Здавна міражі, мерехтливі фігури в повітряному середовищі насторожували і жахали людей. У наші дні вчені розкрили багато таємниць природи, в тому числі і оптичних явищ. Їх не дивують природні загадки, суть яких давно вивчена. У середній школі сьогодні проходять оптичні явища фізики у 8 класі, так що зрозуміти їх природу може будь-який учень.

Основні поняття

Вчені давнини вважали, що людське око бачить завдяки обмацуванню предметів найтоншими щупальцями. Оптика в той час була вченням про зір. У середньовіччі оптика вивчала світ і його суть. Сьогодні оптика – це частина фізики, вивчає поширення світла по різноманітним середах і його взаємодію з іншими речовинами. Всі питання, що стосуються зору, вивчає фізіологічна оптика.


Оптичні явища – це прояви різнопланових дій, чинених променями світла. Їх вивчає атмосферна оптика.

Незвичайні процеси в атмосфері

Планету Земля оточує газова оболонка, яка називається атмосферою. Її товщина складає сотні кілометрів. Ближче до Землі, атмосфера більш щільна, по напряму вгору розріджується. Фізичні властивості атмосферної оболонки постійно змінюються, шари змішуються. Змінюють температурні показники. Щільність, ступінь прозорості зсуваються. Від Сонця та інших небесних світил у напрямку до Землі йдуть світлові промені. Вони проходять через атмосферу Землі, яка для них служить специфічною оптичною системою, що змінює свої характеристики. Світлові промені відбиваються, розсіюються, проходять через атмосферу, освітлюють землю. При певних умовах шлях променів згинається, тому виникають різноманітні феномени. Найбільш оригінальними оптичними явищами фізики вважають:

захід сонячного світила;

поява райдуги;

північне сяйво;

міраж;

гало.

Розглянемо їх докладніше.

Гало навколо Сонця

Саме слово «гало» по-грецьки означає «коло». Яке оптичне явище лежить в його основі? Гало – це процес світлопереломлювання і відображення променів, що виникає в хмарних кристалах високо в атмосфері. Виглядає явище як світлові промені близько Сонця, обмежені темним інтервалом. Зазвичай гало утворюються перед циклонами і можуть бути провісниками. Водні краплі замерзають у повітрі й приймають правильну призменную форму з шістьма сторонами. Всі знайомі з бурульками, що з'являються в нижніх атмосферних шарах. Нагорі такі крижані голочки вільно опускаються у вертикальному напрямку. Кристалічні крижинки кружляють, спускаються на землю, при цьому вони мають паралельне розташування по відношенню до землі. Людина спрямовує зір через кристали, які виступають в ролі лінз і заломлюють світло. Інші призми виходять плоскими або виглядають як зірки з шістьма променями. Промені світла, потрапляючи на кристали, можуть не піддатися переломленню або випробувати ряд інших процесів. Рідко трапляється, щоб всі процеси були добре видні, зазвичай та або інша частина явища проявляється виразніше, а інші представлені слабо. Мале гало – це коло навколо сонця з радіусом приблизно в 22 градуси. Колір кола – червонуватий зсередини, далі переходить у жовтий, білий і змішується з блакитним небом. Внутрішня область кола темна. Він утворюється в результаті світлопереломлювання в голках з льоду, літають в повітрі. Промені в призмах відхиляються під кутом 22 градуси, тому ті з них, які пройшли через кристали, спостерігачеві показуються відхиленими на 22 градуси. Тому внутрішній простір видається темним.
Червоний колір переломлюється менше, показується найменш відхиленим від сонця. Далі слід жовтий. Інші промені перемішуються і постають погляду білими. Буває гало з кутом в 46 градусів, воно розташовується навколо гало 22 градуси. Його внутрішня область також червонувата, тому що світ зазнає заломлення в крижаних голках, повернених до сонця на 90 градусів. Відомо і 90-градусне гало, воно слабо світиться, майже не має кольору або забарвлене червоним із зовнішнього боку. Вчені дану різновид поки не вивчили в повній мірі.

Гало навколо Місяця і інші види

Це оптичне явище часто видно, якщо на небі легкі хмари і безліч мініатюрних кристалічних крижинок. Кожен такий кристал є своєрідною призмою. В основному їх форма – витягнуті шестигранники. Світ входить в передню кристалічну область і, виходячи в протилежну частину, заломлюється на 22 градуси. У зимовий час близько вуличних ліхтарів в холодному повітрі можна розгледіти гало. Воно з'являється з-за світла ліхтаря. Навколо Сонця гало може сформуватися і в морозному засніженому повітрі. Сніжинки літають у повітрі, світло проходить крізь хмари. У вечірньому заході цей світ стає червоним. У минулі століття забобонні люди приходили в жах від подібних явищ. Гало може виглядати як коло веселкового кольору навколо Сонця. Воно з'являється, якщо в атмосфері багато кристалів з шістьма гранями, але вони не відображають, а заломлюють промені сонця. Велика частина променів при цьому розсіюється, не добираючись до нашого погляду. Інші промені досягають людських очей, і ми помічаємо райдужну коло навколо Сонця. Його радіус – приблизно 22 градуси або 46 градусів.

Помилкове Сонце

Вчені відзначили, що окружність гало завжди більш яскрава по бічних сторонах. Це пояснюється тим, що тут зустрічаються вертикальне і горизонтальне гало. У місцях їх перетину можуть з'явитися помилкові сонця. Особливо часто це буває, коли Сонце знаходиться недалеко від горизонту, в цей час частина вертикального кола ми вже не бачимо. Помилкове сонце – це теж оптичне явище, різновид гало. З'являється воно за крижаних кристалів з шістьма гранями, мають форму, що нагадує цвяхи. Такі кристали витають в атмосфері у вертикальному напрямку, світло заломлюється в їх бічних гранях. Може утворитися і третє «сонце», якщо над справжнім сонцем видніється лише поверхнева частина кола гало. Воно може бути відрізком дуги або світловим плямою незрозумілої форми. Часом помилкові сонця настільки яскраві, що їх не відрізниш від справжнього Сонця.

Веселка

Це атмосферний оптичне явище в вигляді неповного кола з різними квітами. Релігії давнину вважали веселку мостом від неба до землі. Аристотель вважав, що веселка з'являється відображення крапель сонячного світла. Яке оптичне явище ще здатне так радувати людину, як це робить веселка? У XVII столітті Декарт вивчив природу райдуги. Пізніше Ньютон проводив експерименти зі світлом і доповнив теорію Декарта, але не зміг зрозуміти формування декількох веселок, відсутності в них окремих кольорових відтінків. Повна теорія веселки була представлена в XIX столітті астрономом з Англії Д. Ері. Саме йому вдалося розкрити всі процеси веселки. Розроблена ним теорія приймається і в наші дні. Веселка з'являється тоді, коли світло сонця потрапляє на завісу дощової води в області неба, зворотної від Сонця. Центр веселки розміщується в точці із зворотного боку Сонця, тобто вона не видно оку людини. Дуга веселки – це частина кола навколо цієї центральної точки. Кольорів у веселці розміщуються в певному порядку. Він постійний. Червоний – по верхньому краю, фіолетовий – по нижньому. Між ними кольори йдуть в суворій розстановці. У веселці є не всі існуючі кольору. Переважання зеленого кольору говорить про перехід до сприятливій погоді.

Полярне сяйво

Це світіння у верхніх магнітних шарах атмосфери через взаємовпливу атомів і елементів сонячного вітру. Зазвичай сяйва мають зеленим або синім відтінків з вкрапленнями рожевого і червоного. Вони можуть мати форму стрічки або плями. Їх сплески часто супроводжують гучні звуки.

Міраж

Прості міражні обмани знайомі будь-якій людині. Наприклад, при їзді по нагрітому асфальту міраж представляється як водна гладь. Це ні в кого не викликає подиву. Яке оптичне явище пояснює появу міражів? Зупинимося на цьому питанні детальніше. Міраж – це оптичне фізичне явище в атмосфері, в результаті якого око бачить предмети, приховані від погляду в звичайних умовах. Це пояснюється заломленням світлового променя при проходженні крізь повітряні шари. Об'єкти, що знаходяться на значній відстані, при цьому можуть піднятися або опуститися щодо свого справжнього місця розташування, а можуть спотворюватися і набувати химерні обриси.

Брокенский привид

Це явище, при якому на заході або сході сонячного світила тінь людини, що знаходиться на підвищенні, набуває незбагненні масштаби, оскільки потрапляє на хмари, що знаходяться поблизу. Це пояснюється віддзеркаленням і заломленням світлових променів водними краплями в туманних умовах. Феномен назвали по імені однієї з висот німецьких гір Гарц.

Вогні святого Ельма

Це світяться кисті блакитний або фіолетового забарвлення на щоглах морських суден. Вогні можуть з'являтися на гірських височинах, на будівлях значної висоти. Це явище виникає завдяки электроразрядам на кінцях провідників з-за того, що зростає електрична напруженість. Такі розглянуті на уроках 8 класу оптичні явища. Поговоримо про пристрої оптики.

Конструкції в оптиці

Оптичними приладами вважаються пристрої, що перетворюють світлове випромінювання. Зазвичай ці прилади працюють у видимому світлі. Всі оптичні пристрої можна підрозділити на два виду:

Прилади, в яких зображення виходить на екрані. Це фотоапарати, кіноапарати, проекційні апарати.

Пристрої, які взаємодіють з оком людини, але не утворюють зображень на екрані. Це лупа, мікроскоп, телескопи. Ці прилади вважаються візуальними.

Фотоапарат – це оптико-механічний пристрій, що застосовується для отримання зображень предмета на фотоплівці. Конструкція фотоапарата включає в себе камеру і об'єктив, які утворюють об'єктив. Об'єктив створює перевернуте зменшене зображення об'єкта, що фіксується на плівці. Це відбувається завдяки дії світла. Зображення спочатку невидимо, але, завдяки проявляющему розчину, стає видимим. Це зображення називають негативом, в ньому світлі місця виглядають темними, і навпаки. З негативу роблять позитив на світлочутливої папері. З допомогою фотозбільшувача зображення збільшують. Лупа – це лінза або система лінз, призначена для збільшення предметів в процесі їх розглядання. Лупу розташовують поряд з оком, підбирають відстань, з якого предмет бачиться чітко. Застосування лупи засноване на збільшенні кута зору, під яким розглядається предмет. Щоб отримати більше кутове збільшення, використовують мікроскоп. У цьому пристрої збільшення предметів відбувається завдяки оптичній системі, що складається з об'єктива і окуляра. Спочатку кут зору збільшується об'єктивом, далі - окуляром. Отже, ми розглянули основні оптичні явища і прилади, їх різновиди та особливості.