لفترة طويلة ، سراب ، خفقان في الأجواء ، الناس مذعورين ومذعورين. في الوقت الحاضر ، كشف العلماء عن العديد من أسرار الطبيعة ، بما في ذلك الظواهر البصرية. لا يندهشون من الألغاز الطبيعية ، التي تمت دراسة جوهرها منذ فترة طويلة. في المدرسة الثانوية اليوم ، يتم تدريس الظواهر البصرية في الفيزياء في الصف الثامن ، بحيث يمكن لأي طالب فهم طبيعتها.
مفاهيم أساسية
يعتقد علماء العصور القديمة أن العين البشرية ترى من خلال تحسس الأشياء ذات المجسات الرقيقة. البصريات في ذلك الوقت كانت دراسة الرؤية
في العصور الوسطى ، درس البصريات الضوء وجوهره.
اليوم البصريات هي جزء من الفيزياء التي تدرس انتشار الضوء عبر الوسائط المختلفة وتفاعله مع المواد الأخرى. يتم دراسة جميع القضايا المتعلقة بالرؤية بواسطة البصريات الفسيولوجية.
الظواهر البصرية هي مظاهر لأفعال متنوعة تؤديها أشعة الضوء. تمت دراستها بواسطة البصريات الجوية.
عمليات غير عادية في الغلاف الجوي
كوكب الأرض محاط بقذيفة غازية تسمى الغلاف الجوي. سمكها مئات الكيلومترات. أقرب إلى الأرض ، يكون الغلاف الجوي أكثر كثافة في الاتجاهالتصاعدي متناثر. تتغير الخصائص الفيزيائية للغلاف الجوي باستمرار ، ويتم خلط الطبقات. تغيير درجات الحرارة. الكثافة ، تحول الشفافية.
تنتقل أشعة الضوء من الشمس والأجرام السماوية الأخرى نحو الأرض. يمرون عبر الغلاف الجوي للأرض ، والذي يعمل كنظام بصري محدد لهم ، ويغير خصائصه. تنعكس أشعة الضوء ، وتنتشر ، وتمر عبر الغلاف الجوي ، وتضيء الأرض. في ظل ظروف معينة ، يكون مسار الأشعة منحنيًا ، لذلك تحدث ظواهر مختلفة. يعتبر الفيزيائيون أكثر الظواهر البصرية أصالة:
- غروب الشمس المشرقة ؛
- مظهر قوس قزح
- الأضواء الشمالية ؛
- سراب ؛
- هالة
دعونا نلقي نظرة فاحصة عليهم
هالو حول الشمس
كلمة "هالو" في اليونانية تعني "الدائرة". ما هي الظاهرة البصرية التي تكمن وراءها؟
الهالة هي عملية انكسار وانعكاس الأشعة التي تحدث في بلورات السحب المرتفعة في الغلاف الجوي. تبدو هذه الظاهرة وكأنها أشعة مضيئة بالقرب من الشمس ، محدودة بفاصل مظلم. عادة ما تتشكل الهالات قبل الأعاصير وقد تكون سلائفها.
قطرات الماء تتجمد في الهواء وتأخذ الشكل المنشوري الصحيح بستة جوانب. الجميع على دراية بوجود رقاقات ثلجية تظهر في طبقات الغلاف الجوي السفلية. في الجزء العلوي ، تسقط إبر الجليد هذه بحرية في اتجاه عمودي. تدور طوافات الجليد البلوري ، وتنزل إلى الأرض ، في حين أن لها ترتيبًا متوازيًا على طولعلاقتها بالأرض. يوجه الشخص الرؤية من خلال البلورات التي تعمل كعدسات وتنكسر الضوء.
المنشورات الأخرى مسطحة أو تشبه النجوم بستة أشعة. قد لا تخضع أشعة الضوء المتساقطة على البلورات للانكسار أو تتعرض لعدد من العمليات الأخرى. نادرًا ما يحدث أن تكون جميع العمليات مرئية بوضوح ، وعادة ما يظهر جزء أو جزء آخر من الظاهرة بشكل أكثر وضوحًا ، بينما يتم تمثيل البعض الآخر بشكل ضعيف.
الهالة الصغيرة عبارة عن دائرة حول الشمس نصف قطرها حوالي 22 درجة. لون الدائرة ضارب إلى الحمرة من الداخل ، ثم يتحول إلى الأصفر والأبيض ويمتزج مع السماء الزرقاء. المنطقة الداخلية للدائرة مظلمة. يتكون نتيجة انكسار الضوء في إبر الجليد المتطايرة في الهواء. تنحرف الأشعة في المنشور بزاوية 22 درجة ، لذا فإن تلك التي مرت عبر البلورات تظهر للمراقب منحرفًا بمقدار 22 درجة. لذلك يبدو الداخل مظلما.
اللون الأحمر ينكسر بدرجة أقل ، ويظهر أقل انحراف عن الشمس. التالي هو الأصفر. تختلط الأشعة الأخرى وتظهر بيضاء.
هناك هالة 46 درجة حول هالة 22 درجة. منطقته الداخلية ضاربة إلى الحمرة أيضًا لأن الضوء ينكسر في إبر الجليد التي تواجه الشمس بزاوية 90 درجة.
الهالة التي تبلغ 90 درجة معروفة أيضًا ، فهي تتوهج بشكل خافت ، أو ليس لها لون تقريبًا أو باللون الأحمر من الخارج. لم يدرس العلماء هذا التنوع بشكل كامل بعد.
هالو حول القمروالأنواع الأخرى
تُرى هذه الظاهرة البصرية غالبًا عندما تكون هناك غيوم خفيفة والعديد من جليد بلوري صغير في السماء. كل بلورة من هذا القبيل هي نوع من المنشور. في الأساس ، شكلها ممدود السداسي. يدخل الضوء إلى المنطقة البلورية الأمامية ، ويخرج من الجزء المقابل ، وينكسر بمقدار 22 درجة.
في الشتاء ، يمكن رؤية هالة في الهواء البارد بالقرب من مصابيح الشوارع. يظهر من نور فانوس
يمكن أيضًا أن تتشكل هالة حول الشمس في هواء ثلجي متجمد. رقاقات الثلج في الهواء ، والضوء يمر عبر الغيوم. في غروب الشمس في المساء ، يتحول هذا الضوء إلى اللون الأحمر. في القرون الماضية ، أصيب المؤمنون بالخرافات بالرعب من مثل هذه الظواهر
قد تبدو الهالة مثل دائرة ملونة بألوان قوس قزح حول الشمس. يظهر إذا كان هناك العديد من البلورات بستة أوجه في الغلاف الجوي ، لكنها لا تنعكس ، لكنها تنكسر أشعة الشمس. معظم الأشعة مبعثرة ولا تصل إلى أعيننا. تصل بقية الأشعة إلى عين الإنسان ، ونلاحظ دائرة قزحية حول الشمس. نصف قطرها 22 درجة أو 46 درجة تقريبًا.
الشمس الكاذبة
لاحظ العلماء أن دائرة الهالة تكون دائمًا أكثر إشراقًا على الجانبين. ويفسر ذلك حقيقة أن الهالات الرأسية والأفقية تلتقي هنا. قد تظهر شموس كاذبة عند تقاطعاتها. يحدث هذا غالبًا عندما تكون الشمس قريبة من الأفق ، وفي ذلك الوقت لم يعد بإمكاننا رؤية جزء من الدائرة الرأسية.
الشمس الزائفة هي أيضًا ظاهرة بصرية ، نوع من الهالة. يبدو بسبببلورات ثلجية بستة أوجه على شكل مسامير. تحوم هذه البلورات في الغلاف الجوي في اتجاه عمودي ، وينكسر الضوء في وجوهها الجانبية.
يمكن أن تتكون "شمس" ثالثة فقط إذا كان الجزء السطحي لدائرة الهالة مرئيًا فوق الشمس الحقيقية. يمكن أن يكون جزءًا من قوس أو بقعة مضيئة ذات شكل غير مفهوم. أحيانًا تكون الشموس الزائفة ساطعة جدًا بحيث لا يمكن تمييزها عن الشمس الحقيقية.
قوس قزح
هذه ظاهرة بصرية جوية على شكل دائرة غير مكتملة بألوان مختلفة.
اعتبرت أديان العصور القديمة قوس قزح جسرًا من السماء إلى الأرض. يعتقد أرسطو أن قوس قزح يظهر نتيجة انعكاس قطرات من ضوء الشمس. ما هي الظاهرة البصرية التي يمكن أن ترضي الشخص بقدر ما يفعل قوس قزح؟
في القرن السابع عشر ، درس ديكارت طبيعة قوس قزح. في وقت لاحق ، جرب نيوتن الضوء واستكمل نظرية ديكارت ، لكنه لم يستطع فهم تكوين العديد من أقواس قزح ، وغياب ظلال الألوان الفردية فيها.
تم تقديم النظرية الكاملة لقوس قزح في القرن التاسع عشر بواسطة عالم فلك من إنجلترا ، د. إيري. كان هو الذي تمكن من الكشف عن جميع عمليات قوس قزح. النظرية التي طورها لا تزال مقبولة حتى اليوم.
يظهر قوس قزح عندما يضرب ضوء الشمس ستارة من مياه الأمطار في منطقة السماء المقابلة للشمس. يقع مركز قوس قزح عند نقطة على الجانب البعيد من الشمس ، أي أنه غير مرئي للعين البشرية. قوس قوس قزح هو جزء من الدائرة حول هذه النقطة المركزية.
يتم وضع ألوان قوس قزح بترتيب معين. إنه ثابت.الأحمر على الحافة العلوية ، والأرجواني في الأسفل. فيما بينها ، يتم ترتيب الألوان بدقة. لا يحتوي قوس قزح على جميع الألوان الموجودة. تشير غلبة اللون الأخضر إلى الانتقال إلى الطقس الملائم.
أورورا بورياليس
هذا توهج في الطبقات المغناطيسية العليا للغلاف الجوي بسبب التأثير المتبادل للذرات وعناصر الرياح الشمسية. الشفق القطبي عادة ما يكون أخضر أو أزرق مع تلميحات من اللون الوردي والأحمر. قد تكون على شكل شريط أو بقعة. غالبًا ما تكون رشقاتهم مصحوبة بأصوات صاخبة.
ميراج
خدع السراب البسيطة مألوفة لأي شخص. على سبيل المثال ، عند القيادة على أسفلت ساخن ، يظهر السراب كسطح مائي. لم يكن هذا مفاجأة لأي شخص. ما الظاهرة البصرية التي تفسر ظهور السراب؟ دعونا نتناول هذه المسألة بمزيد من التفصيل.
السراب ظاهرة فيزيائية بصرية في الغلاف الجوي ، ونتيجة لذلك ترى العين أشياء مخفية عن الأنظار في ظل الظروف العادية. هذا بسبب انكسار شعاع الضوء أثناء تدفقه عبر طبقات الهواء. قد ترتفع أو تنخفض الكائنات الموجودة على مسافة كبيرة بالنسبة إلى موقعها الحقيقي ، أو قد تتشوه وتتخذ أشكالًا غريبة.
شبح بروكين
هذه ظاهرة ، عند غروب الشمس أو شروقها ، يكتسب ظل الشخص الموجود على ارتفاع أبعادًا غير مفهومة ، حيث يسقط على السحب القريبة. هذا موضحانعكاس وانكسار أشعة الضوء بواسطة قطرات الماء في ظروف ضبابية. هذه الظاهرة سميت على اسم أحد مرتفعات جبال هارتس الألمانية.
نار سانت إلمو
هذه فرش مضيئة من اللون الأزرق أو الأرجواني على صواري السفن البحرية. يمكن أن تظهر الأضواء على المرتفعات الجبلية ، في المباني ذات الارتفاع المذهل. تحدث هذه الظاهرة بسبب التفريغ الكهربائي في نهايات الموصلات بسبب زيادة التوتر الكهربائي.
هذه هي الظواهر البصرية التي يتم أخذها في الاعتبار في دروس الصف الثامن. فلنتحدث عن الأجهزة البصرية
تصاميم في البصريات
الأجهزة البصرية هي أجهزة تقوم بتحويل الإشعاع الضوئي. عادة تعمل هذه الأجهزة في الضوء المرئي.
يمكن تقسيم جميع الأجهزة البصرية إلى نوعين:
- الأجهزة التي يتم من خلالها الحصول على الصورة على الشاشة. هذه هي الكاميرات وكاميرات الأفلام وأجهزة العرض
- الأجهزة التي تتفاعل مع العين البشرية ولكنها لا تشكل صورًا على الشاشة. هذه عدسة مكبرة ، مجهر ، تلسكوبات. تعتبر هذه الأجهزة مرئية.
الكاميرا هي جهاز ميكانيكي بصري يستخدم للحصول على صور كائن على فيلم. يتضمن تصميم الكاميرا كاميرا وعدسات تشكل العدسة. تقوم العدسة بإنشاء صورة مصغرة مقلوبة للكائن الذي يتم التقاطه على الفيلم. هذا بسبب تأثير الضوء
الصورة غير مرئية في البداية ، ولكن بفضل الحل المتطور ، تصبح مرئية. هذه الصورة تسمىسلبية ، تبدو الأماكن المضيئة فيها مظلمة ، والعكس صحيح. اجعل صورة إيجابية من السلبية على ورق حساس للضوء. باستخدام مكبر الصورة ، يتم تكبير الصورة.
العدسة المكبرة هي عدسة أو نظام عدسة مصمم لتكبير الأشياء أثناء النظر إليها. يتم وضع العدسة المكبرة بجوار العين ، ويتم تحديد المسافة التي يظهر منها الكائن بوضوح. يعتمد استخدام العدسة المكبرة على زيادة زاوية الرؤية التي يُرى من خلالها الكائن.
للحصول على تكبير زاوي أكثر ، استخدم المجهر. في هذا الجهاز ، يحدث تكبير الأشياء بسبب النظام البصري ، الذي يتكون من عدسة وعينية. أولاً ، يتم زيادة زاوية الرؤية بواسطة العدسة ، ثم بواسطة العدسة.
إذن ، لقد أخذنا في الاعتبار الظواهر والأجهزة البصرية الرئيسية ، وأنواعها وخصائصها.
