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:

▪ Физика ледяного кубика

▪ Сквозь каплю воды

▪ Молния на столе

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Магнитные поля скрывают путь самых мощных космических частиц 22.02.2026

Изучение космических лучей остается одной из самых сложных и увлекательных задач современной астрофизики. Эти частицы несут энергии, которые многократно превышают возможности земных ускорителей, и их происхождение долгое время оставалось загадкой. Недавний анализ сверхэнергетической "частицы Аматерасу", зафиксированной в 2021 году, позволил исследователям по-новому взглянуть на то, как магнитные поля во Вселенной искажают траектории таких частиц и скрывают их истинные источники. В мае 2021 года международная команда ученых в рамках проекта Telescope Array Project зарегистрировала частицу с энергией около 244 эксаэлектронвольтов. Для сравнения, эта энергия в 40 миллионов раз превышает показатели Большого адронного коллайдера, что делает "частицу Аматерасу" одной из самых мощных, когда-либо зафиксированных на Земле. Первоначальный анализ показал, что траектория частицы указывала на Local Void - малонаселенный участок космоса вблизи нашей группы галактик, где отсутствуют очевидные и ...>>

Чехол для ноутбука Razer Laptop Sleeve 16" 22.02.2026

Ноутбуки стали неотъемлемой частью нашей работы и досуга, а аксессуары для них развиваются не только в сторону защиты устройства, но и повышения функциональности. Одним из ярких примеров такого подхода стал новый чехол для ноутбуков от компании Razer, который сочетает классическую защиту с встроенными модулями беспроводной зарядки. Модель Razer Laptop Sleeve 16" привлекает внимание необычным решением: в откидной крышке предусмотрены сразу две панели стандарта Qi2, предназначенные для зарядки смартфонов и других совместимых гаджетов. Одна из панелей способна выдавать до 5 Вт мощности, что обеспечивает стабильную подзарядку мобильных устройств прямо в чехле. Стоимость аксессуара составляет $130, и высокая цена объясняется именно интеграцией этих функциональных элементов. Для активации беспроводной зарядки чехол необходимо подключить к ноутбуку с помощью кабеля USB-C, входящего в комплект. При этом производитель подчеркивает, что скорость подзарядки зависит от возможностей самого но ...>>

Ряска - ценный источник белка 21.02.2026

Поиск новых источников растительного белка сегодня становится одной из ключевых задач аграрной науки и пищевой промышленности. Рост населения, давление на сельскохозяйственные земли и изменение климата заставляют исследователей искать культуры, которые можно эффективно выращивать в контролируемых условиях и при этом получать высокий питательный выход. В этом контексте неожиданным, но многообещающим кандидатом оказалась ряска - небольшое водное растение, которое долгое время оставалось за пределами привычного рациона. Ряска относится к числу самых быстрорастущих растений на планете и уже рассматривается специалистами как перспективный овощ для интенсивного производства. Ее потенциал подробно изучает исследовательница Ингрид Ван дер Мейер из Вагенингенский университет, одного из ведущих научных центров в области аграрных и пищевых технологий. По ее словам, ряска обладает уникальным сочетанием биологических и питательных характеристик, которые делают ее особенно интересной для будущих ...>>

Случайная новость из Архива Сознание существует отдельно от мозга 11.07.2022 Новое исследование демонстрирует, что сознание может работать даже при повреждении мозга. Ученые доказали, что в экстремальных условиях сознание человека функционирует отдельно от мозга, даже если он поврежден. Профессор Венского университета Александр Баттиани, занимающийся исследованием сознания, проделал огромную работу изучив около тысячи случаев, которые часто называют околосмертными переживаниями. Наиболее показательными Баттиани считает те случаи, когда травма оказывалась более тяжелой. Дело в том, что эти люди могли больше увидеть, чем те, кто не получал тяжелых травм. Более половины людей, переживших клиническую смерть, видели намного больше остальных. В другом исследовании 74% обследуемых лучше осознавали происходящее.

Другие интересные новости:

▪ 8-Гбит DDR4-чипы и 32-Гбайт DDR4-модули Samsung

▪ Еда как наркотик

▪ Секрет жидкости, которая лучше всего утоляет жажду

▪ Цветное зрение слабеет к периферии

▪ Новый способ получения электричества с помощью воды

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструмент электрика. Подборка статей

▪ статья Ги де Мопассан. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое клонирование? Подробный ответ

▪ статья Ремонт и техническое обслуживание тракторов и сельскохозяйственных машин. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Разговорный узел для телефонного аппарата. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Защита трехфазных двигателей от несимметричных режимов работы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026