Свет и цвет в природе

СВЕТ И ЦВЕТ В ПРИРОДЕ

Публикация: http://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2014/11/27/svet-i-tsvet-v-prirode 

Работа ученика 11 – А класса

МБОУ «СОШ № 11»

Котова Павла

Сообщение к уроку, презентация, видеонарезка по теме

Вступление

        По предложенной учителем теме я нашёл столько интересного для меня, столько неожиданного, например, о «брокенском призраке»  о котором раньше никогда не слышал даже, что решил обо всём, без переизложений, рассказать на уроке своим одноклассникам. Презентация не отражает красоты явлений, поразившие меня и  которые объясняются понятными законами физики, поэтому я подобрал к моему сообщению несколько интересных видеофрагментов.

• http://www.youtube.com/watch?v=ZsyZFbsiKG0 Загадочное природное явление – Гало
• http://www.youtube.com/watch?v=YqAw8CTJkbI Гало - РАДУГА вокруг СОЛНЦА! США, Орландо
• http://www.youtube.com/watch?v=TRuXgvU0_Vs Природное явление – Гало
• http://www.youtube.com/watch?v=t-U4bnphTqw   Необычное явление в небе над Новокузнецком  
• http://www.youtube.com/watch?v=FkNWSjPR_fs Природное явление - Проекция креста на небе
• http://www.youtube.com/watch?v=Dv-jjjbwNZI Гло́рия оптическое явление в облаках.
• http://www.youtube.com/watch?v=Ix5nydC0maY  Фактомания 41-й выпуск - Утренняя
• глория
• http://www.youtube.com/watch?v=LmxX0a6iZYQ Брокенский призрак на Ат-Баше

• http://www.youtube.com/watch?v=xrypsgJSOS4&index=3&list=PLEC-4i2P-XFrnbMYN4ez87ZvaJ6yIxQG2 Brocken Spectre on Sgorr Dhonuill
• http://www.youtube.com/watch?v=0I83USDoX6I Супер-радуга над Калугой.
• http://www.youtube.com/watch?v=J_PqmnJgBcQ вертикальная радуга у Кайласа
• http://www.youtube.com/watch?v=fn9ynUatjss Тройная радуга все-таки существует

       Такое зрелище не оставило никого равнодушным! Я думаю, что не только я, но и другие поклялись себе, что увидят эти природные явления и я стану тем счастливым человеком, который всё это увидит своими глазами! Для кого – то  пройдёт вся жизнь, а они ничего подобного не увидят своими глазами, не подозревая о том прекрасном, удивительном мире, в котором живёт

       А теперь немного теории, которую я счёл необходимым предоставить своим одноклассникам. Я сохранил в тексте все ссылки из первоисточника.

Теоретический минимум

Возможность разложения света была впервые обнаружена Исааком Ньютоном. Узкий луч света, пропущенный им через стеклянную призму, преломился и образовал на стене разноцветную полоску — спектр.

По цветовым признакам спектр можно разделить на две части. В одну часть входят красные, оранжевые, желтые и желто-зеленые цвета, в другую — зеленые, голубые, синие и фиолетовые.

Длина волн лучей видимого спектра различна — от 380 до 760 ммк. За пределами видимой части спектра располагается невидимая его часть. Участки спектра с длиной волны более 780 ммк называются инфракрасными, или тепловыми. Они легко обнаруживаются термометром, установленным на этом участке спектра. Участки спектра с длиной волны менее 380 ммк называются ультрафиолетовыми

Рис. 1. Спектральное разложение цветового луча

Световые лучи, исходящие от разных источников света, имеют неодинаковый спектральный состав и поэтому значительно отличаются по цвету. Свет обычной электрической лампочки желтее солнечного света, а свет стеариновой или парафиновой свечи или керосиновой лампы желтее света электрической лампочки. Объясняется это тем, что в спектре луча дневного света преобладают волны, соответствующие синему цвету, а в спектре луча от электрической лампочки с вольфрамовой и особенно с угольной нитью — красные и оранжевые цветовые волны. Поэтому один и тот же предмет может принимать различную окраску в зависимости от того, каким источником света он освещен.

Вследствие этого тела принимают при естественном и искусственном освещении различные цветовые оттенки.

Цвет каждого предмета зависит от его физических свойств, то есть способности отражать, поглощать или пропускать лучи света. Поэтому лучи света, падающие на поверхность, делятся на отраженные, поглощенные и пропущенные.

Тела, почти полностью отражающие или поглощающие лучи света, воспринимаются как непрозрачные.

Тела, пропускающие значительное количество света, воспринимаются как прозрачные (стекло).

Если поверхность или тело отражают или пропускают в одинаковой степени все лучи видимой части спектра, то такое отражение или проникание светового потока называется неизбирательным.

Так, предмет кажется черным, если он поглощает в равной степени почти все лучи спектра, и белым, если он их полностью отражает.

Если смотреть на предметы через бесцветное стекло, мы увидим их настоящий цвет. Следовательно, бесцветное стекло почти полностью пропускает все цветовые лучи спектра, кроме незначительного количества отраженного и поглощенного света, также состоящего из всех цветовых лучей спектра.

Если взять синий фильтр, то все предметы за стеклом покажутся синими, так как синее стекло пропускает в основном синие лучи спектра, а лучи остальных цветов почти полностью поглощает.

Цвет непрозрачного предмета также зависит от отражения и поглощения им волн различного спектрального состава. Так, предмет кажется синим, если он отражает только синие лучи, а все остальные поглощает. Если предмет отражает красные и поглощает все остальные лучи спектра, он кажется красным.

В природе не существует материала, отражающего или поглощающего 100% падающего на него света, поэтому нет ни идеально белого, ни идеально черного цвета. Самый белый цвет имеет порошок химически чистого сернокислого бария, спрессованный в плитку, который отражает 94% падающего на него света. Цинковые белила несколько темнее сернокислого бария, еще темнее свинцовые белила, гипс, литопонные белила, писчая бумага высшего сорта, мел и т. д. Наиболее темной является поверхность черного бархата, отражающая около 0,2% света.

Смешение цветов. Восприятие цветов, которые мы видим вокруг себя, вызывается действием на глаз сложного цветового потока, состоящего из световых волн различной длины. Но мы не получаем впечатления пестроты и многоцветности, так как глаз обладает свойством смешивать разнообразные цвета. Близко расположенные друг к другу цвета, рассматриваемые с большого расстояния, как бы сливаются в один суммарный цвет на сетчатке нашего глаза. Этот вид смешения цветов называется слагательным, или аддитивным.

Рис. 2. Цветовой круг взаимнодополнительных цветов: 1 — большой интервал, 2 — средний интервал, 3 — малый интервал

В этом круге взаимнодополнительный цвет к красному— голубовато-зеленый, к оранжевому — голубой, к желтому — синий, к желто-зеленому — фиолетовый. В любой паре взаимнодополнительных цветов один всегда принадлежит к группе теплых, другой — к группе холодных тонов.

При механическом смешении красок получается не оптическое сложение цветных лучей на сетчатке глаза, а вычитание из белого луча, освещающего нашу цветную смесь, тех лучей, которые поглощаются цветными частицами красок. Так, например, при освещении белым лучом света предмета, окрашенного цветной смесью пигментов синего и желтого цвета, синие частицы берлинской лазури поглотят красные, оранжевые и желтые лучи, а желтые частицы кадмия — фиолетовые, синие и голубые лучи. Непоглощенными останутся зеленые и близкие к ним голубовато-зеленые и желто-зеленые лучи, которые, отразившись от предмета, и будут восприняты сетчаткой нашего глаза.

Примером вычитательного смешения цветов может служить луч света, пропущенный через три стекла — желтого, голубого и пурпурного цветов, которые поставлены одно за другим и направлены на белый экран. В местах перекрытия двух стекол — пурпурного и желтого — получится красное пятно, желтого и голубого — зеленое, голубого и пурпурного — синее. В местах одновременного перекрытия трех цветов появится черное пятно.

Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни. Существует множество типов гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5—10 км в верхних слоях тропосферы. Вид гало зависит от формы и расположения кристаллов. Отражённый и преломлённый ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу.

Солнечное гало в городе Брянск

Гло́рия (лат. gloria — украшение; ореол) — оптическое явление в облаках.

Наблюдается на облаках, расположенных прямо напротив источника света. Наблюдатель должен находиться на горе или в воздухе, а источник света (Солнце или Луна) — за его спиной.

Представляет собой цветные кольца света на облаке вокруг тени наблюдателя. Внутри находится голубоватое кольцо, снаружи — красноватое, далее кольца могут повторяться с меньшей интенсивностью

Глория объясняется дифракцией света, ранее уже отражённого в капельках облака так, что он возвращается от облака в том же направлении, по которому падал, то есть к наблюдателю.

Эффект «брокенского призрака» с тенью человека, фото на пике Корженевской, Памир

Брокенский призрак появляется, когда Солнце светит из-за альпиниста, смотрящего вниз с хребта или пика в туман. Тень альпиниста идёт сквозь туман, часто принимая причудливые угловатые очертания, вызванные перспективой. Кажущееся увеличение размеров тени — оптическая иллюзия, объясняемая тем, что наблюдатель соизмеряет свою тень, лежащую на относительно близких облаках, с далекими объектами поверхности, видимой сквозь просветы в облаках; или когда невозможно сориентироваться в тумане и соизмерить размеры. Кроме того, тени попадают на капли воды, находящиеся на различных расстояниях от глаза, что нарушает восприятие глубины.

Брокенский призрак зачастую окружен светящимся кольцами разного цвета — глорией. Они появляются прямо напротив Солнца, когда солнечный свет отражается от облаков, состоящих из капель воды одинакового размера. Эффект обусловлен дифракцией света.

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды (дождя или тумана), парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому слабее всего отклоняется красный свет — на 137°30’, а сильнее всего фиолетовый — на 139°20’). В результате белый свет разлагается в спектр (происходит дисперсия света). Наблюдатель, который стоит спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим окружностям (дугам).

Радуга в водяной пыли от водопада Такаккау, Канада

Схема образования радуги
1) сферическая капля
2) внутреннее отражение
3) первичная радуга
4) преломление
5) вторичная радуга
6) входящий луч света
7) ход лучей при формировании первичной радуги
8) ход лучей при формировании вторичной радуги
9) наблюдатель
10) область формирования первичной радуги
11) область формирования вторичной радуги
12) облако капелек

При определённых обстоятельствах можно увидеть двойную, перевёрнутую или даже кольцевую радугу. На самом деле это явления другого процесса — преломления света в кристаллах льда, рассеянного в атмосфере, и относятся к гало[7]. Для появления в небе перевернутой радуги (околозенитной дуги, зенитной дуги — одного из видов гало) необходимы специфические погодные условия, характерные для Северного и Южного полюсов. Перевернутая радуга образуется за счет преломления света, проходящего через льдинки тонкой завесы облаков на высоте 7 — 8 тысяч метров. Цвета в такой радуге располагаются тоже наоборот: фиолетовый вверху, а красный — внизу.

Зенитная дуга в Фюссене

Лунная радуга на водопаде Виктория

Источники.

↑ Миннарт М. Свет и цвет в природе. — М.: «Наука», 1969. 

Тарасов Л. В., Тарасова А. Н., Беседы о преломлении света, М.: Наука, 1982