El sexto grado está estudiando el tema "Fenómenos ópticos en la atmósfera" en la escuela. Sin embargo, es de interés no solo para la mente inquisitiva de un niño. Los fenómenos ópticos en la atmósfera, por un lado, combinan el arcoíris, el cambio de color del cielo durante los amaneceres y atardeceres, visto más de una vez por todos. Por otro lado, incluyen espejismos misteriosos, Lunas y Soles falsos, halos impresionantes que en el pasado aterrorizaban a las personas. El mecanismo de formación de algunos de ellos sigue sin estar claro hasta el final, sin embargo, el principio general por el cual los fenómenos ópticos "viven" en la naturaleza ha sido bien estudiado por la física moderna.
Carcasa de aire
La atmósfera de la Tierra es una capa que consiste en una mezcla de gases y se extiende unos 100 km sobre el nivel del mar. La densidad de la capa de aire cambia con la distancia a la tierra: su valor más alto está en la superficie del planeta, disminuye con la altura. La atmósfera no puede llamarse una formación estática. Capas de la envoltura gaseosamoviéndose y mezclándose constantemente. Sus características cambian: temperatura, densidad, velocidad de movimiento, transparencia. Todos estos matices afectan a los rayos del sol que se precipitan hacia la superficie del planeta.
Sistema óptico
Los procesos que ocurren en la atmósfera, así como su composición, contribuyen a la absorción, refracción y reflexión de los rayos de luz. Algunos de ellos alcanzan el objetivo: la superficie de la tierra, el otro se dispersa o se redirige al espacio exterior. Como resultado de la curvatura y la reflexión de la luz, la descomposición de parte de los rayos en un espectro, etc., se forman varios fenómenos ópticos en la atmósfera.
Óptica atmosférica
En la época en que la ciencia estaba en su infancia, la gente explicaba los fenómenos ópticos basándose en las ideas prevalecientes sobre la estructura del Universo. El arco iris conectaba el mundo humano con el divino, la aparición de dos falsos soles en el cielo atestiguaba las catástrofes que se avecinaban. Hoy, la mayoría de los fenómenos que asustaron a nuestros antepasados lejanos han recibido una explicación científica. La óptica atmosférica se dedica al estudio de tales fenómenos. Esta ciencia describe los fenómenos ópticos en la atmósfera basándose en las leyes de la física. Ella es capaz de explicar por qué el cielo es azul durante el día, pero cambia de color durante el atardecer y el amanecer, cómo se forma un arcoíris y de dónde vienen los espejismos. Numerosos estudios y experimentos actuales permiten comprender fenómenos ópticos en la naturaleza como la aparición de cruces luminosas, Fata Morgana, halos de arcoíris.
Cielo azul
Color del cielotan familiar que rara vez pensamos en por qué es así. Sin embargo, los físicos conocen bien la respuesta. Newton demostró que, bajo ciertas condiciones, un haz de luz puede descomponerse en un espectro. Al pasar por la atmósfera, se dispersa mejor la parte correspondiente al color azul. La sección roja de la radiación visible se caracteriza por una longitud de onda más larga y es 16 veces inferior a la violeta en cuanto al grado de dispersión.
Al mismo tiempo, vemos el cielo no morado, sino azul. La razón de esto radica en las peculiaridades de la estructura de la retina y la proporción de partes del espectro de la luz solar. Nuestros ojos son más sensibles al azul y la parte violeta del espectro solar es menos intensa que el azul.
Atardecer escarlata
Cuando la gente descubrió qué es la atmósfera, los fenómenos ópticos dejaron de ser para ellos evidencia o presagio de terribles eventos. Sin embargo, el enfoque científico no interfiere con el placer estético de los coloridos atardeceres y los suaves amaneceres. Los rojos y naranjas brillantes, junto con los rosas y los azules, dan paso gradualmente a la oscuridad de la noche o la luz de la mañana. Es imposible observar dos amaneceres o atardeceres idénticos. Y la razón de esto radica en la misma movilidad de las capas atmosféricas y las condiciones climáticas cambiantes.
Durante los atardeceres y amaneceres, los rayos del sol recorren un camino más largo hacia la superficie que durante el día. Como resultado, el violeta, el azul y el verde difusos van hacia los lados, y la luz directa se vuelve roja y naranja. Las nubes, el polvo o las partículas de hielo contribuyen a la imagen del atardecer y el amanecer,suspendido en el aire. La luz se refracta al pasar a través de ellos y colorea el cielo en una variedad de tonos. En la parte del horizonte opuesta al Sol, a menudo se puede observar el llamado Cinturón de Venus, una franja rosa que separa el cielo oscuro de la noche y el cielo azul del día. El hermoso fenómeno óptico, llamado así por la diosa romana del amor, es visible antes del amanecer y después de la puesta del sol.
Puente del arcoíris
Quizás, ningún otro fenómeno de luz en la atmósfera evoque tantas tramas mitológicas e imágenes de cuentos de hadas como los asociados con el arcoíris. El arco o círculo, formado por siete colores, es conocido por todos desde la infancia. Un hermoso fenómeno atmosférico que ocurre durante la lluvia, cuando los rayos del sol atraviesan las gotas, fascina incluso a aquellos que han estudiado a fondo su naturaleza.
Y la física del arco iris hoy en día no es un secreto para nadie. La luz del sol, refractada por gotas de lluvia o niebla, se divide. Como resultado, el observador ve siete colores del espectro, del rojo al violeta. Es imposible definir los límites entre ellos. Los colores se mezclan suavemente entre sí a través de varios tonos.
Al observar un arco iris, el sol siempre está detrás de la persona. El centro de la sonrisa de Irida (como llamaban los antiguos griegos al arcoíris) está situado en una línea que pasa por el observador y la luz del día. Un arcoíris generalmente aparece como un semicírculo. Su tamaño y forma dependen de la posición del Sol y del punto en el que se encuentre el observador. Cuanto más alta esté la luminaria sobre el horizonte, más bajo caerá el círculo de posible aparición.arcoiris Cuando el Sol pasa 42º sobre el horizonte, un observador en la superficie de la Tierra no puede ver el arco iris. Cuanto más alto sobre el nivel del mar esté una persona que quiera admirar la sonrisa de Irida, más probable es que no vea un arco, sino un círculo.
Arco iris doble, estrecho y ancho
A menudo, junto con el principal, puedes ver el llamado arcoíris secundario. Si el primero se forma como resultado de un solo reflejo de luz, entonces el segundo es el resultado de un doble reflejo. Además, el arco iris principal se distingue por un cierto orden de colores: el rojo se encuentra en el exterior y el púrpura en el interior, que está más cerca de la superficie de la Tierra. El "puente" lateral es el espectro invertido en secuencia: el violeta está en la parte superior. Esto sucede porque los rayos de una gota de lluvia se reflejan en un doble reflejo en diferentes ángulos.
Los arcoíris varían en intensidad y anchura de color. Los más brillantes y más estrechos aparecen después de una tormenta de verano. Grandes gotas, características de este tipo de lluvia, dan lugar a un arcoíris muy visible y de distintos colores. Las gotas pequeñas dan un arcoíris más borroso y menos perceptible.
Fenómenos ópticos en la atmósfera: aurora boreal
Uno de los fenómenos ópticos atmosféricos más bellos es la aurora. Es característico de todos los planetas con magnetosfera. En la Tierra, las auroras se observan en latitudes altas en ambos hemisferios, en zonas que rodeanlos polos magnéticos del planeta. La mayoría de las veces, puede ver un brillo verdoso o azul verdoso, a veces complementado con destellos de rojo y rosa a lo largo de los bordes. La intensa aurora boreal tiene forma de cintas o pliegues de tela, que al desvanecerse se convierten en manchas. Rayas de varios cientos de kilómetros de altura se destacan bien a lo largo del borde inferior contra el cielo oscuro. El límite superior de la aurora se pierde en el cielo.
Estos hermosos fenómenos ópticos en la atmósfera aún ocultan sus secretos a las personas: el mecanismo de aparición de ciertos tipos de luminiscencia, la causa del crujido durante los destellos agudos, no ha sido completamente estudiado. Sin embargo, hoy se conoce el cuadro general de la formación de auroras. Los cielos sobre los polos norte y sur están adornados con un resplandor rosa verdoso cuando las partículas cargadas del viento solar chocan con los átomos en la atmósfera superior de la Tierra. Estos últimos, como resultado de la interacción, reciben energía adicional y la emiten en forma de luz.
Halo
El sol y la luna a menudo aparecen ante nosotros rodeados por un resplandor parecido a un halo. Este halo es un anillo muy visible alrededor de la fuente de luz. En la atmósfera, la mayoría de las veces se forma debido a las partículas más pequeñas de hielo que forman los cirros muy por encima de la Tierra. Dependiendo de la forma y el tamaño de los cristales, las características del fenómeno cambian. A menudo, el halo toma la forma de un círculo de arcoíris como resultado de la descomposición del haz de luz en un espectro.
Una variedad interesante del fenómeno se llama parhelio. Como resultado de la refracción de la luz en los cristales de hielo enAl nivel del Sol, se forman dos puntos brillantes que se asemejan a la luz del día. En las crónicas históricas se pueden encontrar descripciones de este fenómeno. En el pasado, a menudo se consideraba un presagio de eventos terribles.
Espejismo
Los espejismos también son fenómenos ópticos en la atmósfera. Surgen como resultado de la refracción de la luz en el límite entre capas de aire que difieren significativamente en densidad. La literatura describe muchos casos en los que un viajero en el desierto vio oasis o incluso ciudades y castillos que no podían estar cerca. Muy a menudo, estos son espejismos "inferiores". Surgen sobre una superficie plana (desierto, asf alto) y representan una imagen reflejada del cielo, que al observador le parece una masa de agua.
Los llamados espejismos superiores son menos comunes. Se forman sobre superficies frías. Los espejismos superiores son rectos e invertidos, en ocasiones combinan ambas posiciones. El representante más famoso de estos fenómenos ópticos es Fata Morgana. Este es un espejismo complejo que combina varios tipos de reflejos a la vez. Los objetos de la vida real aparecen ante el observador, reflejados y mezclados repetidamente.
Electricidad atmosférica
Los fenómenos eléctricos y ópticos en la atmósfera a menudo se mencionan juntos, aunque las causas de su ocurrencia son diferentes. La polarización de las nubes y la formación de rayos están asociadas con procesos que ocurren en la troposfera y la ionosfera. Las descargas de chispas gigantes generalmente se forman durante una tormenta eléctrica. Los relámpagos ocurren dentro de las nubes y pueden golpear el suelo. son una amenaza para la vidapersonas, y esta es una de las razones del interés científico en este tipo de fenómenos. Algunas propiedades de los rayos siguen siendo un misterio para los investigadores. Hoy en día, se desconoce la causa de los rayos en bola. Al igual que con algunos aspectos de la teoría de las auroras y los espejismos, los fenómenos eléctricos continúan intrigando a los científicos.
Los fenómenos ópticos en la atmósfera, descritos brevemente en el artículo, son cada día más comprensibles para los físicos. Al mismo tiempo, ellos, como un rayo, nunca dejan de sorprender a las personas con su belleza, misterio y, a veces, grandiosidad.
