raggi di luce. Sono studiati dall'ottica atmosferica.
Processi insoliti nell'atmosfera
Il pianeta Terra è circondato da un guscio gassoso chiamato atmosfera. Il suo spessore è di centinaia di chilometri. Più vicino alla Terra, l'atmosfera è più densa, nella direzioneverso l' alto è scarso. Le proprietà fisiche del guscio atmosferico cambiano costantemente, gli strati sono mescolati. Cambia le temperature. Densità, spostamento della trasparenza.
I raggi di luce vanno dal Sole e da altri corpi celesti verso la Terra. Passano attraverso l'atmosfera terrestre, che funge da sistema ottico specifico per loro, modificandone le caratteristiche. I raggi di luce si riflettono, si disperdono, attraversano l'atmosfera, illuminano la terra. In determinate condizioni, il percorso dei raggi è piegato, quindi si verificano vari fenomeni. I fisici considerano i fenomeni ottici più originali:
- tramonto al sole;
- apparizione dell'arcobaleno;
- aurora boreale;
- miraggio;
- alone.
Diamo un'occhiata più da vicino.
Aureola intorno al sole
La stessa parola "alone" in greco significa "cerchio". Quale fenomeno ottico è alla base?
L'alone è il processo di rifrazione e riflessione dei raggi che si verifica nei cristalli delle nubi in alto nell'atmosfera. Il fenomeno si presenta come raggi luminosi vicini al Sole, limitati da un intervallo di oscurità. Gli aloni di solito si formano prima dei cicloni e possono essere i loro precursori.
Le gocce d'acqua si congelano nell'aria e assumono la forma prismatica corretta con sei lati. Tutti hanno familiarità con i ghiaccioli che appaiono negli strati atmosferici inferiori. Nella parte superiore, tali aghi di ghiaccio cadono liberamente in direzione verticale. I banchi di ghiaccio cristallini stanno ruotando, scendendo a terra, mentre hanno una disposizione parallela lungorelazione con la terra. Una persona dirige la vista attraverso i cristalli, che agiscono come lenti e rifrangono la luce.
Altri prismi sono piatti o sembrano stelle con sei raggi. I raggi di luce che cadono sui cristalli potrebbero non subire rifrazione o subire una serie di altri processi. Accade raramente che tutti i processi siano chiaramente visibili, di solito una o l' altra parte del fenomeno appare più chiaramente, mentre altre sono scarsamente rappresentate.
Un piccolo alone è un cerchio attorno al sole con un raggio di circa 22 gradi. Il colore del cerchio è rossastro dall'interno, poi sfocia nel giallo, nel bianco e si mescola con l'azzurro del cielo. L'area interna del cerchio è scura. Si forma come risultato della rifrazione della luce negli aghi di ghiaccio che volano nell'aria. I raggi nei prismi sono deviati con un angolo di 22 gradi, quindi quelli che sono passati attraverso i cristalli appaiono all'osservatore deviati di 22 gradi. Pertanto, l'interno appare scuro.
Il colore rosso è meno rifratto, mostrando il meno deviato dal sole. Il prossimo è il giallo. Gli altri raggi si mescolano e appaiono bianchi.
C'è un alone di 46 gradi intorno all'alone di 22 gradi. Anche la sua regione interna è rossastra perché la luce viene rifratta in aghi di ghiaccio che si trovano a 90 gradi rivolti verso il sole.
È anche noto l'alone di 90 gradi, brilla debolmente, non ha quasi colore o è colorato di rosso all'esterno. Gli scienziati non hanno ancora studiato a fondo questa varietà.
Alone intorno alla lunae altre specie
Questo fenomeno ottico è spesso visto quando ci sono nuvole leggere e molti banchi di ghiaccio cristallino in miniatura nel cielo. Ciascuno di questi cristalli è una specie di prisma. Fondamentalmente, la loro forma è di esagoni allungati. La luce entra nella regione cristallina anteriore e, uscendo dalla parte opposta, viene rifratta di 22 gradi.
In inverno, si può vedere un alone nell'aria fredda vicino ai lampioni. Appare dalla luce di una lanterna.
Un alone attorno al Sole può formarsi anche nell'aria gelida e nevosa. I fiocchi di neve sono nell'aria, la luce passa attraverso le nuvole. Al tramonto della sera, questa luce diventa rossa. Nei secoli passati, le persone superstiziose erano inorridite da tali fenomeni.
L'alone potrebbe sembrare un cerchio color arcobaleno attorno al Sole. Sembra che ci siano molti cristalli con sei facce nell'atmosfera, ma non riflettono, ma rifrangono i raggi del sole. La maggior parte dei raggi sono dispersi, non raggiungono i nostri occhi. Il resto dei raggi raggiunge l'occhio umano e notiamo un cerchio iridescente attorno al Sole. Il suo raggio è di circa 22 gradi o 46 gradi.
Falso sole
Gli scienziati hanno notato che il cerchio dell'alone è sempre più luminoso sui lati. Ciò è spiegato dal fatto che qui si incontrano aloni verticali e orizzontali. Alle loro intersezioni possono apparire falsi soli. Questo accade soprattutto quando il Sole è vicino all'orizzonte, momento in cui non possiamo più vedere parte del cerchio verticale.
Anche il falso sole è un fenomeno ottico, una specie di alone. Sembra dovuto acristalli di ghiaccio a sei facce, a forma di chiodi. Tali cristalli fluttuano nell'atmosfera in direzione verticale, la luce viene rifratta sulle loro facce laterali.
Un terzo "sole" può anche formarsi se solo la parte superficiale del cerchio dell'alone è visibile sopra il vero sole. Può essere un segmento di un arco o un punto luminoso di forma incomprensibile. A volte i falsi soli sono così luminosi da essere indistinguibili dal vero Sole.
Arcobaleno
Questo è un fenomeno ottico atmosferico sotto forma di un cerchio incompleto con colori diversi.
Le religioni dell'antichità consideravano l'arcobaleno come un ponte dal cielo alla terra. Aristotele credeva che l'arcobaleno appaia a causa del riflesso delle gocce di luce solare. Quale fenomeno ottico può ancora piacere a una persona tanto quanto un arcobaleno?
Nel 17° secolo, Cartesio studiò la natura dell'arcobaleno. Più tardi, Newton sperimentò con la luce e integrò la teoria di Cartesio, ma non riuscì a capire la formazione di diversi arcobaleni, l'assenza di singole sfumature di colore in essi.
La teoria completa dell'arcobaleno fu presentata nel 19° secolo da un astronomo inglese, D. Erie. Fu lui che riuscì a rivelare tutti i processi dell'arcobaleno. La teoria che ha sviluppato è ancora accettata oggi.
Un arcobaleno appare quando la luce del sole colpisce una cortina di acqua piovana nella regione del cielo opposta al Sole. Il centro dell'arcobaleno si trova in un punto sul lato opposto del Sole, cioè non è visibile all'occhio umano. L'arco dell'arcobaleno è la parte del cerchio attorno a questo punto centrale.
I colori dell'arcobaleno sono disposti in un certo ordine. Lui è costante. Il rosso è sul bordo superiore, il viola è in basso. Tra di loro, i colori vanno in una rigida disposizione. L'arcobaleno non contiene tutti i colori esistenti. La predominanza del verde indica il passaggio a condizioni meteorologiche favorevoli.
Aurora Boreale
Questo è un bagliore negli strati magnetici superiori dell'atmosfera dovuto all'influenza reciproca degli atomi e degli elementi del vento solare. Le aurore sono generalmente verdi o blu con sfumature rosa e rosse. Possono avere la forma di un nastro o di un punto. Le loro esplosioni sono spesso accompagnate da suoni rumorosi.
Miragio
I semplici inganni mirati sono familiari a qualsiasi persona. Ad esempio, quando si guida su asf alto riscaldato, appare un miraggio come una superficie d'acqua. Questo non sorprende nessuno. Quale fenomeno ottico spiega la comparsa dei miraggi? Soffermiamoci su questo problema in modo più dettagliato.
Il miraggio è un fenomeno fisico ottico nell'atmosfera, in conseguenza del quale l'occhio vede oggetti nascosti alla vista in condizioni normali. Ciò è dovuto alla rifrazione del raggio di luce mentre scorre attraverso gli strati d'aria. Gli oggetti che si trovano a una distanza considerevole possono alzarsi o abbassarsi rispetto alla loro posizione reale, oppure possono essere distorti e assumere forme bizzarre.
Fantasma rotto
Questo è un fenomeno in cui, al tramonto o all'alba, l'ombra di una persona che si trova su un' altura acquista proporzioni incomprensibili, poiché cade sulle nuvole che gli sono vicine. Questo è spiegatoriflessione e rifrazione dei raggi luminosi da parte delle goccioline d'acqua in condizioni di nebbia. Il fenomeno prende il nome da una delle alture dei monti tedeschi Harz.
Fuoco di Sant'Elmo
Questi sono pennelli luminosi di colore blu o viola sugli alberi delle navi marittime. Le luci possono apparire su alture montuose, su edifici di altezza impressionante. Questo fenomeno si verifica a causa di scariche elettriche ai capi dei conduttori dovute al fatto che la tensione elettrica aumenta.
Questi sono i fenomeni ottici considerati nelle lezioni di terza media. Parliamo di dispositivi ottici.
Design in ottica
I dispositivi ottici sono dispositivi che convertono la radiazione luminosa. Di solito questi dispositivi funzionano in luce visibile.
Tutti i dispositivi ottici possono essere divisi in due tipi:
- Dispositivi in cui l'immagine viene ottenuta sullo schermo. Queste sono fotocamere, cineprese, dispositivi di proiezione.
- Dispositivi che interagiscono con l'occhio umano, ma non formano immagini sullo schermo. Questa è una lente d'ingrandimento, un microscopio, telescopi. Questi dispositivi sono considerati visivi.
Una fotocamera è un dispositivo opto-meccanico utilizzato per ottenere immagini di un oggetto su pellicola. Il design della fotocamera include una fotocamera e obiettivi che formano l'obiettivo. L'obiettivo crea un'immagine in miniatura invertita dell'oggetto catturato su pellicola. Ciò è dovuto all'azione della luce.
L'immagine è inizialmente invisibile, ma grazie alla soluzione di sviluppo diventa visibile. Questa immagine è chiamatanegativo, in esso i luoghi luminosi sembrano scuri e viceversa. Fai un positivo dal negativo su carta fotosensibile. Utilizzando un ingranditore fotografico, l'immagine viene ingrandita.
Una lente d'ingrandimento è una lente o un sistema di lenti progettato per ingrandire gli oggetti mentre li si guarda. La lente d'ingrandimento viene posizionata vicino all'occhio, viene selezionata la distanza da cui l'oggetto è visto chiaramente. L'uso di una lente d'ingrandimento si basa sull'aumento dell'angolo di campo da cui viene visualizzato l'oggetto.
Per ottenere un ingrandimento angolare maggiore, usa un microscopio. In questo dispositivo, l'ingrandimento degli oggetti avviene grazie al sistema ottico, costituito da una lente e da un oculare. In primo luogo, l'angolo di campo viene aumentato dall'obiettivo, quindi dall'oculare.
Quindi, abbiamo considerato i principali fenomeni e dispositivi ottici, le loro varietà e caratteristiche.
