Світлові явища в атмосфері

Інформація - Фізика

Інші матеріали по предмету Фізика

Міністерство освіти РФ

Калузький державний педагогічний

університет ім. К.Е. Ціолковського

Оптичні явища в атмосфері

Метою даної курсової є розгляд оптичних атмосферних явищ та його фізичної природи. З-за обмеженого обсягу роботи, в ній описується лише деяка частина подібних явищ, таких як пояснення кольору неба (не торкаючись час ранкової та вечірньої зорі), веселки, гало, хибних сонців, міражів та полярних сяйв. Дані явища описані у роботі досить докладно. Менш докладно описані явища виникнення сонячних стовпів, привидів Броккена, вінців, вогнів святого Ельма та блукаючих вогників.

У другій частині роботи містяться методичні аспекти щодо можливостей застосування використаного матеріалу в середніх загальноосвітніх школах.

Для більшої наочності, мною розроблена презентація, що містить рідкісні фотографії оптичних атмосферних явищ, яка може використовуватися як додаток до існуючої курсової роботи, і на додаток до наочних елементів, що вже містяться в ній.

Великим плюсом роботи, на мій погляд, є не лише її наукова спрямованість, а й явно виражена естетична спрямованість. Сподіваюся, Вам читання курсової принесе не менше задоволення, ніж мені її складання.

Уявлення про оптику

Перші уявлення стародавніх вчених про світло були дуже наївні. Вважалося, що з очей виходять особливі тонкі щупальця та зорові враження виникають при обмацуванні ними предметів. Тоді під оптикою розуміли науку про зір. Саме такий точний зміст слова «оптика». У середні віки оптика поступово з науки про зір перетвориласяу науку про світло. Цьому сприяло винахід лінз та камери-обскури. В даний час оптика - це розділ фізики, в якому досліджується випромінювання світла, його поширення в різних середовищах та взаємодія з речовиною. Що ж до питань, пов'язаних із зором, будову та функціонування ока, то вони виділилися у спеціальний науковий напрямок, званий фізіологічною оптикою.

Поняття "оптика", у сучасній науці, має багатогранне значення. Це і атмосферна оптика, і молекулярна оптика, і електронна оптика, і нейтронна оптика, і нелінійна оптика, і голографія, і радіооптика, і пікосекундна оптика, і адаптивна оптика, і багато інших явищ та методів наукових досліджень, тісно пов'язані з оптичними явищами.

Більшість із перелічених видів оптики, як фізичне явище, доступні нашому спостереженню лише за використанні спеціальних технічних пристроїв. Це можуть бути лазерні установки, випромінювачі рентгенівських променів, радіотелескопи, плазмові генератори та багато іншого. Але найбільш доступним і, водночас, найбарвистішим оптичними явищами є атмосферні. Величезні за своїми масштабами вони суть - породження взаємодії світла та атмосфери землі.

Земна атмосфера, як оптична система

Наша планета оточена газовою оболонкою, яку ми називаємо атмосферою. Маючи найбільшу щільність біля земної поверхні і поступово розріджуючись з підняттям вгору, вона досягає товщини більше сотні кілометрів. І це не застигло газове середовище з однорідними фізичними даними. Навпаки, атмосфера землі перебуває у постійному русі. Під впливом різних факторів її шари перемішуються, змінюють щільність, температуру, прозорість, переміщаються на великі відстані з різноюшвидкістю.

Для променів світла, що йдуть від сонця або інших небесних світил, земна атмосфера є своєрідною оптичною системою з параметрами, що постійно змінюються. Опиняючись з їхньої шляху, вона й відбиває частина світла, розсіює його, пропускає його крізь усю товщу атмосфери, забезпечуючи освітленість земної поверхні, у певних умовах, розкладає їх у складові і викривляє хід променів, викликаючи, тим самим, різні атмосферні явища. Найбільш незвичайні барвисті з них це сонячний захід сонця, веселка, північне сяйво, міраж, сонячне і місячне гало.

Науки, що займаються вивченням світлових явищ в атмосфері

Метеорологічна оптика займається вивченням атмосферних явищ, пов'язаних з погодою (явлення кольору неба та його забарвлення, поляризація небесного склепіння, явища міражу та неправильного заломлення та відображення світла в атмосфері, мерехтіння зірок, веселка, кола та вінці біля світил).
Астрономія докладно вивчає явище рефракції (заломлення світла атмосфері).
Атмосферна електрика займається вивченням атмосферних явищ електричного походження (блискавка, вогні святого Ельма та ін.).
Атмосферна оптика вивчає перетворення сонячної енергії та теплового випромінювання самої атмосфери та підстилаючої поверхні.

Явище блакитного забарвлення піднебіння протягом дня залежить виключно від розсіювання світла тими дрібними частинками, які постійно перебувають у більш ніж достатній кількості у зваженому стані не тільки в нижніх, а й у порівняно високих шарах атмосфери. Лордом Рейлеєм (Rayl