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:

▪ Мускулы из воздуха

▪ МГД генератор

▪ Из каких газов состоит воздух

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лошади распознают страх человека из-за запаха пота 25.01.2026

Взаимодействие человека и животных далеко не всегда ограничивается жестами, голосом или зрительным контактом. Все больше исследований показывает, что важную роль в межвидовой коммуникации играют химические сигналы - летучие вещества, которые организм выделяет в разных эмоциональных состояниях. Новая работа французских ученых демонстрирует, что лошади способны распознавать страх человека, ориентируясь исключительно на запах его пота. Исследование было проведено группой специалистов из Национального института сельского хозяйства, питания и окружающей среды INRAE во Франции. Ученые сосредоточились на так называемых chemosignals - химических сигналах, сопровождающих эмоции. Если способность собак улавливать человеческий стресс уже хорошо известна, то реакции лошадей до сих пор оставались менее изученными, несмотря на их тесное и давнее сосуществование с человеком. Для эксперимента исследователи привлекли 30 добровольцев, у которых собирали образцы пота в двух разных эмоциональных сос ...>>

Каплю жидкого металла научили вращаться 25.01.2026

Инженерия все чаще отходит от классических представлений о механизмах, заменяя жесткие конструкции гибкими и адаптивными системами. Особенно заметен этот сдвиг в робототехнике, биомедицине и микроэлектронике, где традиционные моторы оказываются слишком громоздкими или хрупкими. На этом фоне разработка команды Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) выглядит принципиально новым шагом: исследователи создали вращающийся двигатель, в котором движение возникает внутри капли жидкого металла. Новый тип актуатора получил название liquid metal droplet rotary paddle motor. Его ключевая особенность заключается в том, что вращение создается не за счет твердых роторов и подшипников, а благодаря управляемой циркуляции внутри самой металлической капли. В экспериментальной установке каплю жидкого металла помещают в солевой раствор и прикладывают к ней электрическое поле, в результате чего внутри возникают вихревые потоки, способные приводить в движение крошечную медную лопатку, погруженную в метал ...>>

Видеоигры, образ жизни и масса тела 24.01.2026

Видеоигры давно стали неотъемлемой частью повседневной жизни миллионов людей и перестали восприниматься исключительно как форма досуга. Однако по мере роста времени, проводимого за экраном, все чаще возникает вопрос о том, как подобные привычки отражаются на здоровье. Новое исследование позволило по-новому взглянуть на связь между увлечением видеоиграми, образом жизни и риском набора лишнего веса. Ученые обратили внимание на то, что избыточная масса тела чаще встречается среди людей, активно играющих в компьютерные игры, по сравнению с теми, кто либо вовсе не играет, либо делает это эпизодически. Особенно заметной эта тенденция оказалась у игроков, которые посвящают видеоиграм более 10 часов в неделю. Именно в этой группе чаще фиксировались неблагоприятные поведенческие факторы, включая нарушения питания, сна и недостаток физической активности. Ранее исследователи уже связывали активное пользование компьютером и распространение скоростного интернета с ростом риска избыточного вес ...>>

Случайная новость из Архива Samsung готовится к выпуску гибких дисплеев 25.11.2012 В первой половине 2013 г. Samsung намерена приступить к массовому выпуску так называемых гибких дисплеев. Обладая пластиковой подложкой, они прочнее, легче и дешевле современных дисплеев, в которых в качестве основы используется стекло. Samsung Display готовится приступить к серийному производству дисплеев с пластмассовой основой вместо стекла, что позволит делать устройства более прочными, легкими и даже гибкими, сообщает Wall Street Journal со ссылкой на источник, знакомый с ситуацией. Дисплеи будут основаны на технологии OLED, то есть в них будут использоваться светодиоды. Данная технология применяется в дисплеях для флагманских смартфонов Samsung и постепенно начинает внедряться в телевизоры. Технология OLED позволяет конструировать тонкие панели, которые, используя пластик в качестве основы, можно сгибать без разрушения электроники. Кроме того, такие панели получаются более легкими в сравнении с современными панелями, основой которых является стекло. Разработка гибких OLED-панелей ведется последние несколько лет. Помимо Samsung, в ней участвуют японские компании Sony, Sharp и корейская LG Display. Например, корпорация Sony занимается этой сферой с 2002 г. Два года назад она демонстрировала разработанный ею 4,1-дюймовый гибкий дисплей на основе светодиодов. Тем не менее, пока коммерческих устройств на основе таких дисплеев не существует, в связи с технологическими ограничениями в массовом производстве. "Основная цель Samsung - используя пластик вместо традиционной стеклянной подложки, создавать небьющиеся дисплеи. Данная технология также может помочь снизить себестоимость продукции и дифференцировать ее на рынке", - прокомментировал Ли Сен-чул (Lee Seung-chul), аналитик Shinyoung Securities. WSJ пишет, что в настоящее время Samsung Display находится в финальной стадии разработки гибких дисплеев. Выпустить их на рынок планируется в первой половине 2013 г., причем компания рассчитывает стать их первым производителем. Вице-президент Samsung Display Ли Чан-хон (Lee Chang-hoon) сообщил, что сегодня компания поставляет пробные образцы гибких дисплеев нескольким своим партнерам. Однако он не смог назвать точный срок выхода первых продуктов на их основе, так как он еще не определен. Ранее циркулировала информация, что Samsung Galaxy Note II будет оснащен гибким дисплеем.

Другие интересные новости:

▪ Утонем или не утонем

▪ Электрическая ложка подсолит еду

▪ Тончайший тонкопленочный фотоэлемент

▪ Микробы витают в облаках

▪ Смарт-стельки Zhor Tech

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Индикаторы, датчики, детекторы. Подборка статей

▪ статья Сюжет для небольшого рассказ. Крылатое выражение

▪ статья Откуда родом панамки? Подробный ответ

▪ статья Гидротехник-исследователь. Должностная инструкция

▪ статья Синтез цифровых схем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Расчет маломощных трансформаторов питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026