Бесплатная техническая библиотека

Солнце красное взойдет. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Окраска неба, цвет Солнца и Луны, многие оптические и акустические явления определяются тем, что электромагнитные и упругие волны разной длины рассеиваются в атмосфере по-разному, подчиняясь закону Рэлея.

Летом мало кто видит восходящее солнце - оно встает слишком рано. Зато закаты предстают перед нами во всей своей красе: огромный шар, меняя свой цвет от ярко-красного до темно-бордового, медленно опускается по синему небу, окрашивая его в желтые, зеленые, розовые тона, и скрывается за горизонтом... Когда-то полагали, что воздух сам по себе имеет синий цвет и поэтому атмосфера поглощает красные лучи. Но тогда Солнце и Луна у горизонта казались бы более голубоватыми, чем в зените: лучи света от них, прежде чем достичь наблюдателя, проходят тем большую толщу воздуха, чем ниже опускается светило. После появления электромагнитной теории света стало ясно, что световые волны в атмосфере должны рассеиваться частицами, взвешенными в воздухе, как волны на воде - камнями и скалами, стоящими на их пути. Предположил и доказал это на опыте в 1868 году английский физик Дж. Тиндаль. Однако спустя три года Дж. У. Рэлей показал, что рассеяние света должно происходить и в идеально чистой атмосфере на ее оптических неоднородности - флуктуациях плотности. Неоднородности эти непрерывно возникают в результате случайного скопления молекул при их тепловом движении и мгновенно рассасываются, чтобы снова образоваться в другом месте.

Свет, проходящий через пустоту или сквозь абсолютно однородную среду, не рассеивается: размеры молекул в тысячи раз меньше длины световой волны, и свет идет, "не замечая" их. Неоднородности среды становятся своего рода призмами, которые рассеивают свет тем сильнее, чем значительнее плотность воздуха в них отличается от среднего значения. И, конечно, чем больше таких неоднородностей. Среда с оптическими неоднородностями размером 0,1-0,2 средней длины световой волны называется мутной.

В мутной среде световые волны разной длины рассеиваются по-разному: коротковолновое излучение, синяя часть спектра - сильнее, длинноволновая, красная - слабее. Зависимость рассеяния от длины волны очень сильна - она обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Значит, синий свет, длина волны которого (0,5 мкм) в 1,4 раза меньше длины волны света красного (0,7 мкм), в мутной среде рассеивается в (1,4)⁴=4 раза сильнее!

Электромагнитная волна, падая на молекулы вещества, взаимодействует с их электронами. Электроны, настолько слабо связанные с атомами, что под действием волны могут заметно смещаться (их называют поэтому "оптическими электронами"), испытывают периодическое ускорение, пропорциональное квадрату частоты, и порождают переменное магнитное поле. В поле возникает вторичная электромагнитная волна, амплитуда которой пропорциональна ускорению электрона, а интенсивность - квадрату амплитуды.

Таким образом, интенсивность излучаемого вторичного света пропорциональна четвертой степени частоты света падающего или - что то же самое - обратно пропорциональна четвертой степени длины его волны. Это вторичное излучение и представляет собою свет, рассеянный в мутной среде, а зависимость его интенсивности от длины волны называется законом Рэлея.

Частицы, размеры которых больше длины световой волны (0,5-0,7 мкм),рассеивают свет по преимуществу в направлении падающего луча, а распределение его интенсивности становится довольно сложным.

Частицы размером порядка 0,1 мкм рассеивают падающий свет одинаково вперед и назад и в поперечном направлении в два раза слабее, чем в продольном.

Эта зависимость называется законом Рэлея. Ею объясняется красный цвет закатного солнца, синий - неба, а также цвет морской воды (на мелководье к синему рассеянному свету примешивается желтый, отраженный от песчаного дна, и вода становится зеленой). По этой же причине предупредительные огни, стоп-сигиалы и прочие знаки опасности делают красными (их видно издалека), а красный фильтр на объективе фотоаппарата помогает при съемке в дымке. На таких снимках небо получается очень темным, почти черным, листва - светлой, а детали далеких предметов выходят довольно ясно. (Заметим попутно, что при помощи красного фильтра фотографы и кинооператоры изображают лунную ночь при съемке в яркий солнечный полдень.)

Синий фильтр, напротив, создает на снимке ощущение таинственного мира, скрытого за туманной завесой. Во время войны подъезды домов освещались синими пампами - их свет, быстро рассеиваясь в атмосфере, не был виден с воздуха.

Очень мелкие частицы рассеивают свет одинаково сильно по ходу падающего луча и против него и в 2 раза слабее - в перпендикулярном направлении. Соответственно изменяется и насыщенность цвета неба. Когда частицы становятся крупнее, зависимость эта оказывается гораздо более сложной. Свет начинает рассеиваться в основном вперед, по направлению падающего света, изменяется и его спектральный состав. Зависимость от длины волны становится не рэпеевской (Lambda4), а квадратичной (Lambda2). Делаясь еще крупнее, частицы начинают рассеивать все длины волн одинаково. Так происходит, когда легкая дымка уплотняется и превращается в молочно-белый туман. По этой причине желто-оранжевые "противотуманные" автомобильные фары на самом деле в тумане не работают: их свет там рассеивается столь же сильно, как и белый. Более того: в сильной дымке он становится красноватым, и его можно спутать с задними огнями удаляющегося автомобиля (бывает, с самыми печальными последствиями). В степях и пустынях белесое небо - тревожный признак. Он говорит, что приближается сильный ветер, ураган, поднимающий в воздух тучи мелкого песка и пыли. И только дождь, "промыв" воздух, может возвратить небосводу синеву. Справедлива и примета: "Луна краснеет - к ветру и плохой погоде". Ветер интенсивно перемешивает слои воздуха разной температуры; количество флуктуации при этом резко возрастает.

Поставив несложный опыт, можно посмотреть, как меняются цвета проходящего и рассеянного света (см. рисунок.). В стеклянную банку наливают слабый раствор гипосульфита. Пучок белого света от диапроектора пропускают сквозь сосуд и фокусируют на бумажном экране, получая световой круг. Затем в банку по каплям добавляют разбавленную соляную кислоту (концентрацию растворов подбирают опытным путем). Через несколько минут из раствора начнет осаждаться продукт реакции - мелкодисперсная сера. Частички серы увеличиваются в размерах, и одновременно световое пятно на экране становится сперва желтым, а затем красным и, наконец, багровым, напоминая закатное солнце. Раствор в сосуде, бывший совершенно прозрачным в начале опыта, приобретает синюю окраску, которая в конце концов становится белесой, как туман. Если подождать, пока частицы серы осядут на дно, раствор снова станет прозрачным, а световое пятно - белым.

Аналогичным образом ведут себя звуковые волны и волны на воде: низкие их частоты рассеиваются тоже гораздо слабее, чем высокие. Звуковые колебания взаимодействуют со средой совсем не так, как электромагнитные - они "раскачивают" не отдельные электроны в молекулах воздуха, а целиком участки повышенной плотности и взвешенные в нем частицы. Особенно сильно рассеивает и поглощает звук туман. Звуки в тумане становятся глухими, низкими, и трудно определить, откуда они идут.

Интересные вещи происходят порой со звуком, отразившимся от далеких предметов - эхом. Дж. Рэлей исследовал случай, когда звук голоса, отраженного от стены соснового леса, повышался на октаву. Совершенно очевидно, что только за счет отражения от неподвижного препятствия частота звуковых колебаний возрасти не может. Но человеческий голос кроме основного тона содержит в себе множество дополнительных обертонов более высокой частоты, которые мы обычно не воспринимаем. Сосны, с их тонкой и редкой хвоей, служат для звука "мутной средой", которая низкие частоты хорошо пропускает, а высокие - отражает. К наблюдателю возвращаются только обертоны его голоса, а кажется, что весь звук внезапно стал выше.

Люди с обостренным творческим восприятием - писатели, поэты, композиторы - прекрасно знают эту особенность атмосферной акустики. В рассказе А. П. Чехова "Доктор" есть примечательная фраза:

"В это время со двора отчетливо донеслись звуки оркестра, игравшего на дачном кругу. Слышны были не только трубы, но даже скрипки и флейты". На открытом воздухе флейту и скрипку издалека можно услышать действительно только в особо благоприятных условиях.

А композиторы, изображая уходящий военный оркестр, не просто уменьшают громкость его звучания, но в первую очередь постепенно убирают все высокие звуки. Музыка звучит все тише, мелодия постепенно исчезает, и остаются только глухие удары большого барабана и затихающие вздохи бас-геликона. Полк ушел... Всходит красное солнце...

Белый свет меняет цвет

Многие оптические явления, которые мы видим ежедневно, происходят из-за того, что свет с разной длиной волны на своем пути рассеивается по-разному.

Солнце вблизи горизонта - на восходе и на закате - всегда имеет красный цвет. Вечернее небо синим или голубым бывает очень редко - только когда воздух в приземном слое совершенно свободен от пыли и влаги. Цвета зари создают, смешиваясь, рассеянные в запыленной атмосфере световые волны разной длины.

Молочный шар светильника на эскалаторе станции метро "Маяковская" и матовый колпак настольной лампы. Молочное стекло, содержащее чрезвычайно мелкий непрозрачный краситель, служит для света "мутной средой", сильно рассеивающей коротковолновую часть спектра. Нить лампы, раскаленная добела, кажется поэтому темно-красной. Грубые царапины матового стекла рассеивают электромагнитные волны любой длины одинаково, и весь колпак лампы светится белым светом.

Автор: С.Транковский

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Как услышать Солнце

▪ Десятитысячные доли градуса из бутылки

▪ Астрограф, прибор для фотографирования звезд

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Воскрешение сердца после смерти 15.09.2015 Компания "Transmedics" разработала систему, которая способна оживлять человеческие органы, извлеченные из тела для пересадки. Даже если остановившееся сердце подключили к системе спустя 20 минут, оно может забиться снова. Так называемая "Система ухода за внутренними органами" работает, сохраняя сердце в стерильной камере. Влажность и температура камеры контролируются так, чтобы они были идентичны условиям внутри человеческого тела. Сердце подключено к снабжению кровью донора, которую машина наполняет кислородом и питательными веществами. В результате, сердце остается живым и продолжает биться. Эту же систему можно использовать для сохранения легких, почек и печени. Устройство стоит 250 000 долларов. С точки зрения трансплантолога сердце можно изымать из организма донора только в том случае, если его мозг умер, но само тело еще живо. В случае же циркуляторной смерти, когда первым отказывает сердце, такой орган для трансплантации уже не пригоден из-за быстрой гибели кардиомиоцетов. Новое устройство позволяет увеличить количество трансплантируемых сердец с 15 до 30%, и с его помощью уже проведено 15 успешных операций в Европе и Австралии, тогда как в США система еще проходит клинические испытания. Интересно, что с помощью этого устройства, как показал опыт медиков из госпиталя Лардж неподалеку от Кембриджа, можно оживлять остановившееся сердце непосредственно в теле уже умершего человека, но сохранить сердцебиение без препарата невозможно. Результаты опытов пока не опубликованы. Разумеется, это изобретение и система поднимают немало споров относительно медицинской этики. В частности, встает вопрос, можно ли считать мертвым человека, если возможно воскресить его сердце, пусть оно и не будет работать без посторонней помощи?

Другие интересные новости:

▪ Быстрозаряжаемая квантовая батарея

▪ Пчелы в аэропорту

▪ Роботы обучаются, наблюдая за людьми

▪ Короткофокусный проектор LG PH450UG-GL

▪ Бензопила с микропроцессором

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Типовые инструкции по охране труда (ТОИ). Подборка статей

▪ статья Лион Фейхтвангер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какую награду попросил для себя Диоген? Подробный ответ

▪ статья Эвкоммия вязолистная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Подъемное устройство антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Конденсаторно стабилитронный выпрямитель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026