Чудили ли сте се защо небето е синьо? В крайна сметка атмосферата се състои от прозрачен въздух, а слънчевата светлина е бяла. Как става така, че през деня, в светлината на Слънцето, небето става синьо и непрозрачно? До 1899 г. този парадокс е бил неразрешим, но сега науката знае отговора.

Защо небето е синьо?

Отговорът се крие в природата на светлината. Бялата светлина се състои от седем цвята от спектъра: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово, всеки от които има определена дължина на вълната. Червените светлинни вълни са най-дълги, оранжевите са малко по-къси... виолетовите са най-къси.

1. слънце
2. Лъчи светлина
3. Цветовете на спектъра, които съставляват видимата част от радиацията (светлината) на нашето Слънце.
4. Земята

Докато светлината преминава през плътната земна атмосфера, тя започва да се разсейва, пречупвайки се в малки частици газ, водна пара и прах. Както вероятно вече се досещате, не всички компоненти на спектъра са разпръснати еднакво. Толкова дългите червени вълни практически не се разпръскват настрани, следвайки лъча чак до земята. Синята късовълнова светлина, напротив, се разпръсква много добре настрани, оцветявайки цялото небе в синьо-сини тонове.

1. Светлинни вълни
2. Земна атмосфера
3. Пречупване и разсейване на синята част на спектъра

Колкото по-къса е дължината на вълната на светлината, толкова повече тя се разсейва в атмосферата и обратно. Числото “3” на фигурата отбелязва процеса на пречупване на светлината върху газови молекули, прахови частици и водни капки, изпълващи атмосферата.

Кратък отговор: Синята част от цветовия спектър на Слънцето, поради късата си дължина на вълната, е по-добре разпръсната в земната атмосфера в сравнение с останалите 6 цвята от спектъра.

Защо небето НЕ е лилаво?

Виолетовата част от спектъра всъщност има по-къса дължина на вълната от синята част и следователно е по-добре разпръсната в атмосферата. Нашето небе обаче не е лилаво. Защо? Първо, Слънцето има неравномерен спектър - виолетовата радиация е много по-малко синя. Второ, човешките очи са по-малко чувствителни към виолетовия цвят.

Защо залезът е червен?

По време на зазоряване и залез слънчевата светлина се движи тангенциално към повърхността на земята - разстоянието, изминато от лъча през атмосферата, се увеличава значително. Цялата светлина с къса дължина на вълната се разпръсква настрани много преди да достигне до наблюдателя. До земята достигат само дълги оранжеви и червени вълни, които са леко разпръснати по преките лъчи и оцветяват локална част от небето.

Хората винаги са се чудили защо небето е синьо. Нашите славянски предци са вярвали, че земята е кръгла и се сближава с небето по краищата си. Самата земя е заобиколена от безкраен океан. Небето е голям сводест купол, който покрива цялата земя. Славяните вярвали, че небето е много твърдо и Бог го е създал, за да живее там с душите на хората и ангелите. Гърците в древността вярвали, че небето е направено от кристал, който блести и затова е синьо.

Небето е въздухът, който дишаме. Цветът и видът на небето, което виждаме от земята, зависи от времето на деня, времето и сезона. Облаци, звезди при ясно време и луната често се виждат в небето. Небето на земята може да бъде боядисано в различни цветове в зависимост от времето, различно от небето, гледано от самолет, особено когато вали. Небето може да бъде с различни цветове и нюанси, тъй като над земята винаги се носи мрежа от едва видими капки вода и микрочастици прах. Това е атмосферен аерозол, който участва в разсейването на светлинен лъч и влияе върху цвета на небето, което виждаме от земята.

По всяко време са се правили предположения защо небето е синьо. В ерата на Гьоте хората вярвали, че небето става синьо, защото светлината и тъмнината се смесват. През 16 век Леонардо да Винчи уверява всички, че небето придобива син оттенък на фона на останалото тъмно пространство. Още през 18 век е представена теория, че компонентите на въздуха оцветяват небето в този цвят. Учените смятат, че въздухът съдържа големи количества примеси, газове и прах, докато чистият въздух би бил черен. След тези предположения възникнаха много спорове и предположения, но само един човек беше прав, английският физик Рейли.

На въпроса защо небето е синьо отговаря законът на физиката. Английският учен Rayleigh разсея всички предположения през 19 век. Според тази теория светлината се разсейва от молекулите на въздуха. Рейли доказа, че цветът на нашето небе зависи от дължината на вълната на светлината. В същото време интензитетът на разсейване на цветните лъчи, съставляващи слънчевата светлина, не е еднакъв. Дължината на вълната на слънчевите червени лъчи е по-дълга от тази на виолетовите лъчи, така че ще се появят повече виолетови лъчи, отколкото червени лъчи. Когато се разпръснат, лъчите се смесват помежду си и небето става синьо.

За мнозина не е ясно защо небето е синьо, тъй като атмосферата се състои от въздух, а въздухът е напълно прозрачен и безцветен. През деня, когато слънцето грее, небето става синьо, а през нощта става прозрачно. Работата е там, че слънчевите лъчи оцветяват въздуха високо над главите ни. Слънцето изпраща лъчи към земната повърхност и те преминават през дебелия слой въздух, който обгръща нашата планета. Слънчевият лъч е многоцветен и се състои от всички цветове на дъгата. Когато слънчевият лъч преминава през дебел слой атмосфера, частиците от въздуха се разпръскват и пръскат всеки цвят от слънчевия спектър, най-вече синьо, така че небето става синьо.

Отговорът на въпроса защо небето е синьо е доста прост. Слънчевата светлина или светлината от лампа ни изглежда бяла, но се състои от седем цвята, които са познати на всички. Атмосферата около Земята е изпълнена с въздух, който се състои от молекули газ и прах. Преминавайки през въздушното пространство, слънчевият лъч се сблъсква с частици от атмосферата и отскача в друга посока, т.е. разпръсква се. Някои цветове, червено и оранжево, преминават директно от слънцето, без да се разпръскват. Сините лъчи отскачат и се разпръскват в пространството, така че небето има син оттенък. Когато погледнем към небето, виждаме тези сини лъчи, които проникват в небето.

Защо небето е червено

Защо небето е синьо, а по време на залез алено? Отговорът отново се крие в законите на физиката: червените лъчи имат най-голяма дължина. Поради тази причина червената светлина може да проникне през дебелината на земната атмосфера, дори когато слънчевата светлина изчезне под хоризонта. Небето е оцветено в синьо само при ясно време, тъй като всичко е покрито с облаци и облаци. По време на дъжд или облачно време спектърът на светлинните лъчи не може да премине през атмосферата до земната повърхност. Само малък брой светлинни лъчи достигат до повърхността и се пречупват от водата, която се намира на доста голяма надморска височина. Тази вода изкривява светлинните лъчи на слънцето.

Народни знаци за цвета на небето

Нашите предци са се научили да предсказват времето въз основа на сигнали от природата. Има много народни суеверия за времето, които се свързват с цвета на небето. Ако по време на залез небето на изток е изпълнено с пурпурна светлина, това означава, че духа силен вятър. Ако небето на запад е червено, на следващия ден времето ще е хубаво. По време на разсъмване небето става червено - ще има силен дъжд и вятър. Ако небето на югоизток е червено, ще вали. Зеленият оттенък на небето, който прозира през облаците по време на дъжд, показва неговото засилване. След залез слънце небето се раззеленява, очакват се силен дъжд и вятър, тъй като според старите вярвания зеленото небе предвещава „проклето време“. Ако небето е тъмно сиво и вятърът духа от юг, очаквайте по-ниски температури. Ако през лятото видите ясно и ясно небе сутрин, тогава трябва да очаквате дъждовни облаци след няколко часа. Но ако в небето се виждат малки облаци, времето ще е ясно и топло.

В ясен слънчев ден небето над нас изглежда ярко синьо. Вечер залезът оцветява небето в червено, розово и оранжево. Защо небето е синьо?Какво прави залеза червен?

За да отговорите на тези въпроси, трябва да знаете какво е светлина и от какво е изградена земната атмосфера.

атмосфера

Атмосферата е смес от газове и други частици, които заобикалят земята. Атмосферата се състои главно от азот (78%) и кислород (21%) газове. Газът аргон и водата (под формата на пара, капчици и ледени кристали) са следващите най-разпространени в атмосферата, концентрацията им не надвишава съответно 0,93% и 0,001%. Атмосферата на Земята също съдържа малки количества други газове, както и малки частици прах, сажди, пепел, полени и сол, които навлизат в атмосферата от океаните.

Съставът на атмосферата варира в малки граници в зависимост от местоположението, времето и др. Концентрацията на вода в атмосферата се увеличава по време на бури, както и в близост до океана. Вулканите са способни да изхвърлят огромни количества пепел високо в атмосферата. Замърсяването, причинено от човека, също може да добави различни газове или прах и сажди към нормалния състав на атмосферата.

Плътността на атмосферата на малки височини в близост до повърхността на Земята е най-голяма, а с увеличаване на надморската височина тя постепенно намалява. Няма ясна граница между атмосферата и космоса.

Светлинни вълни

Светлината е вид енергия, която се пренася от вълни. Освен светлина, вълните носят и други видове енергия, например звуковата вълна е вибрация на въздуха. Светлинната вълна е колебание на електрически и магнитни полета, този диапазон се нарича електромагнитен спектър.

Електромагнитните вълни преминават през безвъздушното пространство със скорост от 299,792 km/s. Скоростта, с която се разпространяват тези вълни, се нарича скорост на светлината.

Енергията на излъчване зависи от дължината на вълната и нейната честота. Дължината на вълната е разстоянието между двата най-близки пика (или падини) на вълната. Честотата на една вълна е броят пъти, когато вълната осцилира за секунда. Колкото по-дълга е вълната, толкова по-ниска е нейната честота и толкова по-малко енергия носи.

Видими светли цветове

Видимата светлина е частта от електромагнитния спектър, която може да се види от нашите очи. Светлината, излъчвана от Слънцето или лампа с нажежаема жичка, може да изглежда бяла, но всъщност е смес от различни цветове. Можете да видите различните цветове на видимия спектър на светлината, като го разделите на компоненти с помощта на призма. Този спектър може да се наблюдава и в небето под формата на дъга, в резултат на пречупването на светлината от Слънцето в капчици вода, действащи като една гигантска призма.

Цветовете на спектъра се смесват и непрекъснато се трансформират един в друг. В единия край спектърът има червени или оранжеви цветове. Тези цветове плавно преминават в жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово. Цветовете имат различни дължини на вълните, различни честоти и се различават по енергии.

Разпространение на светлината във въздуха

Светлината се движи през пространството по права линия, стига да няма препятствия по пътя й. Когато светлинна вълна навлезе в атмосферата, светлината продължава да се движи по права линия, докато на пътя ѝ не попречат прах или газови молекули. В този случай какво ще се случи със светлината ще зависи от нейната дължина на вълната и размера на частиците, уловени по нейния път.

Праховите частици и водните капки са много по-големи от дължината на вълната на видимата светлина. Светлината се отразява в различни посоки, когато удари тези големи частици. Различните цветове на видимата светлина се отразяват еднакво от тези частици. Отразената светлина изглежда бяла, защото все още съдържа същите цветове, които са присъствали преди да бъде отразена.

Газовите молекули са по-малки от дължината на вълната на видимата светлина. Ако светлинна вълна се сблъска с тях, резултатът от сблъсъка може да е различен. Когато светлината се сблъска с молекула на всеки газ, част от нея се абсорбира. Малко по-късно молекулата започва да излъчва светлина в различни посоки. Цветът на излъчената светлина е същият, който е бил абсорбиран. Но цветовете с различна дължина на вълната се абсорбират по различен начин. Всички цветове могат да бъдат абсорбирани, но по-високите честоти (синьо) се абсорбират много по-силно от по-ниските честоти (червено). Този процес се нарича Rayleigh scattering, кръстен на британския физик Джон Rayleigh, който открива този феномен на разсейване през 1870-те години.

Защо небето е синьо?

Небето е синьо поради разсейването на Rayleigh. Докато светлината преминава през атмосферата, повечето от дългите дължини на вълните на оптичния спектър преминават непроменени. Само малка част от червените, оранжевите и жълтите цветове взаимодействат с въздуха.

Въпреки това, много по-къси дължини на вълните на светлината се абсорбират от газовите молекули. След като се абсорбира, синият цвят се излъчва във всички посоки. То е разпръснато навсякъде по небето. Без значение в коя посока гледате, част от тази разпръсната синя светлина достига до наблюдателя. Тъй като синята светлина се вижда навсякъде над главата, небето изглежда синьо.

Ако погледнете към хоризонта, небето ще има по-блед оттенък. Това е резултат от това, че светлината преминава по-голямо разстояние през атмосферата, за да достигне до наблюдателя. Разсеяната светлина отново се разсейва от атмосферата и по-малко синя светлина достига до очите на наблюдателя. Следователно цветът на небето близо до хоризонта изглежда по-блед или дори изглежда напълно бял.

Черно небе и бяло слънце

От Земята Слънцето изглежда жълто. Ако бяхме в космоса или на Луната, Слънцето щеше да ни изглежда бяло. В космоса няма атмосфера, която да разсейва слънчевата светлина. На Земята някои от късите дължини на слънчевата светлина (синя и виолетова) се абсорбират чрез разсейване. Останалата част от спектъра изглежда жълта.

Освен това в космоса небето изглежда тъмно или черно вместо синьо. Това е резултат от липсата на атмосфера, следователно светлината не се разсейва по никакъв начин.

Защо залезът е червен?

Когато Слънцето залезе, слънчевата светлина трябва да измине по-голямо разстояние в атмосферата, за да достигне до наблюдателя, така че повече слънчева светлина се отразява и разпръсква от атмосферата. Тъй като по-малко пряка светлина достига до наблюдателя, Слънцето изглежда по-малко ярко. Цветът на Слънцето също изглежда различен, вариращ от оранжев до червен. Това се случва, защото още повече късовълнови цветове, синьо и зелено, се разпръскват. Остават само дълговълновите компоненти на оптичния спектър, които достигат до очите на наблюдателя.

Небето около залязващото слънце може да има различни цветове. Небето е най-красиво, когато във въздуха има много малки частици прах или вода. Тези частици отразяват светлината във всички посоки. В този случай се разсейват по-къси светлинни вълни. Наблюдателят вижда светлинни лъчи с по-голяма дължина на вълната, поради което небето изглежда червено, розово или оранжево.

Повече за атмосферата

Какво е атмосфера?

Атмосферата е смес от газове и други вещества, които обграждат Земята под формата на тънка, предимно прозрачна обвивка. Атмосферата се задържа на място от земната гравитация. Основните компоненти на атмосферата са азот (78,09%), кислород (20,95%), аргон (0,93%) и въглероден диоксид (0,03%). Атмосферата също така съдържа малки количества вода (на различни места концентрацията й варира от 0% до 4%), твърди частици, газове неон, хелий, метан, водород, криптон, озон и ксенон. Науката, която изучава атмосферата, се нарича метеорология.

Животът на Земята не би бил възможен без наличието на атмосфера, която доставя кислорода, от който се нуждаем, за да дишаме. Освен това атмосферата изпълнява още една важна функция - изравнява температурата на цялата планета. Ако нямаше атмосфера, тогава на някои места на планетата можеше да има цвъртяща топлина, а на други места екстремен студ, температурният диапазон можеше да варира от -170°C през нощта до +120°C през деня. Атмосферата също ни предпазва от вредното лъчение от Слънцето и космоса, като го абсорбира и разпръсква.

От общото количество слънчева енергия, достигаща Земята, приблизително 30% се отразява от облаците и земната повърхност обратно в космоса. Атмосферата абсорбира приблизително 19% от слънчевата радиация и само 51% се абсорбира от земната повърхност.

Въздухът има тежест, въпреки че ние не го осъзнаваме и не усещаме натиска на въздушния стълб. На морското равнище това налягане е една атмосфера или 760 mmHg (1013 милибара или 101,3 kPa). С увеличаване на надморската височина атмосферното налягане намалява бързо. На всеки 16 км надморска височина налягането пада 10 пъти. Това означава, че при налягане от 1 атмосфера на морското равнище, на височина 16 км налягането ще бъде 0,1 атм, а на височина 32 км - 0,01 атм.

Плътността на атмосферата в най-ниските й слоеве е 1,2 kg/m3. Всеки кубичен сантиметър въздух съдържа приблизително 2,7 * 10 19 молекули. На нивото на земята всяка молекула се движи с около 1600 км/ч, сблъсквайки се с други молекули 5 милиарда пъти в секунда.

Плътността на въздуха също намалява бързо с увеличаване на надморската височина. На надморска височина от 3 км плътността на въздуха намалява с 30%. Хората, живеещи близо до морското равнище, изпитват временни проблеми с дишането, когато бъдат издигнати на такава височина. Най-високата надморска височина, на която постоянно живеят хора, е 4 км.

Структурата на атмосферата

Атмосферата се състои от различни слоеве, разделянето на тези слоеве става според тяхната температура, молекулен състав и електрически свойства. Тези слоеве нямат ясно определени граници, те се променят сезонно и освен това техните параметри се променят на различни географски ширини.

Разделяне на атмосферата на слоеве в зависимост от техния молекулен състав

Хомосфера

• Долните 100 км, включително тропосферата, стратосферата и мезопаузата.
• Съставлява 99% от масата на атмосферата.
• Молекулите не се разделят по молекулно тегло.
• Съставът е доста хомогенен, с изключение на някои малки локални аномалии. Хомогенността се поддържа чрез постоянно смесване, турбулентност и турбулентна дифузия.
• Водата е един от двата компонента, които са неравномерно разпределени. Докато водната пара се издига, тя се охлажда и кондензира, след което се връща към земята под формата на валежи - сняг и дъжд. Самата стратосфера е много суха.
• Озонът е друга молекула, чието разпределение е неравномерно. (Прочетете по-долу за озоновия слой в стратосферата.)

Хетеросфера

• Простира се над хомосферата и включва термосферата и екзосферата.
• Разделянето на молекулите в този слой се основава на техните молекулни тегла. По-тежките молекули като азот и кислород са концентрирани в долната част на слоя. По-леките, хелият и водородът, преобладават в горната част на хетеросферата.

Разделяне на атмосферата на слоеве в зависимост от техните електрически свойства.

Неутрална атмосфера

• Под 100 км.

йоносфера

• Приблизително над 100 км.
• Съдържа електрически заредени частици (йони), получени от абсорбцията на ултравиолетова светлина
• Степента на йонизация се променя с надморската височина.
• Различните слоеве отразяват дълги и къси радиовълни. Това позволява на радиосигналите, пътуващи по права линия, да се огъват около сферичната повърхност на земята.
• Полярните сияния се появяват в тези атмосферни слоеве.
• Магнитосферае горната част на йоносферата, простираща се до приблизително 70 000 km надморска височина, тази надморска височина зависи от интензивността на слънчевия вятър. Магнитосферата ни предпазва от високоенергийни заредени частици от слънчевия вятър, като ги задържа в магнитното поле на Земята.

Разделяне на атмосферата на слоеве в зависимост от техните температури

Височина на горната граница тропосферазависи от сезоните и географската ширина. Простира се от земната повърхност до надморска височина от приблизително 16 km на екватора и до надморска височина от 9 km на северния и южния полюс.

• Префиксът "тропо" означава промяна. Промените в параметрите на тропосферата възникват поради метеорологичните условия - например поради движението на атмосферните фронтове.
• С увеличаване на надморската височина температурата пада. Топлият въздух се издига, след това се охлажда и пада обратно към Земята. Този процес се нарича конвекция, възниква в резултат на движението на въздушните маси. Ветровете в този слой духат предимно вертикално.
• Този слой съдържа повече молекули от всички останали слоеве взети заедно.

Стратосфера- простира се от приблизително 11 km до 50 km надморска височина.

• Има много тънък слой въздух.
• Префиксът "страто" се отнася до слоеве или разделяне на слоеве.
• Долната част на стратосферата е доста спокойна. Реактивните самолети често летят в долната стратосфера, за да избегнат лошото време в тропосферата.
• В горната част на стратосферата има силни ветрове, известни като струйни потоци на голяма надморска височина. Те духат хоризонтално със скорост до 480 км/ч.
• Стратосферата съдържа "озоновия слой", разположен на надморска височина от приблизително 12 до 50 km (в зависимост от географската ширина). Въпреки че концентрацията на озон в този слой е само 8 ml/m 3, той е много ефективен при абсорбирането на вредните ултравиолетови лъчи от слънцето, като по този начин защитава живота на земята. Молекулата на озона се състои от три кислородни атома. Молекулите на кислорода, които дишаме, съдържат два кислородни атома.
• Стратосферата е много студена, с температура приблизително -55°C на дъното и нарастваща с надморската височина. Повишаването на температурата се дължи на поглъщането на ултравиолетовите лъчи от кислорода и озона.

Мезосфера- простира се до надморска височина от около 100 km.

• С увеличаване на надморската височина температурата се повишава бързо.

Термосфера- простира се до надморска височина от около 400 km.

• С увеличаване на надморската височина температурата се повишава бързо поради абсорбцията на ултравиолетовото лъчение с много къса дължина на вълната.
• Метеорите или "падащите звезди" започват да изгарят на височина от приблизително 110-130 км над земната повърхност.

Екзосфера- простира се на стотици километри отвъд термосферата, като постепенно се премества в открития космос.

• Плътността на въздуха тук е толкова ниска, че използването на понятието температура губи всякакъв смисъл.
• Когато молекулите се сблъскват една с друга, те често излитат в космоса.

Защо цветът на небето е син?

Видимата светлина е вид енергия, която може да пътува в космоса. Светлината от Слънцето или лампа с нажежаема жичка изглежда бяла, въпреки че в действителност е смес от всички цветове. Основните цветове, които изграждат бялото, са червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово. Тези цветове непрекъснато се трансформират един в друг, така че в допълнение към основните цветове има и огромен брой различни нюанси. Всички тези цветове и нюанси могат да се наблюдават в небето под формата на дъга, която се появява в зона с висока влажност.

Въздухът, който изпълва цялото небе, е смес от малки газови молекули и малки твърди частици като прах.

Когато слънчевата светлина преминава през въздуха, тя среща молекули и прах. Когато светлината се сблъска с газови молекули, светлината може да се отрази в различни посоки. Някои цветове, като червено и оранжево, достигат директно до наблюдателя, като преминават директно през въздуха. Но повечето синя светлина се отразява от въздушните молекули във всички посоки. Това разпръсква синя светлина в небето и го кара да изглежда синьо.

Когато погледнем нагоре, част от тази синя светлина достига до очите ни от цялото небе. Тъй като виждаме синьо навсякъде над главите си, небето изглежда синьо.

В открития космос няма въздух. Тъй като няма препятствия, от които светлината да се отразява, светлината пътува директно. Лъчите на светлината не се разсейват и „небето“ изглежда тъмно и черно.

Експерименти със светлина

Първият експеримент е разлагането на светлината в спектър

За да проведете този експеримент ще ви трябва:

• малко огледало, парче бяла хартия или картон, вода;
• голям плитък съд като кювета или купа или пластмасова кутия за сладолед;
• слънчево време и прозорец към слънчевата страна.

Как да проведем експеримент:

1. Напълнете кюветата или купата 2/3 с вода и я поставете на пода или масата, така че пряката слънчева светлина да достига до водата. Наличието на пряка слънчева светлина е задължително за правилно експериментиране.
2. Поставете огледалото под вода, така че слънчевите лъчи да падат върху него. Задръжте лист хартия върху огледалото, така че слънчевите лъчи, отразени от огледалото, да паднат върху хартията; ако е необходимо, коригирайте относителната им позиция. Наблюдавайте цветовия спектър на хартия.

Какво се случва: Водата и огледалото действат като призма, разделяйки светлината на цветните компоненти на спектъра. Това се случва, защото светлинните лъчи, преминавайки от една среда (въздух) в друга (вода), променят скоростта и посоката си. Това явление се нарича пречупване. Различните цветове се пречупват по различен начин, виолетовите лъчи са по-затормозени и променят посоката си по-силно. Червените лъчи се забавят и променят посоката си по-малко. Светлината се разделя на съставните си цветове и можем да видим спектъра.

Втори опит – моделиране на небето в стъклен буркан

Необходими материали за експеримента:

• прозрачна висока чаша или прозрачен пластмасов или стъклен буркан;
• вода, мляко, чаена лъжичка, фенерче;
• тъмна стая;

Провеждане на експеримента:

1. Напълнете чаша или буркан 2/3 с вода, приблизително 300-400 мл.
2. Добавете 0,5 до една лъжица мляко към водата, разклатете сместа.
3. Вземете чаша и фенерче, влезте в тъмна стая.
4. Дръжте фенерче над чаша с вода и насочете светлинния лъч към повърхността на водата, погледнете чашата отстрани. В този случай водата ще има синкав оттенък. Сега насочете фенерчето към страната на стъклото и погледнете лъча светлина от другата страна на стъклото, така че светлината да минава през водата. В този случай водата ще има червеникав оттенък. Поставете фенерче под стъклото и насочете светлината нагоре, докато гледате водата отгоре. В този случай червеникавият оттенък на водата ще изглежда по-наситен.

Това, което се случва в този експеримент е, че малки частици мляко, суспендирани във вода, разсейват светлината, идваща от фенерче, по същия начин, по който частиците и молекулите във въздуха разпръскват слънчевата светлина. Когато една чаша се освети отгоре, водата изглежда синкава поради факта, че синият цвят се разпръсква във всички посоки. Когато гледате директно светлината през водата, светлината от фенера изглежда червена, защото някои от сините лъчи са премахнати поради разсейване на светлината.

Трети опит – смесване на цветове

Ще имаш нужда:

• молив, ножица, бял картон или лист ватман;
• цветни моливи или маркери, владетел;
• халба или голяма чаша с диаметър в горната част 7...10 cm или шублер.
• Хартиена чаша.

Как да проведем експеримент:

1. Ако нямате шублер, използвайте чаша като шаблон, за да начертаете кръг върху парче картон и изрежете кръга. С помощта на линийка разделете кръга на 7 приблизително равни сектора.
2. Оцветете тези седем сектора в цветовете на основния спектър - червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово. Опитайте се да рисувате диска възможно най-чисто и равномерно.
3. Направете дупка в средата на диска и поставете диска върху молив.
4. Направете дупка в дъното на хартиената чаша, като диаметърът на дупката трябва да е малко по-голям от диаметъра на молива. Обърнете чашата с главата надолу и поставете молив с монтиран диск в нея, така че оловото на молива да лежи на масата, регулирайте позицията на диска върху молива така, че дискът да не докосва дъното на чашата и да е над него на височина 0,5..1,5см.
5. Бързо завъртете молива и погледнете въртящия се диск, обърнете внимание на цвета му. Ако е необходимо, регулирайте диска и молива, така че да могат да се въртят лесно.

Обяснение на наблюдаваното явление: цветовете, с които са боядисани секторите на диска, са основните компоненти на цветовете на бялата светлина. Когато дискът се върти достатъчно бързо, цветовете сякаш се сливат и дискът изглежда бял. Опитайте да експериментирате с други цветови комбинации.

Всички сме свикнали с факта, че цветът на небето е променлива характеристика. Мъгла, облаци, време на деня - всичко влияе върху цвета на купола над главата. Ежедневната му смяна не заема умовете на повечето възрастни, което не може да се каже за децата. Те постоянно се чудят защо небето е физически синьо или какво прави залеза червен. Нека се опитаме да разберем тези не толкова прости въпроси.

Сменяем

Струва си да започнем с отговора на въпроса какво всъщност представлява небето. В древния свят на него наистина се е гледало като на купол, покриващ Земята. Днес обаче едва ли има някой, който да не знае, че колкото и високо да се издигне любознателният изследовател, той няма да успее да стигне до този купол. Небето не е нещо, а по-скоро панорама, която се разкрива, когато се гледа от повърхността на планетата, вид изтъкан от светлина вид. Освен това, ако се наблюдава от различни точки, може да изглежда различно. Така че от издигането над облаците се отваря съвсем различна гледка, отколкото от земята по това време.

Ясното небе е синьо, но щом настъпят облаци, то става сиво, оловно или мръсно бяло. Нощното небе е черно, понякога върху него можете да видите червеникави участъци. Това е отражението на изкуственото осветление на града. Причината за всички подобни промени е светлината и нейното взаимодействие с въздуха и частиците от различни вещества в него.

Естеството на цвета

За да отговорим на въпроса защо небето е синьо от гледна точка на физиката, трябва да си припомним какъв е цветът. Това е вълна с определена дължина. Светлината, идваща от Слънцето към Земята, се вижда като бяла. Още от експериментите на Нютон е известно, че това е лъч от седем лъча: червен, оранжев, жълт, зелен, син, индиго и виолетов. Цветовете се различават по дължина на вълната. Червено-оранжевият спектър включва вълни, които са най-впечатляващи в този параметър. части от спектъра се характеризират с къси дължини на вълните. Разлагането на светлината в спектър се случва, когато тя се сблъска с молекули на различни вещества, като някои от вълните могат да бъдат погълнати, а някои могат да бъдат разпръснати.

Изследване на причината

Много учени са се опитвали да обяснят защо небето е синьо от гледна точка на физиката. Всички изследователи се стремят да открият феномен или процес, който разпръсква светлина в атмосферата на планетата по такъв начин, че в резултат на това до нас достига само синя светлина. Първите кандидати за ролята на такива частици бяха водата. Смятало се е, че те абсорбират червената светлина и пропускат синята светлина и в резултат на това виждаме синьо небе. Последвалите изчисления обаче показаха, че количеството озон, ледени кристали и молекули водна пара в атмосферата не е достатъчно, за да придаде на небето син цвят.

Причината е замърсяване

На следващия етап от изследването Джон Тиндал предположи, че прахът играе ролята на желаните частици. Синята светлина има най-голяма устойчивост на разсейване и следователно може да премине през всички слоеве прах и други суспендирани частици. Тиндал проведе експеримент, който потвърди предположението му. Той създаде модел на смог в лабораторията и го освети с ярка бяла светлина. Смогът придоби син оттенък. Ученият направи недвусмислено заключение от своето изследване: цветът на небето се определя от прахови частици, тоест, ако въздухът на Земята беше чист, тогава небето над главите на хората щеше да свети не синьо, а бяло.

Изследванията на Господ

Последната точка на въпроса защо небето е синьо (от гледна точка на физиката) е поставена от английския учен лорд Д. Рейли. Той доказа, че не прахът или смогът оцветяват пространството над главите ни в познатия ни нюанс. В самия въздух е. Газовите молекули абсорбират повечето и главно най-дългите дължини на вълните, еквивалентни на червеното. Синьото се разсейва. Точно така днес си обясняваме цвета на небето, което виждаме при ясно време.

Внимателните ще забележат, че по логиката на учените куполът отгоре трябва да е лилав, тъй като този цвят има най-късата дължина на вълната във видимия диапазон. Това обаче не е грешка: делът на виолетовото в спектъра е много по-малък от синьото и човешките очи са по-чувствителни към последното. Всъщност синьото, което виждаме, е резултат от смесването на синьо с виолетово и някои други цветове.

Залези и облаци

Всеки знае, че по различно време на деня можете да видите различни цветове на небето. Снимки на красиви залези над море или езеро са идеална илюстрация за това. Всички видове нюанси на червено и жълто, съчетани със синьо и тъмно синьо, правят такъв спектакъл незабравим. И се обяснява със същото разсейване на светлината. Факт е, че по време на залез и зазоряване слънчевите лъчи трябва да изминат много по-дълъг път през атмосферата, отколкото в разгара на деня. В този случай светлината от синьо-зелената част на спектъра се разпръсква в различни посоки и облаците, разположени близо до хоризонта, се оцветяват в нюанси на червено.

Когато небето се замъгли, картината се променя напълно. неспособни да преодолеят плътния слой и повечето от тях просто не достигат до земята. Лъчите, успели да преминат през облаците, се срещат с водни капки дъжд и облаци, които отново изкривяват светлината. В резултат на всички тези трансформации бялата светлина достига земята, ако облаците са малки по размер, и сивата светлина, когато небето е покрито с внушителни облаци, които поглъщат част от лъчите за втори път.

Други небеса

Интересно е, че на други планети от Слънчевата система, когато се гледа от повърхността, можете да видите небе, което е много различно от това на Земята. На космическите обекти, лишени от атмосфера, слънчевите лъчи свободно достигат повърхността. В резултат на това небето тук е черно, без никаква сянка. Тази снимка може да се види на Луната, Меркурий и Плутон.

Марсианското небе има червено-оранжев оттенък. Причината за това се крие в праха, който изпълва атмосферата на планетата. Боядисана е в различни нюанси на червено и оранжево. Когато Слънцето се издигне над хоризонта, марсианското небе става розово-червено, докато зоната, непосредствено около диска на светилото, изглежда синя или дори виолетова.

Небето над Сатурн е със същия цвят като на Земята. Аквамариново небе се простира над Уран. Причината се крие в метановата мъгла, разположена в горните планети.

Венера е скрита от очите на изследователите от плътен слой облаци. Той не позволява на лъчите от синьо-зеления спектър да достигнат повърхността на планетата, така че небето тук е жълто-оранжево със сива ивица по протежение на хоризонта.

Изследването на пространството над главата през деня разкрива не по-малко чудеса от изучаването на звездното небе. Разбирането на процесите, протичащи в облаците и зад тях, помага да се разбере причината за неща, които са доста познати на обикновения човек, които обаче не всеки може да обясни веднага.

Известно е, че синьо небе- Това е причината за взаимодействието между озоновия слой и слънчевата светлина. Но какво точно се случва от гледна точка на физиката и защо небето е синьо? Имаше няколко теории за това. Всички те в крайна сметка потвърждават, че основната причина е атмосферата. Но механизмът на взаимодействие също е обяснен.

Основният факт се отнася до слънчевата светлина. Известно е, че слънчевата светлина е бяла. Белият цвят е сборът от всички спектри. Може да се разложи на дъга (или спектри), когато преминава през дисперсионна среда.

Въз основа на този факт учените предложиха няколко теории.

Първа теорияприписват синия цвят на разсейване от частици в атмосферата. Предполага се, че голямо количество механичен прах, частици от растителен прашец, водна пара и други малки включвания действат като дисперсионна среда. В резултат на това до нас достига само синкавият цветови спектър. Но как тогава можем да обясним, че цветът на небето не се променя през зимата или на север, където има по-малко такива частици или тяхната природа е различна? Теорията бързо беше отхвърлена.

Следваща теорияприема, че през атмосферата преминава бял светлинен поток, който се състои от частици. Когато светлинен лъч преминава през тяхното поле, частиците се възбуждат. Активираните частици започват да излъчват допълнителни лъчи. Това прави цвета на слънцето синкав. Бялата светлина, освен механичното разсейване и нейното разпръскване, активира и атмосферните частици. Явлението наподобява луминесценция. Засега това обяснение е.

Най-новата теориянай-простият и достатъчен, за да обясни основната причина за явлението. Значението му е много подобно на предишните теории. Въздухът е способен да разпръсква светлина през спектрите. Това е основната причина за синьото сияние. Светлината с къса дължина на вълната се разсейва по-интензивно от светлината с къса дължина на вълната. Тези. лилавият цвят се разпръсква повече от червения. Този факт обяснява промяната в цвета на небето при залез. Достатъчно е да промените ъгъла на слънцето. Това се случва, когато земята се върти и цветът на небето се променя на оранжево-розов при залез слънце. Колкото по-високо е слънцето над хоризонта, толкова по-синя светлина ще видим. Причината за всичко е същата дисперсия или явлението разлагане на светлината в спектри.

В допълнение към всичко това, трябва да разберете, че всички фактори, споменати по-горе, не могат да бъдат изключени. В крайна сметка всеки от тях има някакъв принос към общата картина. Например, преди няколко години в Москва, в резултат на обилен цъфтеж на растения през пролетта, се образува плътен облак от полени. Обагри небето в зелено. Това е доста рядко явление, но показва, че отхвърлената теория за микрочастиците във въздуха също има място. Вярно, тази теория не е изчерпателна.