برای مدت طولانی، سراب ها، چهره های سوسوزن در هوا، مردم را نگران و وحشت زده کردند. امروزه دانشمندان اسرار بسیاری از طبیعت از جمله پدیده های نوری را فاش کرده اند. آنها از اسرار طبیعی که ماهیت آنها مدتهاست مطالعه شده است شگفت زده نمی شوند. امروزه در دبیرستان، پدیده های نوری در فیزیک در کلاس هشتم تدریس می شود، بنابراین هر دانش آموزی می تواند ماهیت آنها را درک کند.
مفاهیم اساسی
دانشمندان دوران باستان معتقد بودند که چشم انسان با احساس اشیاء با نازک ترین شاخک ها می بیند. اپتیک در آن زمان مطالعه بینایی بود.
در قرون وسطی، اپتیک نور و ماهیت آن را مطالعه می کرد.
امروزه اپتیک بخشی از فیزیک است که انتشار نور از طریق رسانه های مختلف و برهمکنش آن با سایر مواد را مطالعه می کند. همه مسائل مربوط به بینایی توسط اپتیک فیزیولوژیکی مطالعه می شود.
پدیده های نوری تجلی اعمال متنوعی هستند که توسط پرتوهای نور انجام می شود. آنها توسط اپتیک اتمسفر مطالعه می شوند.
فرایندهای غیرمعمول در جو
سیاره زمین توسط پوسته ای گازی به نام جو احاطه شده است. ضخامت آن صدها کیلومتر است. نزدیک به زمین، جو متراکم تر است، در جهتبه سمت بالا پراکنده است خواص فیزیکی پوسته جوی به طور مداوم در حال تغییر است، لایه ها مخلوط می شوند. تغییر دما تراکم، تغییر شفافیت.
پرتوهای نور از خورشید و سایر اجرام آسمانی به سمت زمین می روند. آنها از جو زمین عبور می کنند، که به عنوان یک سیستم نوری خاص برای آنها عمل می کند و ویژگی های آن را تغییر می دهد. پرتوهای نور منعکس می شوند، پراکنده می شوند، از جو عبور می کنند، زمین را روشن می کنند. در شرایط خاصی مسیر پرتوها خمیده می شود، بنابراین پدیده های مختلفی رخ می دهد. فیزیکدانان اصلی ترین پدیده های نوری را در نظر می گیرند:
- غروب آفتاب؛
- ظاهر رنگین کمان؛
- نورهای شمالی؛
- سراب;
- halo.
بیایید نگاهی دقیق تر به آنها بیندازیم.
هاله در اطراف خورشید
خود کلمه "halo" در یونانی به معنای "دایره" است. چه پدیده نوری زیربنای آن است؟
Halo فرآیند انکسار و انعکاس پرتوها است که در بلورهای ابر در ارتفاعات جو رخ می دهد. این پدیده شبیه پرتوهای نورانی نزدیک خورشید است که با یک فاصله تاریک محدود شده است. هاله ها معمولاً قبل از طوفان ها تشکیل می شوند و ممکن است پیش ساز آنها باشند.
قطره های آب در هوا یخ می زنند و با شش ضلع شکل منشوری درست را به خود می گیرند. همه با یخ هایی که در لایه های پایینی جو ظاهر می شوند آشنا هستند. در بالا، چنین سوزن های یخی آزادانه در جهت عمودی می افتند. یخ های کریستالی در حال چرخش هستند، به سمت زمین پایین می آیند، در حالی که آرایش موازی در امتداد دارند.نسبت به زمین شخص بینایی را از طریق کریستال ها هدایت می کند که به عنوان عدسی عمل می کنند و نور را می شکنند.
سایر منشورها مسطح هستند یا شبیه ستاره هایی با شش پرتو هستند. پرتوهای نوری که بر روی کریستال ها می افتند ممکن است دچار شکست یا چندین فرآیند دیگر نشوند. به ندرت اتفاق می‌افتد که همه فرآیندها به وضوح قابل مشاهده باشند، معمولاً یک یا آن بخش از پدیده با وضوح بیشتری ظاهر می‌شود، در حالی که سایرین ضعیف نشان داده می‌شوند.
هاله کوچک دایره ای به دور خورشید با شعاع حدود ۲۲ درجه است. رنگ دایره از داخل مایل به قرمز است، سپس به رنگ زرد، سفید می ریزد و با آسمان آبی مخلوط می شود. ناحیه داخلی دایره تاریک است. در نتیجه شکست نور در سوزن های یخی که در هوا پرواز می کنند تشکیل می شود. پرتوهای موجود در منشورها با زاویه 22 درجه منحرف می شوند، بنابراین آنهایی که از کریستال ها عبور کرده اند به نظر ناظر 22 درجه منحرف می شوند. بنابراین، فضای داخلی تاریک به نظر می رسد.
رنگ قرمز کمتر شکسته می شود و کمترین انحراف را از خورشید نشان می دهد. بعدی زرد است. پرتوهای دیگر مخلوط می شوند و سفید به نظر می رسند.
در اطراف هاله 22 درجه هاله ای 46 درجه وجود دارد. ناحیه داخلی آن نیز مایل به قرمز است زیرا نور در سوزن های یخی که 90 درجه رو به خورشید هستند شکسته می شود.
هاله 90 درجه نیز شناخته شده است، کم نور می درخشد، تقریباً هیچ رنگی ندارد یا از بیرون به رنگ قرمز است. دانشمندان هنوز این تنوع را به طور کامل مطالعه نکرده اند.
هاله در اطراف ماهو گونه های دیگر
این پدیده نوری اغلب زمانی دیده می شود که ابرهای سبک و بسیاری از گلوله های یخ کریستالی مینیاتوری در آسمان وجود دارند. هر یک از این بلورها نوعی منشور هستند. اساساً شکل آنها شش ضلعی دراز است. نور وارد ناحیه کریستالی جلویی شده و با خروج از قسمت مقابل، 22 درجه شکست می‌شود.
در زمستان هاله ای در هوای سرد نزدیک لامپ های خیابان دیده می شود. از نور یک فانوس ظاهر می شود.
هاله ای در اطراف خورشید نیز می تواند در هوای برفی یخ زده تشکیل شود. دانه های برف در هوا هستند، نور از میان ابرها عبور می کند. در غروب غروب خورشید، این نور قرمز می شود. در قرون گذشته، افراد خرافاتی از چنین پدیده هایی وحشت می کردند.
هاله ممکن است شبیه یک دایره رنگین کمان به دور خورشید باشد. به نظر می رسد اگر کریستال های زیادی با شش وجه در جو وجود داشته باشد، اما آنها منعکس نمی شوند، اما پرتوهای خورشید را می شکنند. بیشتر اشعه ها پراکنده هستند و به چشم ما نمی رسند. بقیه اشعه ها به چشم انسان می رسد و ما متوجه یک دایره رنگین کمانی در اطراف خورشید می شویم. شعاع آن تقریباً 22 درجه یا 46 درجه است.
خورشید کاذب
دانشمندان متوجه شده اند که دایره هاله همیشه در طرفین روشن تر است. این با این واقعیت توضیح داده می شود که هاله های عمودی و افقی در اینجا به هم می رسند. خورشیدهای کاذب ممکن است در تقاطع آنها ظاهر شوند. این به ویژه زمانی اتفاق می‌افتد که خورشید نزدیک به افق است، در این زمان دیگر نمی‌توانیم بخشی از دایره عمودی را ببینیم.
خورشید کاذب نیز یک پدیده نوری، نوعی هاله است. به نظر می رسد به دلیلکریستال های یخ با شش صورت، به شکل ناخن. چنین بلورهایی در اتمسفر در جهت عمودی شناور می شوند، نور در وجه جانبی آنها شکسته می شود.
سومین "خورشید" نیز می تواند تشکیل شود اگر فقط قسمت سطح دایره هاله در بالای خورشید واقعی قابل مشاهده باشد. این می تواند بخشی از یک قوس یا یک نقطه نورانی با شکل نامفهوم باشد. گاهی اوقات خورشیدهای کاذب آنقدر درخشان هستند که از خورشید واقعی قابل تشخیص نیستند.
رنگین کمان
این یک پدیده نوری جوی به شکل یک دایره ناقص با رنگ های مختلف است.
مذاهب دوران باستان رنگین کمان را پلی از آسمان به زمین می دانستند. ارسطو معتقد بود که رنگین کمان به دلیل انعکاس قطرات نور خورشید ظاهر می شود. کدام پدیده نوری هنوز هم می تواند انسان را به اندازه رنگین کمان خوشحال کند؟
در قرن هفدهم، دکارت ماهیت رنگین کمان را مطالعه کرد. بعدها، نیوتن با نور آزمایش کرد و نظریه دکارت را تکمیل کرد، اما نتوانست تشکیل چندین رنگین کمان، عدم وجود سایه های رنگی در آنها را درک کند.
تئوری کامل رنگین کمان در قرن نوزدهم توسط ستاره شناس انگلیسی، D. Erie ارائه شد. این او بود که توانست تمام فرآیندهای رنگین کمان را آشکار کند. نظریه ای که او ایجاد کرد امروزه هنوز پذیرفته شده است.
رنگین کمان زمانی ظاهر می شود که نور خورشید به پرده ای از آب باران در ناحیه ای از آسمان روبروی خورشید برخورد کند. مرکز رنگین کمان در نقطه ای در سمت دور خورشید قرار دارد، یعنی با چشم انسان قابل مشاهده نیست. قوس رنگین کمان بخشی از دایره اطراف این نقطه مرکزی است.
رنگ ها در رنگین کمان به ترتیب خاصی قرار می گیرند. او ثابت است.قرمز در لبه بالایی است، بنفش در پایین است. بین آنها، رنگ ها در یک آرایش دقیق قرار می گیرند. رنگین کمان شامل تمام رنگ های موجود نیست. غلبه رنگ سبز نشان دهنده گذار به آب و هوای مطلوب است.
شفق قطبی
این درخشش در لایه های مغناطیسی بالایی جو به دلیل تأثیر متقابل اتم ها و عناصر باد خورشیدی است. شفق قطبی معمولا سبز یا آبی با رنگ های صورتی و قرمز است. آنها ممکن است به شکل یک روبان یا یک نقطه باشند. ترکیدن آنها اغلب با صداهای پر سر و صدا همراه است.
سراب
فریب های ساده سراب برای هر شخصی آشناست. به عنوان مثال، هنگام رانندگی روی آسفالت گرم شده، یک سراب به عنوان سطح آب ظاهر می شود. این برای کسی تعجبی ندارد. چه پدیده نوری ظهور سراب ها را توضیح می دهد؟ بیایید در مورد این موضوع با جزئیات بیشتر صحبت کنیم.
سراب یک پدیده فیزیکی نوری در جو است که در نتیجه چشم اشیایی را می بیند که در شرایط عادی از دید پنهان هستند. این به دلیل شکست پرتو نور هنگام عبور از لایه های هوا است. اجسامی که در فاصله قابل توجهی قرار دارند ممکن است نسبت به مکان واقعی خود بالا یا پایین بیایند یا ممکن است منحرف شوند و شکل های عجیب و غریبی به خود بگیرند.
Brocken Ghost
این پدیده ای است که در آن، هنگام غروب یا طلوع خورشید، سایه شخصی که در ارتفاع قرار دارد، با افتادن بر روی ابرهایی که در نزدیکی هستند، نسبت های نامفهومی پیدا می کند. این توضیح داده شده استانعکاس و شکست پرتوهای نور توسط قطرات آب در شرایط مه. نام این پدیده از یکی از ارتفاعات کوه هارتز آلمان گرفته شده است.
St. Elmo's Fire
اینها برس های درخشان آبی یا بنفش روی دکل کشتی های دریایی هستند. نورها می توانند در ارتفاعات کوهستانی، در ساختمان هایی با ارتفاع چشمگیر ظاهر شوند. این پدیده به دلیل تخلیه الکتریکی در انتهای هادی ها به دلیل افزایش کشش الکتریکی رخ می دهد.
اینها پدیده های نوری هستند که در دروس پایه هشتم مورد توجه قرار می گیرند. بیایید در مورد دستگاه های نوری صحبت کنیم.
طراحی در اپتیک
دستگاه های نوری دستگاه هایی هستند که تابش نور را تبدیل می کنند. معمولاً این دستگاه‌ها در نور مرئی کار می‌کنند.
همه دستگاه های نوری را می توان به دو نوع تقسیم کرد:
- دستگاه هایی که در آن تصویر روی صفحه نمایش داده می شود. اینها دوربین‌ها، دوربین‌های فیلم، دستگاه‌های تصویربرداری هستند.
- دستگاه هایی که با چشم انسان تعامل دارند، اما تصویری را روی صفحه نمایش نمی دهند. این یک ذره بین، میکروسکوپ، تلسکوپ است. این دستگاه‌ها بصری در نظر گرفته می‌شوند.
دوربین یک دستگاه اپتومکانیکی است که برای به دست آوردن تصاویر یک جسم روی فیلم استفاده می شود. طراحی دوربین شامل یک دوربین و لنزهایی است که لنز را تشکیل می دهند. لنز یک تصویر مینیاتوری معکوس از جسمی که روی فیلم گرفته می شود ایجاد می کند. این به دلیل عمل نور است.
تصویر در ابتدا نامرئی است، اما به لطف راه حل در حال توسعه، قابل مشاهده می شود. این تصویر نام داردمنفی، در آن مکان های روشن تاریک به نظر می رسند و بالعکس. روی کاغذ حساس به نور از نگاتیو مثبت بگیرید. با استفاده از بزرگ‌کننده عکس، تصویر بزرگ‌تر می‌شود.
ذره بین عدسی یا سیستم عدسی است که برای بزرگنمایی اشیا در حین نگاه کردن به آنها طراحی شده است. ذره بین در کنار چشم قرار می گیرد، فاصله ای که جسم از آن به وضوح دیده می شود انتخاب می شود. استفاده از ذره بین بر اساس افزایش زاویه دیدی است که از آن شیء مشاهده می شود.
برای بزرگنمایی زاویه ای بیشتر، از میکروسکوپ استفاده کنید. در این دستگاه بزرگنمایی اجسام به دلیل سیستم نوری متشکل از عدسی و چشمی صورت می گیرد. ابتدا زاویه دید توسط لنز و سپس توسط چشمی افزایش می‌یابد.
بنابراین، ما پدیده ها و دستگاه های نوری اصلی، انواع و ویژگی های آنها را در نظر گرفته ایم.
