Безкоштовна технічна бібліотека

Чому небо блакитне? Дитяча наукова лабораторія

Довідник / Дитяча наукова лабораторія

 Коментарі до статті

У ясний сонячний день над нами небо виглядає яскраво-синім. Увечері захід сонця забарвлює небосхил у червоні, рожеві та оранжеві кольори. Чому небо синє? Що робить захід сонця червоним?

Для відповіді на ці запитання потрібно знати, що таке світло, і з чого складається атмосфера Землі.

атмосфера

Атмосфера - це суміш газів та інших частинок, що оточують землю. В основному атмосфера складається з газоподібного азоту (78%) і кисню (21%). Газ аргон і вода (у вигляді пари, крапель і крижаних кристалів), що йдуть за поширеністю в атмосфері, їх концентрація не перевищує відповідно 0,93% і 0,001%. В атмосфері Землі в невеликих кількостях містяться й інші гази, а також дрібні частки пилу, сажі, попелу, пилку та солі, що потрапляє в атмосферу з океанів.

Склад атмосфери змінюється у невеликих межах залежно від місця, погоди тощо. Концентрація води в атмосфері збільшується під час зливових штормів, а також поблизу океану. Вулкани здатні викинути величезну кількість попелу високо в атмосферу. Техногенні забруднення можуть додати до звичайного складу атмосфери різні гази або пил і сажу.

Щільність атмосфери на низькій висоті біля Землі є найбільшою, зі збільшенням висоти вона плавно зменшується. Між атмосферою та космосом відсутня будь-яка яскраво виражена межа.

світлові хвилі

Світло є різновидом енергії, перенесення якої здійснюється за допомогою хвиль. Крім світла, за допомогою хвиль здійснюється перенесення інших видів енергій, наприклад звукова хвиля є коливаннями повітря. Світлова хвиля є коливаннями електричних та магнітних полів, цей діапазон називається електромагнітним спектром.

Електромагнітні хвилі поширюються через безповітряний простір зі швидкістю 299,792 км/с. Швидкість поширення цих хвиль називається швидкістю світла.

Параметри світлової хвилі

Енергія випромінювання залежить від довжини хвилі та її частоти. Довжина хвилі – це відстань між двома найближчими вершинами (або западинами) хвилі. Частота хвилі – це кількість коливань хвилі за секунду. Чим довша хвиля, тим нижча її частота, і тим менше енергії вона несе.

Кольори видимого світла

Видимий світло є частиною електромагнітного спектру, який може бути видно нашими очима. Світло, що випромінюється Сонцем або лампою розжарювання може мати білий колір, але насправді воно є сумішшю різних кольорів. Можна побачити різні кольори видимого спектру світла, розклавши його на складові за допомогою призми. Цей спектр також можна спостерігати на небі у вигляді веселки, що виникає через заломлення світла Сонця в крапельках води, що діють як одна гігантська призма.

Веселка

Кольори спектру змішуються, безперервно переходять один до одного. На одному кінці спектр має червоний чи оранжевий кольори. Ці кольори плавно переходять у жовтий, зелений, блакитний, індиго та фіолетовий кольори. Кольори мають різні довжини хвиль, різні частоти та різняться за енергіями.

Поширення світла у повітрі

Світло поширюється через простір до того часу, поки на його шляху немає перешкод. При вході світлової хвилі в атмосферу світло продовжує поширюватися прямолінійно до тих пір, поки на його шляху не виявиться пил або молекули газу. У цьому випадку те, що станеться зі світлом, буде залежати від його довжини хвилі та розміру частинок, що опинилися на його шляху.

Частинки пилу та краплі води мають розміри набагато більше, ніж довжина хвилі видимого світла. Світло відбивається у різних напрямках при зіткненнях із цими великими частинками. Різні кольори видимого світла однаково відбиваються цими частинками. Відбите світло здається білим, так як воно все ще містить ті ж кольори, які були в ньому до відображення.

Молекули газів мають менші розміри, ніж довжина хвилі видимого світла. Якщо світлова хвиля стикається з ними, то результат зіткнення може бути різним. Коли світло стикається з молекулою якогось газу, то частина його поглинається. Трохи пізніше молекула починає випромінювати світло у різних напрямках. Колір випромінюючого світла є тим самим кольором, який був поглинений. Але кольори різних довжин хвиль поглинаються по-різному. Будь-які кольори можуть поглинатися, але більш високі частоти (блакитний колір) поглинаються набагато сильніше ніж низькі частоти (червоний колір). Цей процес називається розсіюванням Релея, воно названо так на честь британського фізика Джона Релея, який відкрив це явище розсіяння у 1870-х роках.

Чому небо синє?

Небо має блакитний колір через розсіяння Релея. У міру просування світла через атмосферу більшість довгих хвиль оптичного спектру проходить без змін. Тільки незначна частина червоного, помаранчевого та жовтого кольорів взаємодіє з повітрям.

Однак багато коротших хвиль світла поглинаються молекулами газів. Після поглинання блакитний колір випромінюється у всіх напрямках. Він розсіюється всюди на небі. У якому напрямку не подивитися, частина з цього розсіяного синього світла досягає спостерігача. Так як синє світло видно всюди над головою, то й небо виглядає блакитним.

Розсіяне світло синього неба

Якщо подивитися у бік горизонту, то небо матиме блідий відтінок. Це результат того, що світло проходить більшу відстань в атмосфері до спостерігача. Розсіяне світло знову розсіюється атмосферою і менше блакитного кольору досягає очей спостерігача. Тому колір неба біля горизонту здається блідішим або навіть здається зовсім білим.

У горизонту небо блідне

Чорне небо та біле сонце

З Землі Сонце здається жовтим. Якби ми знаходилися в космосі чи на Місяці, то Сонце здавалося б нам білим. У космосі немає атмосфери, що розсіює сонячне світло. На Землі частина коротких хвиль сонячного світла (блакитний та фіолетовий кольори) поглинаються розсіянням. Частина спектру, що залишилася, виглядають жовтим кольором.

Крім того, у космосі небо виглядає темним чи чорним замість блакитного. Це результат відсутності атмосфери, отже світло не розсіюється.

Чорне небо у космосі

Чому захід сонця червоний?

Коли Сонце хилиться до заходу сонця, то сонячному світлу доводиться проходити більшу відстань в атмосфері, щоб досягти спостерігача, відповідно більше сонячного світла відбивається і розсіюється атмосферою. Оскільки менше прямого світла досягає спостерігача, то Сонце здається менш яскравим. Колір Сонця також здається іншим, він має діапазон кольорів від помаранчевого до червоного. Це відбувається через те, що розсіюється ще більше короткохвильових кольорів, блакитного та зеленого. Залишаються лише довгохвильові складові оптичного спектру, які й досягають очей спостерігача.

На заході сонця здається червоним

Небо навколо заходу сонця може бути пофарбовано в різні кольори. Найбільш красивим небо буває тоді, коли повітря містить безліч маленьких частинок пилу чи води. Ці частки відбивають світло у всіх напрямках. В цьому випадку відбувається розсіювання більш коротких світлових хвиль. Спостерігач бачить світлові промені довших хвиль, і тому небо здається червоним, рожевим чи оранжевим.

Детальніше про атмосферу

Що таке атмосфера?

Атмосфера - це суміш газів та інших речовин, що оточують Землю, у вигляді тонкої, переважно прозорої оболонки. Атмосфера утримується дома завдяки тяжінню Землі. Основними компонентами атмосфери є азот (78,09%), кисень (20,95%), аргон (0,93%) та діоксид вуглецю (0.03%). Також у атмосфері містяться у невеликих кількостях вода (у різних місцях її концентрація коливається від 0% до 4%), тверді частинки, гази неон, гелій, метан, водень, криптон, озон і ксенон. Наука, що вивчає атмосферу, називається метеорологією.

Життя на Землі було б неможливим без наявності атмосфери, яка постачає кисень, необхідний нам для дихання. Крім того, атмосфера виконує й іншу важливу функцію – вона вирівнює температуру по всій планеті. Якби атмосфери не було, то в одних місцях планети могла б бути спека, а в інших місцях сильний холод, діапазон температур міг би коливатися від -170°C вночі до +120°C вдень. Так само атмосфера захищає нас від шкідливого випромінювання Сонця та космосу, поглинаючи та розсіюючи його.

Від усієї кількості енергії Сонця, що досягає Землі, приблизно 30% відбивається хмарами та земною поверхнею назад у космос. Атмосфера поглинає приблизно 19% випромінювання Сонця і лише 51% поглинається поверхнею Землі.

Повітря має вагу, хоча ми не усвідомлюємо цього, і не відчуваємо тиску повітряного стовпа. На рівні моря цей тиск має одну атмосферу, або 760 мм ртутного стовпа (1013 мілібар або 101,3 кПа). Зі збільшенням висоти атмосферний тиск швидко знижується. Тиск зменшується в 10 разів при збільшенні висоти на кожні 16 км. Це означає, що при тиску 1 атмосфера на рівні моря, на висоті 16 км тиск дорівнює 0,1 атм, а на висоті 32 км - 0,01 атм.

Щільність атмосфери в нижчих її шарах становить 1,2 кг/м3. У кожному кубічному сантиметрі повітря міститься приблизно 2,7*1019 молекул. На рівні землі кожна молекула рухається зі швидкістю близько 1600 км/год, причому частота зіткнення з іншими молекулами становить 5 мільярдів разів на секунду.

Щільність повітря також швидко падає із зростанням висоти. На висоті 3 км густина повітря зменшується на 30%. Люди, які живуть поблизу рівня моря при піднятті на таку висоту, мають тимчасові проблеми з диханням. Найбільша висота, де постійно проживають люди, становить 4 км.

Будова атмосфери

Атмосфера складається з різних шарів, поділ на ці шари відбувається за їх температурою, молекулярним складом та електричними властивостями. Ці шари немає яскраво виражених меж, вони сезонно змінюються, і навіть їх параметри змінюються різних широтах.

шари атмосфери

Поділ атмосфери на шари залежно від їхнього молекулярного складу

• Гомосфера
• Нижні 100 км, включаючи Тропосферу, Стратосферу та Мезопаузу.
• становить 99% маси атмосфери.
• Молекули не поділяються за молекулярною вагою.
• Склад досить однорідний, крім деяких невеликих локальних аномалій. Однорідність підтримується постійним змішуванням, турбуленцією та турбулентною дифузією.
• Вода одна із двох компонентів, розподілених нерівномірно. Коли водяна пара піднімається вгору, вона охолоджується і конденсується, повертаючись потім на землю у вигляді опадів - снігу та дощу. Стратосфера сама собою дуже суха.
• Озон є іншою молекулою, розподіл якої нерівномірний. (Про озоновий шар у стратосфері читайте нижче.)

Гетеросфера

• Простягається вище гомосфери, включає в себе Термосферу та Екзосферу.
• Поділ молекул цього шару ґрунтується на їх молекулярних масах. Більш важкі молекули, такі як азот та кисень, концентруються в нижній частині шару. Більш легкі, гелій та водень, переважають у верхній частині гетеросфери.

Поділ атмосфери на шари в залежності від їх електричних властивостей

Нейтральна атмосфера

• Нижче за 100 км.

Іоносфера

• Приблизно понад 100 км.
• Містить електрично заряджені частинки (іони), що виникають при поглинанні ультрафіолетового світла
• Ступінь іонізації змінюється із висотою.
• Різні шари відбивають довгі та короткі радіохвилі. Це дозволяє радіосигналам, що розповсюджуються по прямій, огинати сферичну поверхню землі.
• У цих атмосферних шарах відбуваються полярні сяйва.

Магнітосфера є верхньою частиною іоносфери, що тягнеться приблизно до висоти 70000 км, ця висота залежить від інтенсивності сонячного вітру. Магнітосфера захищає нас від заряджених частинок високих енергій сонячного вітру, утримуючи їх у магнітному полі Землі.

Поділ атмосфери на шари в залежності від їх температури

Висота верхньої межі тропосфери залежить від сезонів та широти. Вона простягається від земної поверхні до висоти приблизно 16 км у екватора, і до висоти 9 км на Північному та Південному полюсах.

Префікс "Тропо" означає зміни. Зміна параметрів тропосфери відбувається через погодні умови – наприклад, через переміщення атмосферних фронтів.

Зі збільшенням висоти температура падає. Тепле повітря піднімається нагору, потім охолоджується і спускається назад на Землю. Цей процес називається конвекцією, він виникає внаслідок руху повітряних мас. Вітри у цьому шарі дмуть переважно вертикально.

Цей шар містить більше молекул, ніж інші шари, разом узяті.

стратосфера - тягнеться приблизно від висоти 11 км до 50 км.

• Має дуже тонкий прошарок повітря.
• Префікс "страто" відноситься до шарів або поділу на шари.
• Нижня частина Стратосфери є досить спокійною. Реактивні літаки часто літають у нижній частині Стратосфери для того, щоб обійти погану погоду в Тропосфері.
• У верхній частині Стратосфери дмуть сильні вітри, відомі як висотні струменеві течії. Вони дмуть горизонтально зі швидкостями до 480 км/год.
• Стратосфера містить озоновий шар, розташований на висоті приблизно 12 до 50 км (залежно від широти). Хоча концентрація озону в цьому шарі лише 8 мл/м3, він дуже ефективно поглинає шкідливі ультрафіолетові промені сонця, тим самим захищаючи життя на землі. Молекула озону складається із трьох атомів кисню. Молекули кисню, якими ми дихаємо, містять два атоми кисню.
• Стратосфера дуже холодна, її температура становить приблизно -55 ° C у нижній частині і збільшується з висотою. Збільшення температури пов'язане з поглинанням ультрафіолетових променів киснем та озоном.

мезосфера - простягається до висот приблизно 100 км.

• Зі збільшенням висоти температура швидко зростає.
• Термосфера - тягнеться до висот приблизно 400 км.
• Зі збільшенням висоти температура швидко зростає через поглинання дуже короткохвильового ультрафіолетового випромінювання.
• Метеори, або "зірки, що падають", починають згоряти на висотах приблизно 110-130 км над поверхнею Землі.

Екзосфера - простягається на сотні кілометрів за Термосферу, поступово переходячи до космічного простору.

• Щільність повітря тут така низька, що застосування поняття температури втрачає всякий сенс.
• При зіткненні одна з одною молекули часто відлітають у космос.

Експерименти зі світлом

Перший експеримент - розкладання світла у спектр

Для проведення цього експерименту знадобиться:

• невелике дзеркало, шматок білого паперу чи картону, вода;
• велику дрібну посудину типи кювети або миски, або пластикова коробка з-під морозива;
• сонячна погода та вікно, що виходить на сонячну сторону.

Як проводити експеримент:

1. Наповніть кювету або миску на 2/3 водою, і поставте на підлогу або на стіл так, щоб пряме сонячне світло досягало води. Наявність прямого сонячного світла є обов'язковою для правильного проведення експерименту.
2. Встановіть дзеркало під водою так, щоб на нього потрапляли сонячні промені. Тримайте над дзеркалом шматок паперу так, щоб відбиті дзеркалом промені сонця потрапляли на папір, якщо необхідно, відрегулюйте їхнє взаємне положення. Спостерігайте кольоровий спектр паперу.

Експеримент із розкладанням світла на спектр

Що відбувається: вода та дзеркало діють як призма, розкладаючи світло на колірні складові спектру. Це відбувається тому, що промені світла, проходячи з одного середовища (повітря) до іншого (воду) змінюють свою швидкість і напрямок. Це називається рефракцією. Різні кольори переломлюються по-різному, фіолетові промені сильніше гальмуються і змінюють свій напрямок. Червоні промені уповільнюються та змінюють свій напрямок меншою мірою. Світло поділяється на кольори, і ми можемо бачити спектр.

Моделювання неба у скляній банці

Матеріали, необхідні для проведення експерименту:

• прозора висока склянка або прозора пластикова або скляна банка;
• вода, молоко, чайна ложка, ліхтарик;
• темна кімната;

Проведення експерименту:

1. Наповнити склянку або банку на 2/3 водою приблизно 300-400 мл.
2. У воду додати від 0,5 до ложки молока, суміш збовтати.
3. Взявши склянку та ліхтарик, перейти до темної кімнати.
4. Тримайте ліхтарик над склянкою з водою і спрямуйте промінь світла на поверхню води, подивіться на склянку збоку. При цьому вода матиме синюватий відтінок. Тепер направте ліхтарик на склянку збоку, і подивіться на промінь світла з іншого боку склянки, щоб світло пройшло через воду. При цьому у води з'явиться червоний відтінок. Помістіть ліхтарик під склянку і направте промінь світла вгору, дивлячись на воду зверху. При цьому червоний відтінок у води виглядатиме більш насиченим.

Моделювання розсіювання сонячного світла у банку з водою

Що в цьому експерименті відбувається: дрібні частинки молока, зважені у воді, розсіюють світло, що йде від ліхтарика так само, як частинки та молекули в повітрі розсіюють сонячне світло. Коли склянка освітлюється зверху, то вода здається блакитною через те, що блакитний колір розсіюється на всі боки. Коли ви дивитеся через воду безпосередньо на світло, то світло ліхтаря здається червоним, оскільки частина синіх променів була видалена через розсіювання світла.

Змішування квітів

Вам знадобиться:

• олівець, ножиці, білий картон або шматок ватману;
• кольорові олівці або фломастери, лінійка;
• кухоль або велика чашка з діаметром у верхній частині 7...10 см або штангенциркуль.
• паперовий стакан.

Як проводити експеримент:

1. Якщо немає штангенциркуля, то використовуйте кухоль як шаблон для малювання кола на шматку картону, виріжте це коло. За допомогою лінійки розділіть коло на 7 приблизно рівних секторів.
2. Розфарбуйте ці сім секторів в основні кольори кольорів - червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий. Намагайтеся розфарбувати диск якомога акуратніше та рівномірніше.
3. Виконайте отвір усередині диска і насадіть диск на олівець.
4. Виконайте отвір у днищі паперового стаканчика, діаметр отвору повинен бути трохи більше діаметра олівця. Переверніть стаканчик вгору дном і вставте в нього олівець з насадженим диском так, щоб грифель олівця спирався на стіл, відрегулюйте положення диска на олівці так, щоб диск не торкався дна стаканчика і знаходився над ним на висоті 0,5..1,5 див.
5. Швидко розкрутіть олівець і дивіться на диск, що обертається, зверніть увагу на його колір. За необхідності проведіть регулювання диска та олівця так, щоб вони могли легко обертатися.

Експеримент зі змішування кольорів

Пояснення побаченого явища: кольори, якими розфарбовані сектори диску, є основними складовими кольорами білого світла. Коли диск обертається досить швидко, здається, що кольори зливаються, і диск виглядає білим. Спробуйте експериментувати з іншими комбінаціями кольорів.

Публікація: the-mostly.ru

 Рекомендуємо цікаві статті розділу Дитяча наукова лабораторія:

▪ Фонтан у кімнаті

▪ Телескоп без єдиного скла

▪ Як обійтися без фреону

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 Переливання штучної крові 25.08.2023 Вчені з Кембриджського університету (Великобританія) розпочинають історичний етап у медицині – перші клінічні випробування з переливання штучно вирощеної крові людині. Два добровольці брали участь у цьому мільйонному науковому дослідженні, яке представляє переломний момент у медичній практиці. У ході експерименту пацієнтам було перелито 5-10 мл лабораторно вирощеної крові. Цей унікальний склад включав штучно створені еритроцити, які, як показали результати, мають потенціал для більш тривалого існування в організмі, ніж традиційні еритроцити з донорської крові. Наукове співтовариство визнає, що даний метод може надати значну допомогу пацієнтам, які страждають на захворювання крові, такі як анемія і рідкісні гематологічні стани. Крім цього, нова методика виявиться дуже корисною для людей, яким потрібні регулярні переливання. Цікаво, що на даний момент у учасників перших клінічних випробувань не було виявлено жодних небажаних побічних ефектів. У наступному етапі дослідження вчені планують провести аналогічні процедури переливання лабораторно створеної крові ще у десяти добровольців, заглиблюючись у розуміння цієї інноваційної практики та її потенційних сприятливих ефектів.

Інші цікаві новини:

▪ Каучук з кульбаб

▪ ІІ-алгоритм переміг справжнього пілота

▪ Сенсор для діагностики хвороб по поту

▪ Кулер Thermaltake ToughAir 510

▪ WiFi-модулі Espressif ESP32-WROVER для голосових програм інтернету речей

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Дозиметри. Добірка статей

▪ стаття Дачний будівельний кран. Поради домашньому майстру

▪ стаття Навіщо один індус 1973 року підняв праву руку і жодного разу її не опускав? Детальна відповідь

▪ стаття Вітрениця. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Про ємнісну розв'язку. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Кремнієві фотодіоди. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

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

www.diagram.com.ua
2000-2024