Pikka aega miraažid, õhus virvendavad kujundid, ärevil ja kohkunud inimesed. Tänapäeval on teadlased paljastanud palju looduse saladusi, sealhulgas optilisi nähtusi. Neid ei üllata looduslikud saladused, mille olemust on pikka aega uuritud. Tänapäeva keskkoolis õpetatakse optilisi nähtusi füüsikas 8. klassis, nii et iga õpilane saab aru nende olemusest.
Põhimõisted
Antiikateadlased uskusid, et inimsilm näeb kõige peenemate kombitsaga objekte katsudes. Optika oli tol ajal nägemise uurimine.
Keskajal uuris optika valgust ja selle olemust.
Tänapäeval on optika osa füüsikast, mis uurib valguse levimist läbi erinevate meediumite ja selle koostoimet teiste ainetega. Kõiki nägemisega seotud küsimusi uurib füsioloogiline optika.
Optilised nähtused on valguskiirte poolt sooritatavate erinevate toimingute ilmingud. Neid uurib atmosfäärioptika.
Ebatavalised protsessid atmosfääris
Planeet Maa on ümbritsetud gaasilise kestaga, mida nimetatakse atmosfääriks. Selle paksus on sadu kilomeetreid. Maale lähemal on atmosfäär tihedam, suunagaülespoole on hõre. Atmosfääri kesta füüsikalised omadused muutuvad pidev alt, kihid segunevad. Muutke temperatuure. Tihedus, läbipaistvuse nihe.
Valguskiired lähevad Päikeselt ja teistelt taevakehadelt Maa poole. Nad läbivad Maa atmosfääri, mis toimib nende jaoks spetsiifilise optilise süsteemina, muutes selle omadusi. Valguskiired peegeldavad, hajuvad, läbivad atmosfääri, valgustavad maad. Teatud tingimustel on kiirte teekond painutatud, mistõttu ilmnevad mitmesugused nähtused. Füüsikud peavad kõige originaalsemateks optilisteks nähtusteks:
- päikesepaisteline päikeseloojang;
- vikerkaare välimus;
- virmalised;
- mirage;
- halo.
Vaatleme neid lähem alt.
Halo päikese ümber
Sõna "halo" tähendab kreeka keeles "ringi". Milline optiline nähtus selle aluseks on?
Halo on kiirte murdumis- ja peegeldumisprotsess, mis toimub kõrgel atmosfääris asuvates pilvekristallides. Nähtus näeb välja nagu Päikese lähedal helendavad kiired, mida piirab tume intervall. Halod tekivad tavaliselt enne tsükloneid ja võivad olla nende eelkäijad.
Veepiisad jäätuvad õhus ja võtavad kuue küljega õige prismaatilise kuju. Kõik on tuttavad atmosfääri madalamates kihtides tekkivate jääpurikatega. Ülaosas langevad sellised jäänõelad vab alt vertikaalsuunas. Kristallilised jäätükid pöörlevad, laskuvad maapinnale, samas kui neil on paralleelne paigutussuhe maaga. Inimene juhib nägemist läbi kristallide, mis toimivad läätsedena ja murravad valgust.
Teised prismad on lamedad või näevad välja nagu kuue kiirega tähed. Kristallidele langevad valguskiired ei pruugi läbi murduda ega kogeda mitmeid muid protsesse. Harva juhtub, et kõik protsessid on selgelt nähtavad, tavaliselt ilmneb nähtuse üks või teine osa selgem alt, samas kui teised on halvasti esindatud.
Väike halo on ring ümber päikese, mille raadius on umbes 22 kraadi. Ringi värvus on seestpoolt punakas, seejärel voolab kollaseks, valgeks ja seguneb sinise taevaga. Ringi sisemine ala on tume. See tekib õhus lendlevate jäänõelte valguse murdumise tulemusena. Prismades olevad kiired kalduvad kõrvale 22-kraadise nurga all, nii et need, mis on kristalle läbinud, paistavad vaatlejale 22-kraadise nurga all. Seetõttu tundub sisemus tume.
Punane värv murdub vähem, näidates päikesest kõige vähem kõrvalekaldumist. Järgmine on kollane. Teised kiired segunevad ja tunduvad valged.
22-kraadise halo ümber on 46-kraadine halo. Selle sisemine piirkond on samuti punakas, kuna valgus murdub jäänõeltes, mis on päikese poole 90 kraadi.
Tuntud on ka 90-kraadine halo, see helendab nõrg alt, peaaegu puudub värv või on väljast punaseks värvitud. Teadlased pole seda sorti veel täielikult uurinud.
Halo ümber Kuuja muud liigid
Seda optilist nähtust nähakse sageli siis, kui taevas on heledad pilved ja palju miniatuurseid kristallilisi jäätükke. Iga selline kristall on omamoodi prisma. Põhimõtteliselt on nende kuju piklikud kuusnurgad. Valgus siseneb eesmisse kristallipiirkonda ja vastasosast väljudes murdub 22 kraadi.
Talvel on tänavavalgustite juures külmas õhus näha halo. See paistab laterna valgusest.
Päikese ümber halo võib tekkida ka härmas lumises õhus. Lumehelbed on õhus, valgus läbib pilvi. Õhtul päikeseloojangul läheb see tuli punaseks. Möödunud sajanditel olid ebausklikud inimesed sellistest nähtustest kohkunud.
Halo võib välja näha nagu vikerkaarevärviline ring ümber Päikese. Näib, kui atmosfääris on palju kuue tahuga kristalle, kuid need ei peegelda, vaid murravad päikesekiiri. Enamik kiirtest on hajutatud, ei jõua meie silmadeni. Ülejäänud kiired jõuavad inimese silma ja me märkame ümber Päikese sillerdavat ringi. Selle raadius on ligikaudu 22 kraadi või 46 kraadi.
Valepäike
Teadlased on märkinud, et halo ring on külgedel alati heledam. Seda seletatakse sellega, et siin saavad kokku vertikaalsed ja horisontaalsed halod. Nende ristumiskohtadesse võivad ilmuda valepäikesed. Seda juhtub eriti sageli siis, kui Päike on horisondi lähedal, siis me ei näe enam osa vertikaalsest ringist.
Vale päike on samuti optiline nähtus, omamoodi halo. See ilmneb tänukuue näoga jääkristallid, mis on küünekujulised. Sellised kristallid hõljuvad atmosfääris vertikaalsuunas, valgus murdub nende külgpindadel.
Kolmas "päike" võib tekkida ka siis, kui tõelise päikese kohal on nähtav ainult haloringi pinnaosa. See võib olla kaare segment või arusaamatu kujuga helendav koht. Mõnikord on valepäikesed nii eredad, et neid ei saa tegelikust Päikesest eristada.
Vikerkaar
See on atmosfääri optiline nähtus erineva värviga mittetäieliku ringi kujul.
Iidsed religioonid pidasid vikerkaart sillaks taevast maale. Aristoteles uskus, et vikerkaar ilmub päikesevalguse tilkade peegelduse tõttu. Milline optiline nähtus võib ikkagi inimesele nii meeldida kui vikerkaar?
17. sajandil uuris Descartes vikerkaare olemust. Hiljem katsetas Newton valgusega ja täiendas Descartes'i teooriat, kuid ei saanud aru mitme vikerkaare tekkest, üksikute värvivarjundite puudumisest neis.
Vikerkaare täieliku teooria esitas 19. sajandil Inglismaa astronoom D. Erie. Just tema suutis paljastada kõik vikerkaare protsessid. Tema väljatöötatud teooria on tänapäevalgi aktsepteeritud.
Vikerkaar ilmub, kui päikesevalgus tabab vihmaveekardinat Päikese vastas asuvas taevapiirkonnas. Vikerkaare keskpunkt asub punktis Päikese kaugemal küljel, see tähendab, et see pole inimsilmale nähtav. Vikerkaare kaar on selle keskpunkti ümber olev ringi osa.
Vikerkaarevärvid on paigutatud kindlas järjekorras. Ta on pidev. Punane on ülemises servas, lilla on all. Nende vahel lähevad värvid rangelt kokku. Vikerkaar ei sisalda kõiki olemasolevaid värve. Rohelise ülekaal näitab üleminekut soodsale ilmale.
Aurora Borealis
See on atmosfääri ülemiste magnetkihtide kuma, mis on tingitud aatomite ja päikesetuule elementide vastastikusest mõjust. Aurora on tavaliselt roheline või sinine, roosa ja punase varjundiga. Need võivad olla lindi või täpi kujul. Nende purskeid saadavad sageli mürarikkad helid.
Miraaž
Lihtsad miraažipettused on tuttavad igale inimesele. Näiteks kuumal asfaldil sõites tekib veepinnana miraaž. See ei tule kellelegi üllatusena. Milline optiline nähtus seletab miraažide ilmumist? Peatume sellel teemal üksikasjalikum alt.
Mirage on optiline füüsikaline nähtus atmosfääris, mille tulemusena näeb silm tavatingimustes vaate eest varjatud objekte. See on tingitud valguskiire murdumisest õhukihtide läbimisel. Märkimisväärsel kaugusel asuvad objektid võivad oma tegeliku asukoha suhtes tõusta või langeda või olla moonutatud ja võtta veidra kuju.
Murtud kummitus
See on nähtus, mille puhul päikeseloojangul või päikesetõusul omandab kõrgusel oleva inimese vari arusaamatud mõõtmed, kuna see langeb lähedal asuvatele pilvedele. Seda selgitataksevalguskiirte peegeldumine ja murdumine veepiiskade poolt udus tingimustes. Nähtus sai nime ühe Saksamaa Harzi mägede kõrguse järgi.
Püha Elmo tuli
Need on sinist või lillat värvi helendavad pintslid merelaevade mastidel. Tuled võivad ilmuda mägistel kõrgustel, muljetavaldava kõrgusega hoonetele. See nähtus ilmneb elektrilahenduste tõttu juhtmete otstes, mis on tingitud asjaolust, et elektriline pinge suureneb.
Neid optilisi nähtusi käsitletakse 8. klassi tundides. Räägime optilistest seadmetest.
Disainid optikas
Optilised seadmed on seadmed, mis muundavad valguskiirgust. Tavaliselt töötavad need seadmed nähtavas valguses.
Kõik optilised seadmed võib jagada kahte tüüpi:
- Seadmed, millega kuvatakse pilt ekraanile. Need on kaamerad, filmikaamerad, projektsiooniseadmed.
- Seadmed, mis suhtlevad inimsilmaga, kuid ei moodusta ekraanil kujutisi. See on suurendusklaas, mikroskoop, teleskoobid. Neid seadmeid peetakse visuaalseteks.
Kaamera on optomehaaniline seade, mida kasutatakse objekti kujutiste saamiseks filmile. Kaamera disain sisaldab kaamerat ja objektiive, mis moodustavad objektiivi. Objektiiv loob objektist ümberpööratud miniatuurse kujutise, mis jäädvustatakse filmile. See on tingitud valguse toimest.
Pilt on esialgu nähtamatu, kuid tänu arenduslahendusele muutub see nähtavaks. Seda pilti nimetataksenegatiivne, selles näevad heledad kohad tumedad ja vastupidi. Tehke valgustundlikule paberile negatiivist positiiv. Foto suurendamise abil pilti suurendatakse.
Suurendusklaas on objektiiv või objektiivisüsteem, mis on loodud objektide suurendamiseks nende vaatamise ajal. Suurendusklaas asetatakse silma kõrvale, valitakse kaugus, kust objekt on selgelt nähtav. Suurendusklaasi kasutamine põhineb vaatenurga suurendamisel, millest objekti vaadatakse.
Suurema nurga suurendamiseks kasutage mikroskoopi. Selles seadmes toimub objektide suurendamine optilise süsteemi tõttu, mis koosneb objektiivist ja okulaarist. Esiteks suurendatakse vaatenurka objektiiviga, seejärel okulaariga.
Niisiis oleme käsitlenud peamisi optilisi nähtusi ja seadmeid, nende variante ja omadusi.
