ГИПОТЕЗА: План работы: Изучить, что собой представляет свет; Исследовать изменение цвета прозрачной среды от угла падения световых лучей; Дать научное объяснение наблюдаемому явлению Изменения цвета неба связано с углом попадания световых лучей в атмосферу Земли.
Теоретическая часть Все видели, как переливаются всеми цветами радуги, грани хрусталя, мелкие капли росы. Что же происходит? Ведь на прозрачные бесцветные тела падают лучи белого солнечного света. Эти явления людям известны давно. Долгое время считалось, что белый свет самый простой, а создаваемые цвета – это особые свойства некоторых тел.
1865 год. Джеймс Максвелл. Создал теорию электромагнитных волн. Свет- это ЭМВ год. Генрих Герц открыл способ создания и распространения ЭМВ.
Свет –это электромагнитные волны, представляющие совокупность волн, имеющих различную длину. Нашим зрением мы воспринимаем небольшой интервал длин ЭМВ как свет. Все вместе эти волны дают нам белый свет. А если выделить какую-то часть волн из этого интервала, то мы воспринимаем их как свет, имеющий какую-то окраску. Всего выделяют семь основных цветов.
Ход эксперимента: Наполняем контейнер (аквариум) водой; Добавляем в воду немного молока (это частицы пыли) Направляем свет от фонарика сверху на воду; Это цвет неба в полдень. Изменяем угол падения света на воду от 0 до 90. Наблюдаем за изменением цвета.
Вывод: Изменение цвета неба зависит от угла, под которым световые лучи попадают в атмосферу Земли. Цвет неба меняется в течение суток от голубого до красного. А когда свет не попадает в атмосферу, то в данном месте Земли наступает ночь. Ночью при благоприятной погоде к нам доходит свет от далёких звёзд и светит отражённым светом Луна.
Почему небо голубое. Почему Солнце желтое? Эти вопросы, такие естественные, возникали перед человеком с глубокой древности. Однако чтобы получить правильное объяснение этих явлений, потребовались усилия выдающихся ученых средних веков и более позднего времени, вплоть до конца XIX в.
Какие гипотезы существовали? Каких только гипотез не выдвигалось в разное время для объяснения цвета неба. 1 гипотеза Наблюдая, как дым на фоне темного камина приобретает сине ватый цвет, Леонардо да Винчи писал:...светлота поверх темноты становится синей, тем более прекрасной, чем превосходными будут светлое и темное". Примерно такой же точки зрения придерживался Гёте, который был не только всемирно известным поэтом, но и крупнейшим ученым естество испытателем своего времени. Однако такое объяснение цвета неба оказалось несостоятельным, поскольку, как стало очевидно позднее, смешение черного И белого может дать только серые тона, а не цветные. Синий цвет дыма из камина обусловливается совершенно другим процессом.
Какие гипотезы существовали? 2 гипотеза После открытия интерференции, в частности в тонких пленках, Ньютон пытался применить интерференцию к объяснению цвета неба. Для этого ему пришлось допустить, что капли воды имеют форму тонкостенных пузырей, наподобие мыльных. Но так как капельки воды, содержащиеся в атмосфере, в действительности представляют собой сферы, то и эта гипотеза вскоре лопнула", как мыльный пузырь.
Какие гипотезы существовали? 3 гипотеза Ученые XVIII в. Мариотт, Бугер, Эйлер думали, что голубой цвет неба объясняется собственным цветом составных частей воздуха. Такое объяс нение даже получило некоторое подтверждение позднее, уже в XIX в., когда установили, что жидкий кислород имеет голубой цвет, а жидкий озон синий. Ближе всех к правильному объяснению цвета неба подошел О. Б. Соссюр. Он считал, что если бы воздух был абсолютно чистым, то небо было бы черным, но воздух содержит примеси, которые отражают преимущественно голубой цвет (в частности водяной пар и капельки воды).
Итоги исследования: Первым, кто создал стройную, строгую математическую теорию молекулярного рассеяния света в атмосфере, был английский ученый Рэлей. Он считал, что рассеяние света происходит не на примесях, как это думали его предшественники, а на самих молекулах воздуха. Для объяснения цвета неба приведем только один из выводов теории Рэлея:
Итоги исследования: цвет смеси рассеянных лучей будет голубым Яркость, или интенсивность, рассеянного света изменяется обратно пропорционально четвертой степени длины волны света, падающего на рассеивающую частицу. Таким образом, молекулярное рассеяние чрезвычайно чувствительно к малейшему изменению длины волны света. Например, длина волны фиолетовых лучей (0,4 мкм) примерно в два раза меньше длины волны красных (0,8 мкм). Поэтому фиолетовые лучи будут рассеиваться в 16 раз сильнее, чем красные, и при равной интенсивности падающих лучей их в рассеянном свете будет в 16 раз больше. Все остальные цветные лучи видимого спектра (синие, голубые, зеленые, желтые, оранжевые) войдут в состав рассеянного света в количествах, обратно пропорциональных четвертой степени длины волны каждого из них. Если теперь все цветные рассеянные лучи смешать в таком соотношении, то цвет смеси рассеянных лучей будет голубым
Лиетратура: С.В. Зверева.В мире солнечного света.Л.,Гидрометеоиздат,1988
Но сколько существует разных цветов, что делает окружающие нас вещи цветными? И научное познание на много таких вопросов уже может дать ответ. Например, объяснить цвет неба .
Для начала нужно будет упомянуть о великом Исааке Ньютоне, который наблюдал разложение белого солнечного при прохождении его через стеклянную призму. То, что он увидел, теперь называется явлением дисперсии , а сама разноцветная картина – спектр . Получившиеся цвета в точности соответствовали цветам радуги. То есть, Ньютон наблюдал радугу в лаборатории! Именно благодаря его опытам в конце 18 века было установлено, что белый свет представляет собой смесь различных цветов. Причем, тот же Ньютон доказал, что если разложенный в спектр свет снова смешать, то получится белый свет. В 19 веке было показано, что свет – это распространяющиеся с огромной скоростью в 300 000 км/с электромагнитные волны. А уже в начале прошлого века эти знания были дополнены идеей кванта света – фотона . Таким образом, свет имеет двойственную природу – и волны, и частицы. Это объединение и стало объяснением многих явлений, в частности, спектра теплового излучения нагретых тел. Таких, каким является и наше .
После такого вступления пора перейти к нашей теме. Голубой цвет неба... Кто не восхищался им хотя бы пару раз в жизни! Но так ли просто сказать, что всему виной рассеяние света в атмосфере? А почему тогда цвет неба не голубой при свете полной луны? А почему голубой цвет не одинаков на всех участках неба? А что случается с цветом неба при восходе и заходе Солнца? Ведь оно может быть и желтого, и розового и даже зеленого цвета. Но все же это особенности рассеяния. Поэтому рассмотрим его подробнее.
Объяснение цвета неба и его особенностей принадлежит английскому физику Джону Уильяму Рэлею, изучавшему рассеяние света. Именно он указал на то, что цвет неба определяется зависимостью рассеяния от частоты света. Излучение Солнца, попадая в , взаимодействует с молекулами газов, входящих в состав воздуха. А так как энергия светового кванта - фотона увеличивается с уменьшением длины световой волны, то наиболее сильное воздействие на молекулы газов, точнее – на электроны в этих молекулах, оказывают фотоны голубой и фиолетовой части светового спектра. Придя в вынужденные колебания, электроны отдают назад в виде фотона излучения взятую у световой волны энергию. Только эти вторичные фотоны уже излучаются во всех направлениях, а не только в направлении первоначально падающего света. Это и будет процессом рассеяния света. Кроме этого, нужно учитывать и постоянное движение воздуха, и флуктуацию его плотности. В противном случае мы бы наблюдали черное небо.
А теперь возвратимся к тепловому излучению тел. Энергия в его спектре распределена неравномерно и описывается на основе законов, установленных немецким физиком Вильгельмом Вином. Таким же неравномерным за энергиями фотонов будет и спектр нашего Солнца. То есть фотонов фиолетовой его части будет много меньше, чем фотонов из голубой и тем более синей. Если учесть еще физиологию зрения, а именно максимальную чувствительность нашего глаза к сине-зеленому цвету, то мы в итоге получаем небо голубого или синего цвета.
Следует учесть, что чем длиннее путь солнечного луча в атмосфере, тем меньше в нем остается непровзаимодействовавших фотонов из голубой и синей области спектра. Поэтому цвет неба неравномерный, а утренний или вечерний цвета желто-красные из-за большого пути света через атмосферу. Кроме этого, пыль, дым, другие частицы, содержащиеся в воздухе, также сильно влияют на рассеяние света в атмосфере. На эту тему можно вспомнить знаменитые лондонские картины . Или воспоминания о катастрофе 1883 года, случившейся при извержении вулкана Кракатау. Пепел от извержения, попавший в атмосферу, обусловил синеватый цвет Солнца во многих странах тихоокеанского региона, а также красные зори, наблюдавшиеся по всей Земле. Но эти эффекты уже объясняются другой теорией – теорией рассеяния на частицах, соизмеримых с длиной световой волны. Эту теорию предложил миру немецкий физик Густав Ми. Главная идея ее – такие частицы вследствие своих относительно больших размеров сильнее рассеивают красный свет, а не синий или фиолетовый.
Таким образом, цвет неба – не просто источник вдохновения для поэтов и художников, а следствие тонких физических законов, которые удалось раскрыть человеческому гению.
Красоту неба не раз изображали художники, описывали писатели и поэты, даже люди, очень далекие от искусства, засматриваются в эту манящую бездну, восхищаются нею, не находя ни слов, ни достаточных эмоций для выражения тех чувств, которые бередят душу и разум. Высь притягивает человека в любом амплуа, она прекрасна своей кристальной голубой гладью, не менее привлекательны и ее бурлящие потоки бело-серых туч, сменяемых легкими вкраплениями перистых облаков или пышных кучевых «барашков». И сколь бы меланхолично ни выглядело пасмурное небо, обволакивающее своей глубиной, оглушающее и давящее всей массой, оно также вызывает бурю эмоций и переживаний, навевая мысли на особую волну.
Красоту видит смотрящий
Каждый человек по-своему воспринимает мир. Для одних он угрюмый и серый, другие, наоборот, видят лишь цветущую, зеленую, исполненную красок планету. Также неодинаково оцениваем мы небеса над нашими головами. Если брать во внимание человека с обычным цветовым восприятием, то он будет видеть небосвод таким, как принято его считать - голубым, серым, розоватым на закате, дымчато-сизым на рассвете.
На деле же эти краски - это лишь то, что способны передать нам наши глаза и мозг. Зрению людей проще всего воспринять пасмурное небо серым. В ясную погоду над головами у нас бескрайняя лазурь, на деле же атмосферный купол ближе фиолетовому оттенку, если смотреть на него со стороны Земли.
В данной публикации мы выясним, почему небо в пасмурный день серое и то, от чего зависит насыщенность этой окраски, также узнаем, как его расцветка меняется на протяжении суток и года и что влияет на эти процессы.
Бездонный океан в вышине
Над территорией Европейских стран небосвод в теплую пору года обычно поражает своим насыщенным Иногда о нем можно сказать, что оно синее-синее. Однако если уделить тому, что происходит над нашими головами, хотя бы один день и внимательно понаблюдать за природными процессами, то можно заметить градацию цвета, который очень сильно меняется с момента восхода солнца и до того момента, как оно полностью сядет.
Летом небо кажется таким чистым и визуально высоким из-за низкой влажности, отсутствия большого количества облаков, которые, накапливая воду, постепенно опускаются все ближе к земле. В ясную погоду наш взгляд смотрит даже не на сотни метров вперед, а на расстояние, равное 1-1,5 км. Поэтому и воспринимаем мы небо столь высоким и ярким - отсутствие помех на пути световых лучей в атмосфере способствует тому, чтобы они не преломлялись, а глаза воспринимали его цвет именно голубым.
Почему небо меняет цвет
Такая перемена описана наукой, правда, не столь живописно, как писателями, и называется диффузным излучением неба. Если говорить простым и доступным для читателя языком, то объяснить процессы цветообразования небес можно так. Свет, который излучает солнце, проходит сквозь воздушную прослойку вокруг Земли, она его рассеивает. Проще этот процесс происходит с волнами короткой длины. Во время максимального подъема небесного светила над нашей планетой, в точке, расположенной вне его направления, будет наблюдаться самый яркий и насыщенный голубой цвет.
Однако когда солнце садится или встает, его лучи проходят по касательной к поверхности Земли, свету, излучаемому ими, нужно проходить более долгий путь, а значит и рассеваются в воздухе они в гораздо большей мере, чем днем. В результате человек воспринимает утром и вечером небо в розовых и красных тонах. Сильнее всего это явление видно, когда над нами пасмурное небо. Облака и тучи тогда становятся очень яркими, зарево садящегося солнца окрашивает их в потрясающие
Грозовая сталь
Но что такое пасмурное небо? Почему оно становится таким? Это явление выступает одним из звеньев круговорота воды природе. Поднимаясь ввысь в виде пара, водяные частички попадают в атмосферный слой с более низкой температурой. Накапливаясь и охлаждаясь на большой высоте, они соединяются между собой, превращаясь в капли. В тот момент, когда эти частицы еще очень малы, и предстают нашему взору красивые белые кучевые облака. Однако чем большими становятся капли, тем больше в тучах серого.
Иногда, глядя на небо, по которому проплывают эти огромные «барашки», можно увидеть, что одна их часть окрашена в серый цвет, другие и вовсе приобретают стальной грозовой оттенок. Такая трансформация объясняется тем, что капли в облаках имеют разную величину и форму, поэтому и свет они преломляют по-разному. Когда небо пасмурное абсолютно, оно сплошь окрашено в мышино-серые тона, до нас доходит только белый свет.
Необъятные дымчатые просторы
Бывают такие дни, когда серое пасмурное небо не имеет ни единого просвета. Так происходит, когда концентрация облаков и туч очень высокая, они обволакивают все зрительное пространство в вышине. Иногда они воспринимаются как огромная давящая масса, готовая обрушиться на голову. Причем наиболее характерно такое явление продемонстрировано осенью и зимой, когда температура воздуха низкая, а вот влажность, наоборот высокая и находится на уровне 80-90 %.
В такие дни облака очень сильно приближены к земной поверхности, они располагаются всего в сотне-другой метров от нее. Описание пасмурного неба часто имеет меланхоличные и депрессивные нотки, и связано это, скорее всего, именно с теми ощущениями, которые возникают, когда чувствуешь себя один на один с этой мрачной громадиной, готовой низвергнуться на тебя дождем и холодом.
А все могло быть иначе…
То, какими тонами играет небосвод, зависит от интенсивности светового излучения и длины волн, достигающих планеты, поэтому зимой даже в ясные дни он сизо-голубой. Но чем ближе весна и выше расположение солнца, тем ярче его синева, особенно в дни, когда рассеивается дымка в верхних слоях атмосферы, искажающая попадание света.
Ученые выяснили, что на других планетах небо вовсе может не иметь привычных для нас голубых и серых цветов, на Марсе, к примеру, оно розовое даже в разгар светового дня.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Кисловская СОШ» Томского района
Исследовательская работа
Тема: «Почему закат красный…»
(Дисперсия света)
Работу выполнила: ,
ученица 5А класса
Руководитель;
учитель химии
1. Введение ………………………………………………… 3
2. Основная часть…………………………………………… 4
3. Что такое свет…………………………………………….. 4
Предмет изучения – закат и небо.
Гипотезы исследования:
У солнца есть лучи, которые окрашивают небо в разные цвета;
Красный цвет можно получить в лабораторных условиях.
Актуальность моей темы заключается в том, что она будет интересна и полезна для слушателей потому, что очень многие люди, смотрят на ясное голубое небо, любуются им, и немногие знают, почему же оно такое голубое, днем, а на закате красное и что придает ему такой цвет.
2. Основная часть
На первый взгляд, этот вопрос кажется простым, но на самом деле он затрагивает глубокие аспекты преломления света в атмосфере. Прежде чем понять ответ на этот вопрос, необходимо иметь представление о том, что такое свет..jpg" align="left" height="1 src=">
Что такое свет?
Солнечный свет - это энергия. Тепло солнечных лучей, сфокусированных линзой, превращается в огонь. Свет и тепло отражаются белыми поверхностями и поглощаются черными. Вот почему белая одежда холоднее черной.
Какова же природа света? Первым, кто попытался серьезно заняться изучением света, был Исаак Ньютон. Он считал, что свет состоит из частиц корпускул, которые наподобие пуль выстреливаются . Но некоторые характеристики света не могли быть объяснимы этой теорией.
Другой ученый, Гюйгенс, предложил другое объяснение природы света. Он разработал «волновую» теорию света. Он считал, что свет образует импульсы, или волны, наподобие того, как камень, брошенный в пруд, создает волны.
Каких взглядов сегодня придерживаются ученые на происхождение света? В настоящее время считается, что световые волны имеют характерные особенности и частиц и волн одновременно. Проводятся опыты, подтверждающие обе теории.
Свет состоит из фотонов – невесомых частиц, не обладающих массой, путешествующих со скоростью около 300 000 км/с и обладающих волновыми свойствами. Частота волновых колебаний света определяет его цвет. Кроме того, чем выше частота колебаний, тем короче длина волны. Каждый цвет обладает своей частотой колебаний и длиной волны. Белый солнечный свет состоит из многих цветов, которые можно увидеть, преломив его через стеклянную призму.
1. Призма разлагает свет.
2. Белый свет – сложный.
Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как только свет переходит из воздуха в стекло. Вместо стекла можно взять и другие прозрачные для света материалы.
Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется в лабораториях до сих пор.
dispersio (лат.) – рассеяние, развеивание - дисперсия
Опыты И. Ньютона по дисперсии.
Явление дисперсии света первым начал изучать И. Ньютон и считается одной из важнейших его научных заслуг. Недаром на его надгробном памятнике, поставленном в 1731 году и украшенном фигурами юношей, которые держат в руках эмблемы его главнейших открытий, одна фигура держит призму, а в надписи на памятнике есть слова: «Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства, чего ранее никто не подозревал». Последнее утверждение не совсем точно. Дисперсия была известна и ранее, но обстоятельно она не изучалась. Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Исследуя окрашенные при преломлении края, Ньютон сделал свои открытия в области оптики.
Спектр видимого излучения
При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разным углом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:
С каждым “цветом” в спектре надо сопоставлять световую волну определенной длины
Простейшее представление о спектре можно получить, глядя на радугу. Белый свет, преломляясь в капельках воды, образует радугу, так как он состоит из множества лучей всех цветов, а те преломляются по-разному: красные - слабее всего, синие и фиолетовые - сильнее всего. Астрономы исследуют спектры Солнца, звезд, планет, комет, так как по спектрам можно многое узнать.
Азот" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">азот . Свет красного и голубого цвета по-разному взаимодействуют с кислородом. Так как длина волны голубого цвета примерно соответствует размеру атома кислорода и из-за этого голубой свет рассеивается кислородом в разные стороны, тогда как красный свет спокойно проходит сквозь атмосферный слой. На самом деле, еще больше рассеивается в атмосфере фиолетовый свет, однако человеческий глаз менее восприимчив к нему, чем к голубому свету. В итоге, получается то, что глаз человека со всех сторон улавливает рассеянный кислородом голубой свет, отчего небо нам кажется голубым.
Без атмосферы на Земле Солнце бы нам представлялось яркой белой звездой, а небо было бы черным.
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
Необычные явления
https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg" alt="Полярное сияние" align="left" width="140" height="217 src=">Полярные сияния С древнейших времен люди восхищались величественной картиной полярных сияний и задавались вопросом об их происхождении. Одно из наиболее ранних упоминаний о полярных сияниях встречается у Аристотеля. В его "Метеорологике", написанной 2300 лет назад, можно прочитать: "Иногда в ясные ночи наблюдается на небе множество явлений - зияния, провалы, кроваво-красная окраска...
Кажется, будто полыхает пламя".
Что зыблет ясный ночью луч?
Что тонкий пламень в твердь разит?
Как молния без грозных туч
Стремится от земли в зенит?
Как может быть, чтоб мерзлый шар
Среди зимы рожал пожар?
Что такое полярное сияние? Как оно образуется?
Ответ. Полярное сияние - это люминесцентное свечение, возникающее в результате взаимодействия летящих от Солнца заряженных частиц (электронов и протонов) с атомами и молекулами земной атмосферы. Появление же этих заряженных частиц в определенных районах атмосферы и на определенных высотах есть результат взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли.
Аэрозоль" href="/text/category/ayerozolmz/" rel="bookmark">аэрозольными рассеяниями пыли и влаги, вот они-то и являются основной причиной разложения солнечного цвета (дисперсии). В положении зенита падение солнечного луча на аэрозольные составляющие воздуха происходит почти под прямым углом, слой их между глазами наблюдателя и солнцем незначителен. Чем ниже солнце опускается к линии горизонта, тем больше увеличивается толщина слоя атмосферного воздуха и количество аэрозольной взвеси в нем. Солнечные лучи, относительно наблюдателя, изменяют угол падения на частички взвеси, тогда и наблюдается дисперсия солнечного света. Итак, как говорилось выше, солнечный свет складывается из семи основных цветов. Каждый цвет, как электромагнитная волна, имеет свою длину и способность к рассеянию в атмосфере. Основные цвета спектра располагаются в шкале по порядку, от красного до фиолетового. Наименьшей способностью к рассеянию (следовательно, поглощению) в атмосфере обладает красный цвет. При явлении дисперсии все цвета, которые в шкале идут за красным, рассеиваются составляющими аэрозольной взвеси и поглощаются ими. Наблюдателю виден только красный цвет. Значит, чем толще слой атмосферного воздуха, чем выше плотность взвеси, тем больше лучей спектра будут рассеяны и поглощены. Известное природное явление: после мощного извержения вулкана Кракатау в 1883 году, в разных местах планеты, в течение нескольких лет, наблюдались необычайно яркие, красные закаты. Это объясняется мощным выбросом вулканической пыли в атмосферу при извержении.
Думаю, что на этом моё исследование не закончится. У меня ещё есть вопросы. Хочу узнать:
Что происходит при прохождении лучей света через различные жидкости, растворы;
Как происходит отражение и поглощение света.
Выполнив эту работу, я убедилась, как много удивительного и полезного для практической деятельности может заключаться в явлении преломлении света. Именно оно позволило мне понять, почему закат красный.
Литература
1. , Физика. Химия. 5-6 кл. Учебник. М.: Дрофа, 2009, стр.106
2. Булат явления в природе. М.: Просвещение, 1974г., 143 с.
3. «Кто творит радугу?» – Квант 1988г., № 6, стр.46.
4. Ньютон И. Лекции по оптике. Тарасов в природе. – М.: Просвещение, 1988г
Интернет ресурсы:
1. http://potomy. ru/ Почему цвет у неба голубой?
2. http://www. voprosy-kak-i-pochemu. ru Почему небо голубое?
3. http://expirience. ru/category/obrazovanie/