NEWSPAPER PRESENTATION

ZJAWISKA OPTYCZNE W PRZYRODZIE

Fizyka, klasa 8

17-05-2021

Prezentacja przygotowana przez Wais Urszulę i Waltoś Kamilę

Antonii, Herakliusza, Sławomira, Wiktora

Rodzaje zjawisk

Przykłady zjawisk optycznych : - odbicie światła: światło padając na powierzchnie gładkie wypolerowane ulega odbiciu gdzie spełniane jest prawo odbicia - załamanie światła – światło padając na granicę ośrodków przez które przechodzi - rozszczepienie światła – światło przechodząc przez pryzmat ulega rozszczepieniu na barwy

W przyrodzie możemy zaobserwować wiele ciekawych zjawisk optycznych. Niektóre występują dość często, a niektóre naprawdę rzadko. Są to: • Tęcza • Zorza polarna • Iryzacja • Gloria • Słup światła • Halo • Wieniec

Czym są zjawiska optyczne?

Zjawiska optyczne w życiu codziennym

Zjawisko optyczne – każde zjawisko dotyczące oddziaływania światła z materią.

W życiu codzennym każdy z nas może zaobserwować wiele zjawisk optycznych.

Zjawiska optyczne

Co to takiego?

Zjawiska, które obserwujemy w atmosferze podzielić można na dwie grupy. Zjawiska optyczne to te, które powstają na skutek rozproszenia, odbicia, załamania i rozszczepienia światła na kroplach i kryształkach lodu, wreszcie na skutek zakrzywienia drogi światła przy przejściu przez warstwy powietrza o różnej gęstości. Najczęściej spotykane zjawiska optyczne to: tęcza i halo, rzadziej miraż morski (górny), miraż pustynny (dolny) i fatamorgana. Odrębną grupę stanowią zjawiska pogodowe, takie jak: chmury, burze (błyskawice i grzmoty), wszelkiego rodzaju opady (deszcz, mżawka, mgła, śnieg i grad), osady (rosa, szron, sadź, gołoledź), zamieć, a także bryza, miejska wyspa ciepła, fen, inwersja, przygruntowy przymrozek, smog i inne. PODSTAWOWE ZJAWISKA OPTYCZNE:

• odbicie
• załamanie (refrakcja)
• ugięcie (dyfrakcja)
• polaryzacja
• dwójłomność

ZJAWISKA OPTYCZNE OBSERWOWANE W ATMOSFERZE

• Przechodzeniu światła przez atmosferę ziemską towarzyszą m.in. takie zjawiska jak
• gloria
• halo
• iryzacja
• łuk okołohoryzontalny
• miraż (fatamorgana)
• refrakcja atmosferyczna
• słońce poboczne (parhelion, słońce pozorne)
• słup słoneczny (słup świetlny)
• tęcza
• widmo Brockenu (zjawisko Brockenu, mamidło górskie)
• wieniec (aureola, potocznie "Lisia czapa")

ZJAWISKA OPTYCZNE W MINERALOGII

• asteryzm
• iryzacja

fot. https:/google.com / grafika

PODSTAWOWE ZJAWISKA OPTYCZNE

W życiu codzennym każdy z nas może zaobserwować wiele zjawisk optycznych, np. obserwacja terenu czy chociażby nasze firanki w oknach - gdy w dzień spojrzymy na okno mieszkania to firanka wyraźnie przeszkadza nam dojrzeć, co znajduje się wewnątrz. Wynika to stąd że firanka jest mocno z zewnątrz oświetlona co daje jej pewną jasność, do której dodają się jasności przedmiotów znajdujących się w pokoju. Jeśli jasności przedmiotów są nieduże w porównaniu z jasnością firanki to przestajemy je w ogóle widzieć. Odwrotna sytuacja jest w nocy. Jeśli w pokoju pali się światło to widzimy przez firankę wnętrze zupełnie wyraźnie. Zewnętrzna powierzchnia zasłony nie jest w tym wypadku oświetlona.

Przykładem takiego zjawiska są również znane nam już dobrze "czerwone oczy" na zdjęciach.Ponadto możemy zaobserwować oczy kota w nocy, gdy oświetlimy go światłem. Jest to światło odbite kierunkowo (tj. światełka odblaskowe). Promienie przechodzące przez rogówkę oka kota tworzą tam ostry obraz. Obraz ten odbija świtało tak, że wiązka promieni wraca praktycznie tą samą drogą. Aby to zaobserwować wyraźnie, oko obserwatora i oko kota musza się znajdować na jednej prostej ze źródłem światła. Ale teraz poczytamy o nieco innych zjawiskach...

Odbicie

Dlaczego lustro odbija światło a okno przepuszcza? Wbrew pozorom, nie jest to takie proste. Spójrz na tzw. folie (transparencje): kiedy jest ich kilka, są one przezroczyste, kiedy jest więcej, działają jak lustro. Każda powierzchnia przepuszcza światło w pewnym tylko stopniu. Przykładowo przez taflę szkła przechodzi około 96% natężenia światła padającego. Różne substancje są przezroczyste dlaróżnego rodzaju światła. Na przykład szkło przepuszcza światło widzialne a odbija promieniowanie podczerwone (na tej zasadzie działają szklarnia) a krzem, jest nieprzezroczysty w zakresie widzialnym a przepuszczalny dla podczerwieni. Zrozumienie przechodzenia światła przez materię wymaga poznania jego struktury falowej.Odbijanie w "tradycyjnym" lustrze, czyli w napylonej pod szkłem warstwie srebra, wynika z faktu, że fale widzialne nie wnikają w metale. Własności odbijające zależą od gęstości elektronów wmetalu i długości fali oraz uporządkowania powierzchni. Odbicie w tzw. warstwach przeciwodblaskowych (zachodzi dzięki doborowi stałej dielektrycznej i grubości warstwy. Na przykład wewnętrzne lusterko w niektórych samochodach można przełączyć w ten sposób, aby kierowca nie był oślepiany przez jadący za nim inny samochód. W rzeczywistości, zmienia się nachylenie lusterka, ukrytego pod przednią szybką i tylko ta ostatni odbija lampy.

W optyce geometrycznej zjawisko odbicia światła rządzi się dobrze znanymi prawami matematycznymi, które głoszą, że kat padania i kąt odbicia padającej wiązki światła od płaszczyzny odbijającej W są równe oraz, że promień padający, odbity oraz linia (normalna) prostopadła do płaszczyzny W leżą w jednej płaszczyźnie. Prawo to zaobserwowane doświadczalnie można także wyprowadzić z całkowicie teoretycznych rozważań na podstawie zasady Fermata, która głosi, że promień świetlny biegnąc pomiędzy dwoma punktami przestrzeni zawsze wybiera taką drogę aby wymagany czas był najkrótszy. można "przełączyć".

Załamanie światła jest to zmiana kierunku rozchodzenia się światła przy przejściu z jednego ośrodka przezroczystego do drugiego. Kiedy światło przechodzi z ośrodka optycznie rzadszego do ośrodka optycznie gęstszego, to załamuje się tak, że kąt załamania jest mniejszy od kąta padania (β<α). Jeżeli światło przechodzi w odwrotną stronę, to załamuje się tak, że kąt załamania jest większy od kąta padania (β>α). Im większa różnica szybkości światła w dwóch stykających się ośrodkach, tym większa jest zmiana kąta. Spowodowane jest to tym, że światło w róznych ośrodkach rozchodzi się z różnymi szybkościami. Jeżeli kąt padania jest równy zeru, to promień światła przechodzi z jednego ośrodka do drugiego bez zmiany kierunku. Światło przechodzi z ośrodka optycznie rzadszego do ośrodka optycznie gęstszego (β<α). Przykłady. Załamanie występuje m.in. gdy światło przechodzi:

• z powietrza do wody
• z wody do powietrza
• ze szkła do powietrza
• z powietrza do szkła
• z warstwy powietrza gęstszego do rzadszego

itd. Ogólnie - światło będzie się załamywać prawie zawsze gdy zmienia się ośrodek. Warto dość mocno skojarzyć sobie załamanie ze zmianą ośrodka, bo istnieje podobne w nazwie zjawisko optyczne – ugięcie, które może się pomylić z załamaniem. Ugięcie ma inną naturę (zachodzi w jednym ośrodku) i inaczej przebiega, tak więc pomylenie tych zjawisk byłoby poważnym błędem. Załamanie światła jest podstawowym zjawiskiem na którym opiera się funkcjonowanie soczewek i pryzmatów. Z załamaniem światła wiąże się dodatkowy efekt związany z tym, że promienie o różnych barwach dość często załamują się różnie.

Załamanie (refrakcja)

Załamanie różni się zdecydowanie od odbicia, ponieważ w jego wyniku światło zmienia ośrodek w jakim się rozchodzi. Wraz ze zmianą ośrodka dochodzi najczęściej do zmiany kierunku rozchodzenia się światła. Załamanie światła powoduje szereg ciekawych efektów - m.in. złudzenie "złamania" łyżeczki od herbaty umieszczonej w szklance, nieprawidłowej lokalizacji dna jeziora, gdy patrzymy na nie z brzegu. Załamanie światła jest wykorzystywane do budowy soczewek stosowanych w okularach, obiektywach aparatów, lunetach i innych przyrządach optycznych.

Polaryzacja

Na rysunku przedstawiono trzy fale, które rozchodzą się z tą samą prędkością skierowaną prostopadle do płaszczyzny ekranu. Fala pierwsza jest całkowicie spolaryzowana, gdyż wyróżniony jest tylko jeden kierunek drgań. Fala druga ma polaryzację częściową – widać większe uporządkowanie w kierunku pionowym, aniżeli w kierunku poziomym. Ostatnia fala jest niespolaryzowana – nie można wyróżnić konkretnego kierunku drgań fali. O ile zjawiska dyfrakcji i interferencji świadczą jedynie o falowej naturze światła, to zjawisko polaryzacji wskazuje na poprzeczny charakter drgań fali elektromagnetycznej. Światło pochodzące z naturalnych źródeł takich jak np. Słońce jest zawsze światłem niespolaryzowanym. Istnieją jednak zjawiska, które powodują częściowe lub całkowite uporządkowanie kierunku drgań pól: elektrycznego i magnetycznego, co wskazuje na poprzeczny charakter fali światła.

Polaryzacja jest zjawiskiem, któremu podlegają jedynie fale poprzeczne tj. fale, których kierunek drgań jest zawsze prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali. Polaryzacja polega na uporządkowaniu kierunku drgań fali. Jeżeli wszystkie elementy fali drgają wzdłuż tej samej płaszczyzny, mówimy wówczas, że taka fala jest spolaryzowana całkowicie. W przypadku fali niespolaryzowanej drgania są ułożone w sposób przypadkowy i odbywają się we wszystkich możliwych płaszczyznach. Przypadkiem pośrednim jest polaryzacja częściowa, w przypadku której drgania nie są ani całkowicie przypadkowe, ani całkowicie uporządkowane.

Dwójłomność

Jedna z metod uzyskania światła spolaryzowanego polega na wykorzystujaniu, występującej w pewnych kryształach, zależności współczynnika załamania światła od kierunku polaryzacji. W module Prawo odbicia i załamania zakładaliśmy, że współczynnik załamania, nie zależy od kierunku rozchodzenia się światła w ośrodku ani od jego polaryzacji. Ciała spełniające te warunki nazywamy ciałami optycznie izotropowymi. Istnieje jednak szereg ciał anizotropowych i dotyczy to nie tylko własności optycznych, ale wielu innych. Na przykład, pewne kryształy łamią się łatwo tylko w jednej płaszczyźnie, a opór elektryczny mierzony w różnych kierunkach jest różny, niektóre kryształy łatwiej magnesuje się w jednym kierunku niż innych, itd. Na Rys. 1 pokazana jest niespolaryzowana wiązka światła padająca na kryształ kalcytu (CaCO 3) prostopadle do jednej z jego ścian.

Pojedyncza wiązka światła rozszczepia się, przechodząc przez kryształ, na dwa promienie. Mamy do czynienia z dwójłomnością czyli podwójnym załamaniem. Jeżeli zbadamy obie wychodzące wiązki za pomocą płytki polaryzującej, to okaże się, że obie wiązki są spolaryzowane liniowo, przy czym ich płaszczyzny drgań są wzajemnie prostopadłe. Wiązki te noszą odpowiednio nazwy promienia zwyczajnego (o) i promienia nadzwyczajnego (e). Ponadto okazuje się, że promień zwyczajny spełnia prawo załamania (tak, jak dla ośrodka izotropowego), a promień nadzwyczajny tego prawa nie spełnia. Zjawisko to tłumaczy się tym, że promień o przechodzi przez kryształ z jednakową prędkością we wszystkich kierunkach (ma jeden współczynnik załamania no) tak, jak izotropowe ciało stałe, natomiast prędkość promienia e zależy od kierunku w krysztale i zmienia się od wartości vo do ve, a współczynnik załamania od no do ne. Dla kalcytu no = 1.486, a ne = 1.658. Wielkości ne i no nazywamy głównymi współczynnikami załamania kryształu. Niektóre podwójnie załamujące kryształy wykazują ponadto własność nazywaną dichroizmem. Kryształy te pochłaniają jeden z promieni (o lub e) silniej niż drugi. Na wykorzystaniu tego zjawiska opiera się działanie szeroko stosowanych polaroidów.

fot. https:/google.com / grafika

ZJAWISKA OPTYCZNE W PRZYRODZIE (ATMOSFERZE)

W życiu codzennym każdy z nas może zaobserwować wiele zjawisk optycznych, np. obserwacja terenu czy chociażby nasze firanki w oknach - gdy w dzień spojrzymy na okno mieszkania to firanka wyraźnie przeszkadza nam dojrzeć, co znajduje się wewnątrz. Wynika to stąd że firanka jest mocno z zewnątrz oświetlona co daje jej pewną jasność, do której dodają się jasności przedmiotów znajdujących się w pokoju. Jeśli jasności przedmiotów są nieduże w porównaniu z jasnością firanki to przestajemy je w ogóle widzieć. Odwrotna sytuacja jest w nocy. Jeśli w pokoju pali się światło to widzimy przez firankę wnętrze zupełnie wyraźnie. Zewnętrzna powierzchnia zasłony nie jest w tym wypadku oświetlona.

Przykładem takiego zjawiska są również znane nam już dobrze "czerwone oczy" na zdjęciach.Ponadto możemy zaobserwować oczy kota w nocy, gdy oświetlimy go światłem. Jest to światło odbite kierunkowo (tj. światełka odblaskowe). Promienie przechodzące przez rogówkę oka kota tworzą tam ostry obraz. Obraz ten odbija świtało tak, że wiązka promieni wraca praktycznie tą samą drogą. Aby to zaobserwować wyraźnie, oko obserwatora i oko kota musza się znajdować na jednej prostej ze źródłem światła. Ale teraz poczytamy o nieco innych zjawiskach...

Tęcza

Tęcza jest to jedno z bardziej efektywnych zjawisk optycznych występujących w atmosferze. Jest to układ koncentrycznych łuków o przeróżnych kolorach od fioletowego do czerwonego, wyprodukowanych przez światło Słońca albo Księżyca, które pada na grupę kropel wody w atmosferze (kropelki mgły, mżawki albo deszczu). W tęczy podstawowej kolor fioletowy umieszczony jest po wewnętrznej stronie, natomiast kolor czerwony po zewnętrznej stronie. Jeżeli chodzi o tęczę wtórną, o jasności mniejszej aniżeli jasność tęczy głównej, czerwony kolor jest od środka, natomiast fioletowy na zewnątrz.

Zjawisko tworzy się z powodu rozszczepienia światła białego oraz odbicia go wewnątrz kropelek deszczu. Łuk pierwszy jest to rezultat jednokrotnego, natomiast drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła wewnątrz kropelki (stąd się bierze odwrotna kolejność kolorów oraz mniejsze natężenie światła). Tęczę zaobserwować możemy na tle chmur, z których pada deszcz. Chmury musza znajdować się po drugiej stronie nieba aniżeli Słońce (zjawisko zauważano także przy świetle Księżyca). Warunki, kiedy można zobaczyć typową tęczę na ogół mają miejsce gdy mówimy o chmurach kłębiastych deszczowych. Natężenie światła, szerokość oraz kolor tęczy wahają się w długim przedziale, uzależnione jest to od rozmiarów kropli. Tęczę zaobserwować można również w bryzgach fal morskich, wodospadach czy fontannach. Ale właściwie dlaczego zauważamy jedynie łuk, nie natomiast całą ścianę barwnych kolorów? Bierze się to stąd, iż wszelkie promienie słoneczne wlatują do kropelek wody równolegle względem siebie oraz wlatują do oka pod konkretnym kątem w stosunku do kierunku padania promieni słonecznych. Jest to kąt 42 albo 52 stopni.

Gloria

Gloria – zjawisko optyczne polegające na wystąpieniu barwnych pierścieni wokół cienia obserwatora widocznego na tle chmur lub mgły, przy czym niebieski pierścień ma mniejszą średnicę od czerwonego. Gloria powstaje na skutek dyfrakcji (ugięcia fal) i odbicia światła na kroplach wody. Jest podobna do wieńca, jednak powstaje nie dookoła słońca lub księżyca, lecz dookoła punktu położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to występuje w chmurach położonych na wprost przed obserwatorem albo niżej od niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy. Jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora, jego cień wydaje się bardzo duży; nazywa się to wówczas widmem Brockenu, niezależnie od tego czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony barwną glorią. Najczęściej występuje przy chmurach średnich altocumulus i altostratus. Zjawisko glorii zostało także zaobserwowane poza Ziemią. Europejska sonda Venus Express krążąca wokół Wenus uchwyciła obraz tego zjawiska w 2011 roku. Utworzyły je kropelki kwasu siarkowego na szczytach wenusjańskich chmur, znajdujące się 70 km nad powierzchnią planety.

Halo

Halo to piękne i dość częste zjawisko optyczno-meteorologiczne, które możemy zaobserwować czasem wokół Słońca bądź Księżyca. Większość halo pojawia się jako jasne, białe pierścienie światła, ale w niektórych przypadkach rozproszenie światła sprawia, że halo mają kolor tęczy (czerwony wewnątrz i fioletowy na zewnątrz). Halo powstaje, gdy światło słońca bądź księżyca załamuje się przez kryształki lodu znajdujące się w cienkich chmurach piętra wysokiego (chmurach pierzastych – cirrus lub cirrostratus) lub we mgle lodowej. Fakt występowania kryształków lodu o różnych kształtach jak również wielorakich możliwości ich ustawień i skorelowania w przestrzeni sprawia, że możemy oglądać wiele efektów halo. Najczęściej obserwowanym typem halo jest halo 22° (tzw. małe halo) – pierścień światła bądź jego fragment tworzy się dzięki sześciokątnym kolumnowym kryształkom lodu o średnicy mniejszej niż 20,5 mikrometry oraz o kącie łamiącym 60°. Halo 22° rozwija się, gdy światło wpada przez jedną ściankę kolumnowego kryształku lodu i wychodzi przez drugą ścianę, które tworzą kąt 60°. Światło ulega wtedy dwóm załamaniom - rozprasza się w momencie wejścia i wyjścia z kryształu lodu, wówczas minimalny kąt odchylenia promieni od pierwotnego kierunku przy takim przejściu wynosi średnio 22°. Halo jest najjaśniejsze tuż przy wewnętrznej krawędzi ze względu na kąt załamania 22° i słabnie dla coraz większych kątów. Niebo wydaje się być ciemniejsze wewnątrz łuku halo, ponieważ światło nie załamuje się pod katem mniejszym niż 22°. Rzadziej widywane są tzw. duże halo o rozmiarze kątowym 46° - w tym przypadku sześciokątne kolumnowe kryształy muszą pozostawać prostopadłe w stosunku do siebie. Okręgi halo o innych promieniach są również możliwe w przypadku atmosfery polarnej bądź planetarnej dzięki innym kształtom kryształów lodu (innym niż kolumny i płytki). Halo jest wyjątkowym zjawiskiem, które może być obserwowane na każdej szerokości geograficznej oraz o każdej porze dnia lub nocy. Jego obraz i zasięg różnią się w zależności od miejsca obserwacji oraz od rozmiaru chmury rozpraszającej światło.Według niektórych, obecność halo wokół księżyca zapowiada nadejście deszczu, co w zasadzie może być czynnikiem przewidującym pogodę, gdyż wysokie chmury bardzo często pojawiają się przed burzą.

Iryzacja

Iryzacja to pojęcie bardzo często spotykane pod nazwą potoczną - tęczowanie. (Jest to pojęcie spotykane również bardzo często w nauce biologii pod nazwą ubarwienie strukturalne.) Jest to zjawisko zaliczane do grona zjawisk optycznych, które polega na powstawaniu tęczowych kolorów, w konsekwencji interferencji światła białego, które odbija się od półprzeźroczystych lub przeźroczystych ciał, które charakteryzują się wieloma warstwami optycznymi. Zjawisko to jest również możliwe do wywołania sztucznie, a co za tym idzie wykorzystuje się je na przykład do wytwarzania ozdób iryzowanych, najczęściej z materiału szklanego lub ceramicznego. W naturze bardzo często spotyka się zjawisko interferencji przeważnie na cienkich błonach. W tym przypadku barwne wzory powstają na plamach oleju czy bańkach mydlanych, a wywoływane są one poprzez odbijające się od nich promienie światła. W chwili, kiedy promienie światła padają cienką błonę, jej pewna część zostanie odbita od zewnętrznej części, a część przedostaje się przez nią; następnie może zostać odbita od powierzchni wewnętrznej. W takiej sytuacji obserwowane światło musi być sumą fal odbitych.

Łuk okołohoryzontalny

Łuk okołohoryzontalny – zjawisko optyczne w atmosferze ziemskiej powstające na kryształach lodu, w związku z tym zaliczane do halo. Zjawisko występuje w postaci położonego blisko horyzontu i niemal równoległego do niego barwnego łuku z kolorem czerwonym u góry. Zazwyczaj obserwuje się niewielki fragment łuku w obszarze, gdzie występuje chmura pierzasta. Łuk tworzy ze słońcem kąt około 46°. Słońce znajduje się wówczas powyżej łuku. Łuk tworzony jest przez załamanie światła w kryształkach lodu o kształcie płytki zawartych w chmurach pierzastych. Promień słoneczny wchodzi do położonej poziomo płytki jej boczną (pionową) powierzchnią, a wychodzi dolną załamując się w sumie o kąt bliski 58°, dlatego powstaje gdy słońce jest położone nad horyzontem wyżej niż 58°. Załamanie prawie równoległych promieni słonecznych przez położone niemal jednakowo kryształy stanowiące pryzmat o kącie łamiącym 90° wytwarza czyste, jasne i dobrze oddzielone pryzmatyczne kolory. Kolory są czystsze niż w tęczy. Warunki te sprawiają, że jest obserwowany dość często na średnich szerokościach geograficznych a nigdy na dużych. Na obszarze Polski (dla 50° szerokości geograficznej) może być obserwowany od połowy maja do początku sierpnia, w sumie możliwy czas obserwacji to 200 godzin w roku. Łuk okołohoryzontalny nie powstaje na szerokościach geograficznych większych niż 55°.

Miraż (fatamorgana)

Bieg promienia świetlnego, przechodzącego w sposób płynny przez warstwy powietrza różniące się wspołczynnikami załamania, zakrzywia się, a mózg obserwatora interpretuje tę sytuację w taki sposób, że przedmiot wydaje się znajdować w zupełnie innym miejscu niż w rzeczywistości. Widać to na Rys. 2. Człowiek postrzega chmurę, tak jakby była na przedłużeniu kierunku zobrazowanego linią przerywaną, a nie jak w rzeczywistości – tam, skąd wiedzie linia ciągła, styczna do przerywanej w miejscu obserwacji. Oczywiście, jeśli zamiast chmury będzie to niebieskie niebo, człowiek dostrzeże w tym miejscu niebieską plamę. Nieprzyzwyczajony do widzenia nieba na ziemi, będzie zgadywał, że to jakiś zbiornik wodny, na przykład kałuża. W ten sposób powstaje złudzenie optyczne zwane mirażem dolnym. Podobna sytuacja ma miejsce na Rys. 3., tylko obiekt będzie znajdował się wyżej niż w rzeczywistości. Mówimy wówczas o tzw. mirażu górnym. Opisywane sytuacje nie są tylko fikcją literacką, ani odległymi zjawiskami spotykanymi wyłącznie na pustyni. Możemy je zobaczyć w gorące dni nad rozgrzanym asfaltem (Rys. 4.). Wytwarza się wówczas rozkład temperatury powietrza podobny, jak na Rys. 2. - przy jezdni znajduje się powietrze o najwyższej temperaturze. Maleje ona stopniowo wraz ze wzrostem wysokości. Zatem na dole współczynnik załamania jest mniejszy, zaś wyżej – większy. Duże różnice temperatur występują nie tylko nad nagrzaną powierzchnią jezdni czy na pustyni. Można je zaobserwować także nad taflą zbiornika wodnego (Rys. 5.). W tym przypadku zimne powietrze znajduje się najniżej, zaś ciepłe unosi się ponad nim. Dzięki temu możemy zobaczyć przedmioty, którch normalnie byśmy nie widzieli ze względu na krzywiznę Ziemi. Jednak, by fatamorgana mogła zostać zaobserwowana, pogoda musi być bezwietrzna, by warstwy powietrza o różnych temperaturach nie mieszały się. Najdalszą fatamorganę zaobserwowała załoga statku Matador w 1898 roku na Oceanie Spokojnym – zauważyła wówczas tonący statek, który w rzeczywistości znajdował się w odległości ponad 1700 km. Wcześniej, w 1815 roku w mieście Verviers (Belgia) zaobserwowano na niebie wyraźny obraz bitwy pod Waterloo rozgrywającej się w odległości 105 km od tego miejsca. Dziś popularne fatamorgany stanowią atrakcje turystyczne. W słoneczne i upalne dni nad wodami Lazurowego Wybrzeża można obserwować górzysty miraż Korsyki (Rys. 6.), zaś w pobliżu miejscowości Hastings (południowo–wschodnia Anglia) – fatamorganę francuskiego wybrzeża.

Chyba każdy słyszał o fatamorganie, lecz mało kto wie, jak ona powstaje. Zanim jednak przejdziemy do wyjaśnienia tego zjawiska, przypomnijmy sobie kilka podstawowych faktów: 1. Światło w ośrodkach o różnych współczynnikach załamania porusza się z różnymi szybkościami. Im większy współczynnik załamania, tym szybkość jest mniejsza. 2. Szybkość światła w powietrzu gorącym jest większa niż w powietrzu o niższej temperaturze, dlatego współczynnik załamania dla powietrza o temperaturze wyższej jest mniejszy. 3. Światło na granicy dwóch ośrodków o różnych współczynnikach załamania zmienia kierunek swego biegu (jest to zjawisko refrakcji, czyli załamania światła). Przechodząc z ośrodka, w którym porusza się wolniej, do ośrodka, w którym porusza się szybciej, odchyla się od normalnej (prostej prostopadłej do granicy ośrodków), zatem kąt załamania jest większy od kąta padania. Wiedza ta wystarczy nam do zrozumienia tematu. Przyjrzyjmy się najpierw, jak wygląda droga promienia świetlnego przechodzącego przez ośrodki o różnych współczynnikach załamania. Spójrzmy na Rys. 1.: promień przechodząc z warstwy o współczynniku załamania do warstwy o współczynniku załamania odchyla się od normalnej do granicy ośrodków. Podobna sytuacja ma miejsce przy przechodzeniu przez kolejne granice. Bieg promienia na Rys. 1. to łamana. Jednak należy pamiętać, że temperatura zmienia się w sposób ciągły, więc gdyby takich warstw o znikomej grubości było bardzo dużo, to przejście promienia będzie coraz „gładsze”.

rys.1

rys.3

rys.2

Refrakcja atmosferyczna

Refrakcja atmosferyczna to zjawisko polegające na „ugięciu się” promieni świetlnych pochodzących spoza atmosfery po dotarciu do niej. Powoduje to pozorne przesunięcie obiektu na niebie. Oznacza to, że obserwowane słońce (lub inny obiekt świetlny) wydaje się być wyżej na niebie niż jest w rzeczywistości. To na jakiej wysokości i w jakim kształcie widzimy obiekt zależy od jego faktycznej wysokości. Dzieje się tak, ponieważ stopień załamania promienia świetlnego zmienia się wraz ze zmianą ciśnienia i temperatury w atmosferze, którą z kolei warunkuje wysokość. Największa jest najbliżej linii horyzontu. Można to zaobserwować podczas wschodów i zachodów słońca, które wydaje się być wtedy niejako spłaszczone. W rzeczywistości jego górny brzeg ulega mniejszej refrakcji, czyli jest mniej zniekształcony niż dolny. Widocznym efektem refrakcji atmosferycznej jest występowanie różnych barw mieszczących się od żółtego, przez pomarańczowe do czerwonego (różowego). Oznacza to, że im bliżej horyzontu słońce się znajduje tym barwy są cieplejsze, a im wyżej tym refrakcja jest mniejsza, a kolory zimniejsze dochodząc do granatowego.

Słońce poboczne (parhelion, słońce pozorne)

Słońce poboczne (parhelion) to złudzenie występowania więcej niż jednego Słońca na nieboskłonie. To jasne plamy światła pojawiające się obok Słońca, widoczne około 22 stopni w lewo i na prawo od Słońca orazna tej samej wysokości nad horyzontem, co Słońce. To, co widzimy, jest odbiciem słońca w kryształach lodu w chmurach. Słońca poboczne pojawiają się najczęściej, gdy temperatury są bardzo niskie i w atmosferze występują kryształy lodu. Jednak zjawisko to może wystąpić wszędzie, gdzie pojawiają się chmury typu cirrus. Zjawisko występuje często po obu stronach słońca; szczególnie dobrze jest widoczne, gdy słońce jest nisko nad horyzontem. Im słońce znajduje się wyżej, tym większa jest odległość słońc pobocznych od miejsca przecięcia się halo 22-stopniowego i kręgu parhelicznego. Słońca poboczne są jednym z najczęściej obserwowanych typów halo. Powstają one w wyniku załamania się promieni słonecznych na kryształach lodu występujących w formie sześciokątnych płytek opadających w pozycji poziomej, podobnie jak opadające liście. W sprzyjających warunkach, znajdując się ponad chmurami (np. na pokładzie samolotu, w górach), możliwe jest niekiedy dostrzeżenie podsłońca i towarzyszących mu podsłońc pobocznych poniżej horyzontu. Powstają one podobnie jak zwykłe słońca poboczne, przy większej liczbie odbić światła od płaskiej, poziomej powierzchni kryształków lodu. Zjawisko takie obserwować można także w przypadku halo powstającego wokół księżyca.

Słup słoneczny (słup świetlny)

łup słoneczny to zjawisko piękne i o dziwo, dość często spotykane. Niektóre osoby, które widziały to pierwszy raz twierdzą, że przypominał on rozpalone ognisko. Inni świadkowie bali się, że to obcy, którzy przybyli na Ziemię. My jednak mamy dla Was dobrą wiadomość. To, co widzieliście, nie chciało was porwać ani przestraszyć. Czym zatem jest słup słoneczny? Kiedy można zaobserwować to zjawisko? Słup świetlny to smugi światła, które rozciągają się w górę lub w dół od słońca lub innego, jasnego źródła, które jest nisko na horyzoncie. Wbrew temu, co widzimy, smugi świetlne nie są pionowymi promieniami. Zjawisko jest spowodowane odbiciem światła od poziomych powierzchni uporządkowanych poziomo swobodnym opadaniem kryształków lodu. Słupy słoneczne są różne. Czasami mogą przybrać postać jednej, szerokiej poświaty widocznej na niebie. Charakterystyczne poświaty są zależne od budowy kryształków lodu, a raczej od ich niedoskonałości. Przerośnięte ścianki boczne lub wewnętrzne skazy mogą zablokować odbijanie promieni, dzięki czemu na niebie powstają różne łuki. Słupy słoneczne najczęściej obserwuje się podczas wschodu lub zachodu Słońca. Ważne jest, żeby ta centralna gwiazda Układu Słonecznego była nisko na horyzoncie lub poniżej jego linii. To właśnie wtedy słup słoneczny przybiera formę oświetlonej kolumny, która bardzo często jest zabarwiona na czerwono lub pomarańczowo i przemieszcza się razem ze Słońcem. Bardzo rzadkim słupem świetlnym może być ten, który zostaje stworzony przez inną planetę. Słup świetlny planety Wenus może być zaobserwowany bardzo rzadko, jedynie przy nieskazitelnej widoczności, małej warstwie chmur cirrusowych i tylko wtedy, kiedy Słońce znajduje się poniżej horyzontu.

Widmo Brockenu (zjawisko Brockenu, mamidło górskie)

Zjawisko Brockenu, zwane także widmem Brockenu lub mamidłem, jest zjawiskiem optycznym spotykanym najczęściej w górach. Polega na zaobserwowaniu własnego cienia w chmurze znajdującej się poniżej obserwatora. Niekiedy cień może być także otoczony tęczową obwódką, która nazywana jest glorią. Zjawisko glorii jest widmem barw światła białego, pojawiającym się w sytuacji, w której dojdzie do dodatkowego załamania się promieni słonecznych na kroplach wody, z których się składają. Warto wiedzieć, że zjawisko to jest widziane tylko przez obserwatora – nikt inny nie może go zobaczyć ani sfotografować. Mamidło najczęściej można zaobserwować podczas wędrówki w wyższych partiach gór lub dojrzeć je z pokładu lecącego samolotu. Aby zjawisko było widoczne, obserwator musi znajdować się na linii znajdującej się pomiędzy słońcem a mgłą (położoną poniżej obserwatora), która ulega rozproszeniu i pełni rolę ekranu, w efekcie czego na obłoku pojawia się cień postaci. Widmo Brockenu zaobserwowane w górach może ponadto dać efekt pozornego powiększenia cienia obserwatora – projekcja naturalnej wielkości cienia obserwatora na tle oddalonych gór sprawia, że wydaje się on większy. Zasada jest prosta - im bliżej nas będą znajdować się chmury lub mgła, tym większy będzie widziany cień. Zjawisko Brockenu po raz pierwszy zostało opisane w 1780 roku przez pastora i naukowca Johanna Esaiasa Silberschlaga. Nazwa wywodzi się od szczytu Brocken w górach Harz, gdzie było ono obserwowane. Istnienie zjawiska zostało z kolei upowszechnione przez Jana Alfreda Szczepańskiego. Ten czołowy polski taternik i pisarz okresu międzywojennego poświęcił mamidle sporo uwagi w swoich dziełach literackich. Szczepański jest także autorem popularnego w środowisku taternickim przesądu, wedle którego człowiek, który zobaczył widmo Brockenu, umrze w górach. Dopiero ujrzenie tego zjawiska po raz trzeci jest w stanie odczynnik urok i zdjąć grożące wędrowcowi niebezpieczeństwo. Przyjmuje się, że przesąd ten został wymyślony i spopularyzowany przez Szczepańskiego już w 1925 roku.

Wieniec (aureola, potocznie "Lisia czapa")

W znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach, zbudowanych z drobnych, jednorocznych kropelek wody (zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste) obserwuje się wieńce. Wieńce te występują również we mgle dookoła sztucznych źródeł światła. Główną, a często jedyną, częścią wieńca jest jasny pierścień o niewielkim promieniu, otaczający bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (lub sztucznego źródła światła). Pierścień ten ma zabarwienie niebieskawe, a na zewnątrz czerwonawe. Może on być otoczony jednym lub kilkoma dodatkowymi, jasnymi pierścieniami o takim samym zabarwieniu, nie stykającymi się bezpośrednio ani z pierwszym z wymienionych kręgów, ani też ze sobą. Promień wieńca bywa rzędu 1-5°. Jest on odwrotnie proporcjonalny do średnicy kropelek w chmurze; dlatego na podstawie jego rozmiarów można określać wielkość kropelek, znajdujących się w chmurach. Wieńce wywołane są ugięciem światła przez bardzo drobne kropelki chmurowe, które tworzą jakby siatkę dyfrakcyjną. Dookoła każdego punktu tarczy ciała niebieskiego powstaje jedno lub kilka widm dyfrakcyjnych mających kształt kręgów. Nakładają się one jedne na drugie, przy czym barwy ich zlewają się, co daje w wyniku odcień niebieskawy. Jedynie widma, wytworzone przez punkty leżące na skrajach tarczy ciała niebieskiego, tworzą po zewnętrznej stronie każdego pierścienia otok o zabarwieniu czerwonawym. Wieńce dookoła sztucznych źródeł światła o małych rozmiarach (w porównaniu z rozmiarami tarcz ciał niebieskich) mają bardziej bogate barwy tęczy.

Na koniec przejdźmy do dwóch (bardziej astronomicznym) ale równie ciekawych zjawisk…

Zaćmienie Słońca i Księżyca

Zjawisko astronomiczne powstające, gdy Księżyc znajdzie się pomiędzy Słońcem a Ziemią i tym samym przysłoni światło słoneczne. Wyróżniamy kilka rodzajów zaćmienia Słońca, są to: zaćmienie: całkowite, częściowe, obrączkowe, hybrydowe Zjawisko zaćmienia Księżyca zachodzi wtedy, gdy Ziemia, Słońce i Księżyc są w jednej linii, przy czym Ziemia znajduje się między Słońcem a Księżycem, a Księżyc jest w fazie pełni i znajduje się w cieniu, który rzuca Ziemia. Wyróżniamy dwa rodzaje zaćmień Księżyca: całkowite i częściowe.

Aurora Borealis, zwana inaczej zorzą polarną, to unikatowe zjawisko zachodzące wskutek wybuchów na powierzchni Słońca. Fala magnetyczna, czyli tak zwany wiatr słoneczny, spowodowany eksplozją dociera do Ziemi pod postacią spektakularnych pasm światła ukazujących się na niebie, zmieniając przy tym barwę od jasnozielonej po intensywny fiolet. Pierwszy zapis dotyczący zorzy polarnej pochodzi już z I wieku naszej ery, kiedy to Seneka Młodszy opisał ją w swoim dziele „Naturales quaestiones”, czyli w wolnym tłumaczeniu „Problemy”, jako okrągłą, kolorową lukę w niebie. Wycieczka grupowa W pogoni za zorzą polarną Istnieje kilka rodzajów tego zjawiska, a każdy z nich można odróżnić na podstawie kolorów: czerwonego, gdy jest bardzo silna zielonego, gdy jest dość silna żółtego, gdy jest umiarkowana niebieskiego, gdy jest na tyle słaba, że trudno ją dostrzec Siła zorzy zależy od ilości wyemitowanych przez Słońce cząsteczek tlenu atomowego, czyli po prostu od wielkości eksplozji. Co ciekawe, w historii zostały odnotowane przypadki, kiedy magicznemu spektaklowi świetlnemu towarzyszyły odgłosy trzeszczenia. Występowanie Zorza polarna występuje głównie za Kołem Podbiegunowym (zarówno północnym, jak i południowym), ale zdarza się, zwłaszcza kiedy jest silna, że można dostrzec ją nawet w Danii! Na Północy granica Kręgu Polarnego przebiega między innymi przez miasto Bodø. Poza Ziemią, zjawisko to jest bardzo częste na Jupiterze oraz Saturnie, które mają o wiele silniejsze pole magnetyczne niż nasza planeta, co sprawia, że można zaobserwować tam więcej barw i odcieni różnych kolorów. Sposoby obserwacji Od lat turyści z całego świata udają się za Koło Podbiegunowe na wycieczki zwane „polowaniem na zorzę polarną”. Są to najczęściej zorganizowane przez biura podróży grupowe wyprawy. W dzisiejszych czasach istnieje cały wachlarz ofert, aby odwiedzający mógł wybrać najdogodniejszy dla siebie sposób obserwacji. Poczynając od rejsów organizowanych przez norweskiego armatora Hurtigruten, gdzie każda kabina wyposażona jest w specjalny telefon, przez który kapitan statku informuje o zachodzących na niebie zjawiskach, a kończąc na wyprawach psimi zaprzęgami lub skuterami śnieżnymi w towarzystwie doświadczonego przewodnika, który zabiera grupę w bezchmurne miejsce i pozwala doświadczyć tego niesamowitego pokazu świateł.

Zorza Polarna

Filmy

ZJAWISKA OPTYCZNE W PRZYRODZIE

źźródła:http:/google.com/grafika https:/wikipedia.org https:/bryk.pl https:/sciaga.pl https:/google https:/youtube.com

DZIĘKUEMY ZA UWAGĘ!PREZENTACJĘ PRZYGOTOWAŁY: WAIS URSZULA ORAZ WALTOŚ KAMILA Z KLASY 8D

Polecane: