Додаток до уроку:"Міражі та інші оптичні феномени"

Про матеріал

Додаток до уроку:"Міражі та інші оптичні феномени"

Зацікавте учня темою геометрична оптика, прдемонструвавши їй різні оптичні феномени та пояснивши їх з точки зору фізики.

Перегляд файлу



 

З міражами пов’язано кілька помилкових уявлень. Люди думають, що міраж – це галюцинація, тобто обман почуттів, що виникає через виснаження організму; так як міраж існує тільки в уяві людини, його неможливо сфотографувати.

Але чи так це? Взимку при яскравому сонці іноді здається, ніби сніг рухається, а влітку, в спекотні дні, поверхня розжареного асфальту немов мерехтить. Але ж в основі цього явища лежить те ж, що і у міражів пустелі, тільки в пустелі температура набагато вища і ефект набагато сильніше: синє небо відбивається на розпеченій поверхні, і здається, що бачиш воду. Коли намагаєшся до неї підійти, вона «відсувається».

Однак міражі виникають не тільки в пустелях, але і в горах, і в морях-океанах. Скільки історій можуть повідати про міражі моряки! Тут і кораблі, що пливуть по небу догори кілем, і замки посеред хвиль…
Щоб зрозуміти, як виникають міражі, потрібно знати закони оптики – науки про поширення світла і його взаємодії з навколишніми предметами. У звичайних умовах світло поширюється по прямій. Але іноді в атмосфері відбуваються зміни, які змушують сонячні промені відхилятися від первинного напряму – заломлюють їх. Це відбувається, коли температура в різних шарах повітря сильно розрізняється.
Заломлюється світло на кордоні між шарами з різною температурою. Отчого спостерігач бачить і реальний об’єкт, і його примарне зображення. Таким чином, можна зробити висновок, що міраж виникає через те, що промені світла, заломлюючись, утворюють кут. Зазвичай міражі видно на горизонті, «наближаючи» те, що насправді знаходиться за горизонтом.

Щоб було зрозуміліше, як виникають міражі, уявіть атмосферу у вигляді листкового пирога. Шари пирога – це шари повітря з різною температурою. Коли збільшується висота, температура повітря зменшується. Промінь світла, потрапляючи на межу двох шарів, викривляється (заломлюється). Таке переломлення світла називається рефракцією.

А тепер уявіть, що величезна повітряна лінза рухається в повітрі. Якщо людина і відбиваний об’єкт виявляться усередині цієї повітряної лінзи, тоді-то і можна буде побачити міраж.
Начебто все просто: чим вище, тим повітря холодніше. Але нерідко температура повітря зменшується нерівномірно, і в атмосфері чергуються його теплі і холодні шари. У таких випадках виникають складні міражі, так як переломлення світла відбувається не один, а багато разів.
Міражі виникають в різних частинах земної кулі. Це явище дуже ускладнює судноплавство, оскільки навіть досвідчені моряки часом втрачають шлях – адже примарні картини сильно спотворюють справжній вид місцевості.

Навесні 2006 року біля східного узбережжя Китаю неподалік від міста Пенглай виникло його зображення: висотні будинки, широкі вулиці, по яких рухаються потоки автомашин… Це незвичайне явище відбулося після зливи, що тривав два дні.
Стародавні єгиптяни по-своєму пояснювали міраж. Вони вірили, що душа є не тільки у людини, а й у місця, і вважали, що міражі – це примари країн, які більше не існують в цьому світі.
Вивчати міражі дуже складно, адже ніколи не можна вгадати, де вони з’являться. Відомо кілька видів міражів: озерні (або нижні) міражі, міражі далекого бачення (або верхні), які виникають в небі, і бічні міражі. Крім того, іноді виникають більш складні міражі, які називають фата-моргана. Різновидами міражів вважаються північне сяйво, міражі-перевертні і «летючі голландці».

Озерний міраж – найбільш простий з відомих міражів. Озерним його назвали через те, що найчастіше в пустелях з’являються міражі, які зображують саме озера. Здається, що вода зовсім близько, але скільки не намагаєшся підійти до «озеру», воно весь час відсувається, залишаючись на одній відстані від спостерігача. Нижній міраж завжди складається з одного зображення, розташованого нижче, ніж об’єкт, відображенням якого він є. Незважаючи на свою простоту цей міраж може бути дуже красивим.
Верхні міражі, або міражі далекого бачення, виникають, коли світло переломлюється кілька разів. З’являються химерні міражі: наприклад, кілька різних зображень одного і того ж острова – одне нормальне, а інші розтягнуті або сплющені. Зображення залежить від того, де знаходиться спостерігач. Яскравим прикладом подібних міражів можуть служити «картини», які часом бачать жителі Лазурного берега Франції: іноді вранці на горизонті Середземного моря видніються Корсиканські гори, що знаходяться приблизно в 200 кілометрах від Лазурного берега.
Про подібному явищі повідомляв відомий давньогрецький філософ Аристотель. У трактаті «Метеорологія» він описав випадок, коли жителі Сіракуз (це місто знаходився на острові Сицилія в Середземному морі) бачили берега Італії, розташовані на відстані 150 кілометрів.
Бічні міражі виникають, коли шари повітря з однаковою щільністю розташовуються під нахилом до горизонту або вертикально. Найкращі умови для виникнення бічних міражів складаються влітку, коли береги водойм прогріваються сонцем раніше, ніж поверхня води і шари повітря над нею.
Уявіть, що ви бачите на озері два човни: одна підпливає до берега, а інша, «відбита», навпаки, спливає. Таке зображення і є бічний міраж. Подібне явище нерідко спостерігається в Швейцарії, на Женевському озері.
Бічні міражі з’являються не тільки на воді, іноді вони «прикрашають» схили гір або навіть стіни

Міражі-привиди
У позаминулому столітті трапилася така історія. Через пустелю в Алжирі йшов загін французьких солдатів. Попереду на відстані декількох кілометрів перебувала зграя фламінго. Солдати не бачили птахів – вони були дуже далеко; зате побачили цілий загін якихось вершників у білому одязі, які носять араби… Командир вирішив, що попереду їх чекає ворог, і вислав розвідника. Французький солдат поскакав вперед, і на очах у вражених товаришів по службі його кінь перетворився на якусь міфічну тварину. Справа в тому, що розвідник, як і птахи, потрапив у смугу міражу. Повернувшись, він сказав товаришам, що ніяких людей попереду немає.
Полярники іноді ставали свідками куди більш дивних міражів. Одного разу мисливці, які взяли на приціл великого білого ведмедя, не повірили своїм очам – звір перетворився на чайку і полетів. Іншого разу перед мисливцями постав олень. Коли його підстрелили, з’ясувалося, що це всього-навсього песець.

К. Ботлі, британський метеоролог, «зустріла» незвичайний міраж-привид:
«Гарячим серпневим днем 1962 я збирала квіти. Раптово в декількох метрах від себе я побачила постать, вона тремтіла і погойдувалася, була досить масивною. Я в жаху впустила букет квітів і лише тоді помітила, що у примари теж був букет квітів і він теж впустив його. Це було моє власне відображення. Я так докладно розрізняла всі відтінки, деталі, колір тіла, як ніби бачила себе в дзеркалі».

Якщо точно знати, що перед тобою міраж, то спостерігати це явище може бути дуже цікаво. Однак навіть на досить близькій відстані міраж можна побачити не з будь-якого місця. Озерні міражі добре видно мандрівникам, які перебувають на одному рівні з ними. Якщо ж дивитися зверху, нехай і з невеликої висоти, то міраж можна не помітити. Те ж відбувається і з міражами далекого бачення. До того ж вони бувають набагато рідше, ніж озерні.

Майже напевно міраж можна побачити навесні біля моря, коли повітря почав прогріватися, а вода ще холодна. Правда, доведеться пошукати найбільш підходяще місце і постаратися подивитися на лінію горизонту з різної висоти. Фахівці, що вивчають міражі, відзначають, що нерідко за якийсь час перед їх появою на горизонті можна побачити темну смужку, схожу на брудний туман. Важливо й те, звідки дме вітер. Краще, коли він рухається з боку суші в бік води. Зазвичай сильний вітер перемішує шари повітря, перешкоджаючи утворенню міражів, проте трапляється і навпаки – завдяки вітру складаються хороші умови для виникнення міражу. Спостереженню за міражами може перешкодити туман, навіть не дуже густий.

До речі, крім міражів можна побачити цікаві перетворення сонця. Вони помітні під час заходу, тільки дивитися на сонце потрібно через темне скло або шматок звичайної фотографічної плівки. Іноді можна стати свідком дивовижних змін форми сонця: воно то стає квадратним, то приймає форму китайського ліхтарика або інших предметів, а після заходу залишає на горизонті тонку світлу смугу… Відомі випадки, коли люди бачили в небі відразу кілька сонць.
Крізь темне скло або фотографічну плівку можна розглянути плями на сонці, які іноді починають двоїтися – зовсім як міражі. Коли ж сонце сяде за горизонт, можна, якщо пощастить, побачити таке диво, як зелений промінь.

Міражі бувають вкрай небезпечні для людей. Відомо, що в пустелі дуже важко визначити правильний напрямок, це можуть зробити тільки досвідчені караванники. І будь-яке відхилення в бік загрожує смертельною небезпекою – можна збитися з шляху і загинути, блукаючи. Таке нерідко трапляється в пустелі Ерг-ер-Раві, розташованої на півночі Африки. Подорожні переконані, що бачать оазиси, які насправді знаходяться на відстані декількох сотень кілометрів! Навіть бувалих караванників такі бачення деколи збивають з пантелику.
Щоб зменшити небезпеку, яку представляють собою міражі, фахівці складають карти, на яких відзначають місця, де з’являються ці «смертельні пастки»: вказують, де ввижаються колодязі, а де – оазиси або гори

 

 

 

 

 


Вода і Лід

Округло-горизонтальна дуга

Цей феномен також відомий як “вогняна веселка”. Створюється в небі, коли світло заломлюється через крижані кристали в перистих хмарах. Явище це дуже рідкісне, оскільки і крижані кристали і сонце повинні встати точно по горизонтальній лінії, щоб відбулося таке ефектне переломлення. Цей особливо вдалий приклад був відображений в небі над Spokane у Вашингтоні, у 2006 році

 

“Привид Брокена”

Коли сонце світить на альпініста або інший об’єкт зверху – тінь проектується на туман, створюючи цікаво збільшену трикутну форму. Цей ефект супроводжується своєрідним ореолом навколо об’єкта – кольоровими світловими колами, які з’являються безпосередньо навпроти сонця, коли сонячне світло відбивається хмарою однакових крапельок води. Назву цей природний феномен отримав через те, що найчастіше спостерігався саме на досить доступних для альпіністів невисоких німецьких піках Брокена, внаслідок частих туманів в цьому районі

Навколозенітна дуга

У двох словах – це веселка вверх ногами =) Такий собі величезний різнобарвний смайл на небі) Виходить таке чудо за рахунок заломлення сонячних променів через горизонтальні кристали льоду в хмарах певної форми. Явище зосереджено в зеніті, паралельно горизонту, діапазон кольору – від синього в районі зеніту і до червоного до горизонту. Феномен цей завжди у формі неповної круглої дуги; повне коло в подібній ситуації – виключно рідкісна Дуга піхотинця, яка вперше була відображена на плівці у 2007 році

Туманна Дуга

Цей дивний ореол був помічений з моста Золотих Воріт в Сан-Франциско – виглядав він як повністю біла веселка. Як і веселка цей феномен створюється завдяки заломлення світла через крапельки води в хмарах, але, на відміну від веселки – через невеликий розмір крапельок туману кольору як би не вистачає. Тому веселка виходить безбарвною – просто білою) Моряки часто називають їх як “морські вовки” або “туманні дуги”

Райдужний ореол

Коли світло як би розсіюється назад (суміш відображення, заломлення і дифракції) – назад до його джерела, крапельок води в хмарах, тінь об’єкта між хмарою і джерелом може бути розділена на кольорові смуги. Glory перекладається ще як неземна краса – досить точну назву такому прекрасному природному феномену) У деяких частинах Китаю цей феномен навіть називають Світлом Будди – він часто супроводжується Примарою Брокена. На фото красиві кольорові смуги ефектно оточують тінь літака напроти хмари

Ореоли – одні з найбільш відомих і частих оптичних явищ, виникають вони під безліччю образів. Найбільш часто зустрічається саме феномен сонячного ореолу, викликаний заломленням світла кристалами льоду в перистих хмарах на великій висоті, а специфічна форма і орієнтація кристалів можуть створити зміна в появі ореолу. Під час дуже холодної погоди ореоли, сформовані кристалами поруч із землею відбивають сонячне світло між ними, посилаючи його в декількох напрямках одразу – цей ефект відомий як “алмазна пил”

 

Райдужні хмари

Коли сонце виявляється точно під правильним кутом позаду хмар – крапельки води в них заломлюють світло, створюючи інтенсивний тягнеться шлейф. Забарвлення, як і у веселці, викликана різними довжинами світлових хвиль – різні довжини хвилі переломлюються в різному ступені, змінюючи кут заломлення і, отже, кольору світла в нашому сприйнятті. На цьому фото райдужність хмари супроводжується різко пофарбованої веселкою

 

Місячна дуга

Поєднання низької Місяця і темного неба часто створює місячні дуги, по суті веселки, вироблені світлом місяця. З’являючись в протилежному Місяці наприкінці неба, вони зазвичай виглядають як повністю білі через слабку забарвлення, однак малюнок з довгою витримкою може захопити істинні кольору, як на цьому фото, зробленому в Національний парк Йосеміті, Каліфорнія.

 

Паргеліческій коло

Цей феномен виникає як біле кільце, що оточує небо, завжди на тій же висоті над горизонтом, що і Сонце. Зазвичай вдається вловити лише фрагменти цілої картини.Мільйони вертикально розташованих крижаних кристалів відображають сонячні промені по всьому небу, щоб вийшло це красиве явище.

 

 

 

З боків получающейся сфери часто з’являються так називається помилкові Сонця, як наприклад на цьому фото

 

 

 

Радуга

Веселки можуть приймати безліч форм: многожественние дуги, пересічні дуги, червоні дуги, однакові дуги, дуги з пофарбованими краями, темні смуги, “спиці” і багато інших, але об’єднує їх те, що всі вони діляться на кольори – червоний, оранжевий, жовтий , зелений, блакитний, синій і фіолетовий. Пам’ятаєте з дитинства «запоміналку» розташування кольорів у веселці – Кожен Мисливець Бажає Знати, Де Сидить Фазан? =) Райдуги з’являються, коли світло заломлюється через краплі води в атмосфері, найчастіше під час дощу, але димку або туман також можуть створити подібні ефекти, і набагато більш рідкісні, ніж можна було б уявити. У всі часи безліч різних культур приписували веселка безліч значень і пояснень, наприклад древні греки вірили, що веселки були дорогою до небес, а ірландці вважали, що в тому місці, де закінчується веселка – лепрекон закопав свій горщик із золотом =)

Промені і Тіні

Корона

Корона – це тип плазмової атмосфери, яка оточує астрономічне тіло. Cамий відомий приклад такого явища – корона навколо Сонця під час повного затемнення. Воно простягається в космосі на тисячі кілометрів і містить іонізоване залізо, розігріте майже до мільйона градусів Цельсія. Під час затемнення його яскраве світло оточує затемнене сонце і здається ніби навколо світила з’являється корона зі світла

 

Сутінкові промені

Коли затемнені області або водопроникні перешкоди, такі як гілки дерева або хмари, фільтрують промінь сонця – з променів виходять цілі колони світла, що виходять з єдиного джерела в небі. Явище це, часто використовується в фільмах жахів, зазвичай спостерігається на світанку або заході і може навіть бути засвідчено під океаном, якщо сонячні промені проходять через смуги зламаного льоду. Ця красива фотографія була зроблена в Національному парку Юти

 

Fata Morgana

Взаємодія між холодним повітрям близько рівня землі і теплим повітрям відразу над ним може діяти як заломлююча лінза і перевернути догори дригом зображення об’єктів на горизонті, за яким фактичне зображення, здається, коливається. На цьому знімку, робимо в Тюрінгії, Німеччина, горизонт на відстані, здається, взагалі зник, хоча синя частина дороги – просто відбиток неба вище горизонту. Твердження про те, що міражі – повністю неіснуючі зображення, які є тільки людям, що загубилося в пустелі, є некоректним, ймовірно переплутаним з ефектами крайнього зневоднення, що може викликати галюцинації. Міражі завжди засновані на реальних об’єктах, хоча вірно те, що вони можуть здаватися ближче через ефект міражу

Стовп світла

Відображення світла крижаними кристалами з майже ідеально горизонтальними плоскими поверхнями створює сильний промінь. Джерелом світла може бути Сонце, Місяць або взагалі штучне світло. Цікава особливість полягає в тому, що у стовпа буде колір цього джерела. На цьому фото, зробленому в Фінляндії, помаранчевий сонячне світло на заході створює такий же помаранчевий чудовий стовп

Світлові контрасти

Полярне сяйво

Зіткнення заряджених частинок у верхній атмосфері часто створює прекрасні світлові картини в полярних областях. Колір залежить від елементного вмісту частинок – більшість полярних сяйв здається зеленим або червоним через кисню, однак азот іноді створює глибоку синю або фіолетову видимість. На фото – відома Аврора Боріліс або Північне сяйво, назване так на честь римської богині світанку Аврори і давньогрецького бога північного вітру Борея

Конденсаційний (інверсійний) слід

Сліди пара, які слідують за літаком через все небо – це одні із самих приголомшливих прикладів втручання людини в атмосферу. Вони створені або вихлопом літака або повітряними вихорами від крил і з’являються тільки в холодних температурах на великій висоті, конденсуючись в крижані крапельки і воду. На цьому фото купа інверсійних слідів перехрещує небо, створюючи химерний зразок цього неприродного феномена

Слід вихлопних газів ракети

Висотні вітру викривляють сліди ракет, і їхні маленькі вихлопні частки преврящают сонячне світло в яскраві переливаються кольору, які іноді ті ж самі вітру переносять на тисячі кілометрів, поки ті остаточно не розсіються. На фото – сліди ракети Мінотавр, запущеної з бази ВВС США в Ванденберге, Каліфорнія

Поляризація неба

Небо, як і багато інших речей навколо нас, розсіює поляризоване світло, що має певну електромагнітну орієнтацію. Поляризація завжди перпендикулярна безпосередньо світловому шляху і якщо в світлі присутній лише один напрямок поляризації – кажуть, що світло лінійно поляризований. Ця фотографія була зроблена з поляризованої лінзою фільтра широкого кута, щоб показати, наскільки захоплююче виглядає електромагнітний заряд в небі. Зверніть увагу, який відтінок небо має близько горизонту, і який – в самому верху

Зоряний шлейф

Технічно невидиме неозброєним оком, це явище можна відобразити, залишивши камеру як мінімум на годину, а то і на всю ніч з відкритим об’єктивом. Природне обертання Землі змушує зірки в небі рухатися через горизонт, створюючи за собою чудові сліди.Єдина зірка у вечірньому небі, яка завжди знаходиться на одному місці – звичайно ж Полярна, так як вона знаходиться фактично на одній осі з Землею і її коливання помітні тільки на Північному полюсі. Те ж саме було б вірно на півдні, але немає ніякої зірки, досить яскравою для того, щоб спостерігати аналогічний ефект

Зодіакальне світло

Слабкий трикутний світло, помічений у вечірньому небі і тягнеться до небес, Зодіакальний світло легко ховається легким забрудненням атмосфери або місячним світлом. Феномен цей викликається віддзеркаленням сонячного світла від частинок пилу в космосі, відомих як космічний пил, отже його спектр абсолютно ідентичний спектру Сонячної системи. Сонячне випромінювання змушує частинки пилу повільно рости, створюючи величне сузір’я витончено розкиданих по небу вогників.

 

docx
До підручника
Фізика 9 клас (Бар'яхтар В.Г., Довгий С.О., Божинова Ф.Я., Кирюхіна О.О. (за редакцією Баряхтара В.Г., Довгого С.О.))
Додано
10 листопада 2018
Переглядів
455
Оцінка розробки
Відгуки відсутні
Безкоштовний сертифікат
про публікацію авторської розробки
Щоб отримати, додайте розробку

Додати розробку