Сонце червоне зійде. Креслення, опис

ДИТЯЧА НАУКОВА ЛАБОРАТОРІЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Дитяча наукова лабораторія

Сонце червоне зійде. Дитяча наукова лабораторія

Дитяча наукова лабораторія

Забарвлення неба, колір Сонця і Місяця, багато оптичних і акустичних явищ визначаються тим, що електромагнітні та пружні хвилі різної довжини розсіюються в атмосфері по-різному, підкоряючись закону Релея.

Влітку мало хто бачить сонце, що сходить - воно встає занадто рано. Зате заходи сонця постають перед нами у всій своїй красі: величезна куля, змінюючи свій колір від яскраво-червоного до темно-бордового, повільно опускається по синьому небу, забарвлюючи його в жовті, зелені, рожеві тони, і ховається за горизонтом... то вважали, що повітря саме собою має синій колір і тому атмосфера поглинає червоні промені. Але тоді Сонце і Місяць біля обрію здавалися б блакитнішими, ніж у зеніті: промені світла від них, перш ніж досягти спостерігача, проходять тим більшу товщу повітря, чим нижче опускається світило. Після появи електромагнітної теорії світла стало ясно, що світлові хвилі в атмосфері повинні розсіюватися частинками, зваженими в повітрі, як хвилі на воді – камінням та скелями, що стоять на їхньому шляху. Припустив і довів це на досвіді в 1868 англійський фізик Дж. Тіндаль. Однак через три роки Дж. У. Релей показав, що розсіювання світла має відбуватися і в ідеально чистій атмосфері на її оптичній неоднорідності – флуктуаціях густини. Неоднорідності ці безперервно виникають у результаті випадкового скупчення молекул при їхньому тепловому русі і миттєво розсмоктуються, щоб знову утворитися в іншому місці.

Світло, що проходить через порожнечу або крізь абсолютно однорідне середовище, не розсіюється: розміри молекул у тисячі разів менші за довжину світлової хвилі, і світло йде, "не помічаючи" їх. Неоднорідності середовища стають свого роду призмами, які розсіюють світло тим сильніше, чим значніша щільність повітря в них відрізняється від середнього значення. І, звичайно, чим більше таких неоднорідностей. Середовище з оптичними неоднорідностями розміром 0,1-0,2 середньої довжини світлової хвилі називається каламутною.

У каламутному середовищі світлові хвилі різної довжини розсіюються по-різному: короткохвильове випромінювання, синя частина спектру – сильніша, довгохвильова, червона – слабша. Залежність розсіювання від довжини хвилі дуже сильна - вона обернено пропорційна четвертого ступеня довжини хвилі. Отже, синє світло, довжина хвилі якого (0,5 мкм) в 1,4 рази менше довжини хвилі світла червоного (0,7 мкм), у каламутному середовищі розсіюється (1,4)⁴=4 рази сильніше!

Сонце червоне зійде

Електромагнітна хвиля, падаючи на молекули речовини, взаємодіє зі своїми електронами. Електрони, настільки слабко пов'язані з атомами, що під дією хвилі можуть помітно зміщуватися (їх називають тому "оптичними електронами"), зазнають періодичного прискорення, пропорційного квадрату частоти, і породжують змінне магнітне поле. У полі виникає вторинна електромагнітна хвиля, амплітуда якої пропорційна прискоренню електрона, а інтенсивність – квадрату амплітуди.

Таким чином, інтенсивність випромінюваного вторинного світла пропорційна четвертого ступеня частоти світла падаючого або - що те саме - обернено пропорційна четвертого ступеня довжини його хвилі. Це вторинне випромінювання і є світлом, розсіяним у каламутному середовищі, а залежність його інтенсивності від довжини хвилі називається законом Релея.

Сонце червоне зійде

Частинки, розміри яких більші за довжину світлової хвилі (0,5-0,7 мкм), розсіюють світло переважно у напрямку падаючого променя, а розподіл його інтенсивності стає досить складним.

Сонце червоне зійде

Частинки розміром порядку 0,1 мкм розсіюють падаюче світло однаково вперед і назад і в поперечному напрямку вдвічі слабше, ніж у поздовжньому.

Ця залежність називається законом Релея. Нею пояснюється червоний колір заходу сонця, синій - неба, а також колір морської води (на мілководді до синього розсіяного світла домішується жовтий, відбитий від піщаного дна, і вода стає зеленою). З цієї причини попереджувальні вогні, стоп-сигіали та інші знаки небезпеки роблять червоними (їх видно здалеку), а червоний фільтр на об'єктиві фотоапарата допомагає під час зйомки в серпанку. На таких знімках небо виходить дуже темним, майже чорним, листя – світле, а деталі далеких предметів виходять досить ясно. (Зауважимо принагідно, що за допомогою червоного фільтра фотографи та кінооператори зображують місячну ніч під час зйомки в яскравий сонячний опівдні.)

Синій фільтр навпаки створює на знімку відчуття таємничого світу, прихованого за туманною завісою. Під час війни під'їзди будинків освітлювалися синіми пампами - їхнє світло, швидко розсіюючись в атмосфері, не було видно з повітря.

Дуже дрібні частинки розсіюють світло однаково сильно по ходу падаючого променя і проти нього і в 2 рази слабше - у перпендикулярному напрямку. Відповідно змінюється і насиченість кольору піднебіння. Коли частки стають більшими, залежність ця виявляється набагато складнішою. Світло починає розсіюватися в основному вперед, у напрямку падаючого світла, змінюється його спектральний склад. Залежність від довжини хвилі стає не репеєвською (Lambda4), а квадратичною (Lambda2). Роблячись ще більшими, частинки починають розсіювати всі довжини хвиль однаково. Так відбувається, коли легкий серпанок ущільнюється і перетворюється на молочно-білий туман. З цієї причини жовто-жовтогарячі "протитуманні" автомобільні фари насправді в тумані не працюють: їхнє світло там розсіюється так само сильно, як і біле. Більше того: у сильному серпанку він стає червонуватим, і його можна сплутати із задніми вогнями автомобіля, що віддаляється (буває, з найсумнішими наслідками). У степах і пустелях білясте небо – тривожна ознака. Він каже, що наближається сильний вітер, ураган, що піднімає у повітря хмари дрібного піску та пилу. І тільки дощ, "промив" повітря, може повернути небосхилу синяву. Справедлива і прикмета: "Місяць червоніє - до вітру та поганої погоди". Вітер інтенсивно перемішує шари повітря різної температури; кількість флуктуації у своїй різко зростає.

Поставивши нескладний досвід, можна подивитися, як змінюються кольори світла, що проходить і розсіяного (див. малюнок.). У скляну банку наливають слабкий розчин гіпосульфіту. Пучок білого світла від діапроектора пропускають крізь посудину та фокусують на паперовому екрані, отримуючи світлове коло. Потім банку по краплях додають розведену соляну кислоту (концентрацію розчинів підбирають дослідним шляхом). Через кілька хвилин із розчину почне осідати продукт реакції - дрібнодисперсна сірка. Частинки сірки збільшуються в розмірах, і одночасно світлова пляма на екрані стає спочатку жовтою, а потім червоною і, нарешті, багряною, нагадуючи захід сонця. Розчин у посудині, який був абсолютно прозорим на початку досвіду, набуває синє забарвлення, яке врешті-решт стає білястим, як туман. Якщо почекати, доки частинки сірки осядуть на дно, розчин знову стане прозорим, а світлова пляма – білою.

Аналогічним чином поводяться звукові хвилі та хвилі на воді: низькі їх частоти розсіюються теж набагато слабше, ніж високі. Звукові коливання взаємодіють із середовищем зовсім не так, як електромагнітні - вони "розгойдують" не окремі електрони в молекулах повітря, а повністю ділянки підвищеної щільності та зважені в ньому частинки. Особливо сильно розсіює та поглинає звук туман. Звуки в тумані стають глухими, низькими і важко визначити, звідки вони йдуть.

Цікаві речі відбуваються часом зі звуком, що відбився від далеких предметів – луною. Дж. Релей досліджував випадок, коли звук голосу, відбитого від стіни соснового лісу, підвищувався на октаву. Цілком очевидно, що тільки за рахунок відбиття від нерухомої перешкоди частота звукових коливань зрости не може. Але людський голос, крім основного тону, містить у собі безліч додаткових обертонів вищої частоти, які ми зазвичай не сприймаємо. Сосни, з їхньою тонкою і рідкою хвоєю, служать для звуку "каламутним середовищем", яке низькі частоти добре пропускає, а високі - відбиває. До спостерігача повертаються лише обертони його голосу, а здається, що весь звук раптово став вищим.

Люди із загостреним творчим сприйняттям – письменники, поети, композитори – чудово знають цю особливість атмосферної акустики. В оповіданні А. П. Чехова "Доктор" є чудова фраза:

"В цей час з двору чітко долинули звуки оркестру, який грав на дачному колі. Чути були не тільки труби, але навіть скрипки та флейти". На відкритому повітрі флейту та скрипку здалеку можна почути справді лише за особливо сприятливих умов.

А композитори, зображуючи військовий оркестр, що йде, не просто зменшують гучність його звучання, але в першу чергу поступово прибирають усі високі звуки. Музика звучить все тихіше, мелодія поступово зникає, і залишаються тільки глухі удари великого барабана і зітхання бас-гелікону. Полк пішов... Сходить червоне сонце...

Біле світло змінює колір

Сонце червоне зійде

Багато оптичних явищ, які ми бачимо щодня, відбуваються через те, що світло з різною довжиною хвилі на своєму шляху розсіюється по-різному.

Сонце поблизу горизонту – на сході та на заході сонця – завжди має червоний колір. Вечірнє небо синім або блакитним буває дуже рідко - тільки коли повітря в приземному шарі зовсім вільне від пилу та вологи. Кольори зорі створюють, змішуючись, розсіяні у запиленій атмосфері світлові хвилі різної довжини.

Молочна куля світильника на ескалаторі станції метро "Маяковська" та матовий ковпак настільної лампи. Молочне скло, що містить надзвичайно дрібний непрозорий барвник, служить для світла "каламутним середовищем", що сильно розсіює короткохвильову частину спектра. Нитка лампи, розпечена до білого кольору, здається тому темно-червоною. Грубі подряпини матового скла розсіюють електромагнітні хвилі будь-якої довжини однаково, і весь ковпак лампи світиться білим світлом.

Сонце червоне зійде

Автор: С.Транковський

Рекомендуємо цікаві статті розділу Дитяча наукова лабораторія:

▪ Тепло з нізвідки

▪ Барометр із лампочки

▪ Зроби батарейку

Дивіться інші статті розділу Дитяча наукова лабораторія.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Спиртуознавство теплого пива 07.05.2024

Пиво, як один із найпоширеніших алкогольних напоїв, має свій унікальний смак, який може змінюватись в залежності від температури споживання. Нове дослідження, проведене міжнародною групою вчених, виявило, що температура пива значно впливає на сприйняття алкогольного смаку. Дослідження, очолюване матеріалознавцем Лей Цзяном, показало, що з різних температурах молекули етанолу і води формують різні типи кластерів, що впливає сприйняття алкогольного смаку. При низьких температурах утворюються пірамідоподібні кластери, що знижує гостроту "етанолового" смаку і робить напій менш алкогольним на смак. Навпаки, при підвищенні температури кластери стають ланцюжнішими, що призводить до більш вираженого алкогольного смаку. Це пояснює, чому смак деяких алкогольних напоїв, таких як байцзю, може змінюватись в залежності від температури. Отримані дані відкривають нові перспективи для виробників напоїв, ...>>

Основний фактор ризику ігроманії 07.05.2024

Комп'ютерні ігри стають все більш популярним видом розваг серед підлітків, але супутній ризик ігрової залежності залишається значною проблемою. Американські вчені провели дослідження, щоб визначити основні фактори, що сприяють виникненню цієї залежності, та запропонувати рекомендації щодо її запобігання. Протягом шести років 385 підлітків були піддані спостереженню, щоб з'ясувати, які фактори можуть привертати до ігрової залежності. Результати показали, що 90% учасників дослідження не схильні до ризику залежності, у той час як 10% стали ігроманами. Виявилося, що ключовим фактором у появі ігрової залежності є низький рівень соціальної поведінки. Підлітки з низьким рівнем просоціальної поведінки не виявляють інтересу до допомоги та підтримки оточуючих, що може призвести до втрати контакту з реальним світом та поглиблення залежності від віртуальної реальності, запропонованої комп'ютерними іграми. На основі цих результатів вчені ...>>

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Випадкова новина з Архіву

Бездротові повнорозмірні навушники Baseus D03 23.06.2023

Бренд Baseus представив свою нову модель бездротових повнорозмірних навушників Baseus D03, які поповнили асортимент аудіопристроїв.

Навушники Baseus D03 мають регульоване металеве оголов'я і комфортні м'які амбушури, які можуть повертатися на 95 градусів для оптимального комфорту в різних ситуаціях. Кнопки багатофункціонального призначення розташовані на одній із сторін навушників.

Ці навушники оснащені 40-міліметровими динамічними драйверами, підтримують режим низької затримки з бінарною затримкою 0,08 секунди, а також мають Bluetooth 5.3 з діапазоном дії до 10 метрів. Вони також мають 3,5-міліметровий аудіороз'єм для підключення провідного зв'язку.

Навушники Baseus D03 живляться від вбудованого акумулятора ємністю 300 мАг, який забезпечує до 30 годин автономної роботи. Заряджання навушників здійснюється через порт USB-C.

У Китаї вартість навушників Baseus D03 складає лише 16 доларів. Вони доступні в чорному, білому та сірому кольорах, пропонуючи різноманітні варіанти вибору для споживачів.

Інші цікаві новини:

▪ Від кохання ростуть нерви

▪ Зуби для харчування м'ясом

▪ Імпульсні трансформатори Bourns для ізольованих джерел живлення

▪ Чемпіонат з футболу серед роботів

▪ Нова таблетка замінює щоденний прийом ліків

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Аудіо та відеоспостереження. Добірка статей

▪ стаття Роздача слонів. Крилатий вислів

▪ стаття Що таке ящур? Детальна відповідь

▪ стаття Майстер педикюру. Посадова інструкція

▪ стаття Вимірювач вологості з ємнісним датчиком. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Невидимка та хитра змія. Фізичний експеримент

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт