Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Nazwa szkoły: ZESPÓŁ SZKÓŁ TECHNICZNYCH W PLESZEWIE ID grupy: 97/90_MF_G2 Kompetencja: MATEMATYCZNO-FIZYCZNA Temat projektowy: ZJAWISKA OPTYCZNE W ATMOSFERZE Semestr/rok szkolny: SEMESTR DRUGI, ROK SZKOLNY 2009/2010

Wprowadzenie w tematykę projektu Tematem prezentowanego projektu są zjawiska optyczne ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk zachodzących w atmosferze ziemskiej. Celem realizowanego projektu było przypomnienie i rozszerzenie wiedzy z zakresu zjawisk optycznych poznanych w gimnazjum, zapoznanie z metodami doświadczalnymi badania tych zjawisk , rozbudzenia u uczniów zainteresowania naukami przyrodniczymi oraz wrażliwości na piękno przyrody otaczającego nas świata.

Wprowadzenie C.D. W ramach realizowanego projektu wpierw badaliśmy zjawiska optyczne w pracowni fizycznej, a następnie przystąpiliśmy do przygotowania prezentacji dotyczącej zjawisk optycznych zachodzących w atmosferze . W tym celu dokonany został przydział zadań. Każdy uczestnik projektu otrzymał określony temat do opracowania. Na koniec z opracowanych materiałów dokonany został skład prezentacji. Efekt naszych prac mają Państwo możliwość właśnie oglądać. Życzymy miłych wrażeń

Czym jest światło? Światło widzialne, czy promieniowanie optyczne to forma promieniowania elektromagnetycznego podobnego do promieniowania cieplnego, fal radiowych czy promieniowania X. Źródłem światła są bardzo szybko zmieniające się pola elektromagnetyczne. Pewien zakres częstotliwości tych zmian jest dostrzegany przez ludzkie oko jako światło. Do światła klasyfikujemy oprócz światła widzialnego także podczerwień i nadfiolet, ponieważ mają one zbliżone właściwości i także bada je się metodami optycznymi. Uważa się, że światło czasami zachowuje się jak cząsteczka, a czasami jak fala, jest to tak zwany Dualizm Falowo- Korpuskularny. Należy zaznaczyć, że światło jest obok wody najważniejszym czynnikiem warunkującym życie gdyż jest największym źródłem energii dla organizmów żywych na ziemi.

Światło jako fala elektromagnetyczna Drgające ładunki elektryczne wytwarzają w przestrzeni zmienne pole elektryczne, które zgodnie z prawem Maxwella indukuje zmienne pole magnetyczne, a to z kolei indukuje zmienne pole elektryczne itd. Tak więc drgania pola elektrycznego wzbudzają drgania pola magnetycznego i odwrotnie. Drgające pola, które wzajemnie się wzbudzają, nazywamy promieniowaniem elektromagnetycznym. Promieniowanie elektromagnetyczne rozchodzi się w przestrzeni jak fala o częstotliwości równej częstotliwości drgań ładunku elektrycznego, który jest jej źródłem, i dlatego promieniowanie to nazywamy falą elektromagnetyczną.

Światło jako fala elektromagnetyczna

ZJAWISKO ODBICIA ŚWIATŁA 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.

ZAŁAMANIE ŚWIATŁA Załamanie światła- polega na zmianie kierunku rozchodzenia się światła przy przejściu z jednego ośrodka przezroczystego do drugiego. Zmiana kierunku promienia na granicy dwóch ośrodków spowodowana jest tym, że światło w różnych ośrodkach rozchodzi się z różnymi szybkościami.

Fizyczne podstawy rozczepienia światła Jeżeli fala przechodzi przez granicę ośrodków zachodzi zjawisko załamania. Jeżeli w jednym z ośrodków prędkość rozchodzenia się fali zależy od częstotliwości, to fale o różnej częstotliwości załamują się pod różnymi kątami. W efekcie droga, po której porusza się fala, zależy od jej częstotliwości, czyli zachodzi rozszczepienie.

POLARYZACJA ŚWIATŁA Do określania orientacji fali elektromagnetycznej bierze się kierunek drgań pola elektrycznego. Nazywany jest on kierunkiem polaryzacji. Naturalnymi polaryzatorami występującymi w przyrodzie są tak zwane kryształy dwójłomne, turmalin lub mika. Promień światła padający na taki kryształ ulega podwójnemu załamaniu i rozdziela się na dwa promienie, załamujące się pod różnymi kątami zwane promieniem zwyczajnym i nadzwyczajnym. Światło ulega także polaryzacji (na ogół częściowej) przy odbiciu od powierzchni przezroczystych izolatorów, na przykład szkła lub wody.

DyFRAKACJA i interferencja ŚWIATŁA Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali. Dyfrakcja używana jest do badania fal oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i kryształów, ogranicza jednak zdolność rozdzielczą układów optycznych. Zjawisko dyfrakcji występuje dla wszystkich rodzajów fal np. fal elektromagnetycznych, fal dźwiękowych oraz fal materii. Jeden z najprostszych przykładów zjawiska dyfrakcji zachodzi, gdy równoległa wiązka światła (np z lasera) przechodzi przez wąską pojedynczą szczelinę zwaną szczeliną dyfrakcyjną.

Zjawisko interferencji światła. Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal Zjawisko to potwierdza falową naturę światła. Po raz pierwszy zjawisko to zaobserwował Thomas Young w roku 1802, w doświadczeniu, które odtąd no nazwę doświadczenia Younga. Young umieścił mocne źródło światła za przesłoną, w której wyciął szczelinę S o szerokości 1 mm. Światło po przejściu przez tę szczelinę napotykało następną przesłonę, w której znajdowały się 2 szczeliny: S1 i S2, bardzo wąskie i położone bardzo blisko siebie, będące zgodnie z zasadą Huygensa źródłami nowych fal cząstkowych. Fale te na ekranie dały obraz niezgodny z zasadą prostoliniowego rozchodzenia się promieni świetlnych. Obraz ten składał się z szeregu tzw. prążków interferencyjnych, będących wynikiem nakładania się (interferencji) dwóch fal wychodzących ze szczelin: S1 i S2. W wyniku tego nakładania w pewnych miejscach następowało wzmocnienie (jasne miejsca na ekranie), w innych - wygaszanie (ciemne miejsca). W miejscach wzmocnień spotykały się fale w zgodnych fazach, w miejscach wygaszeń zaś - w fazach przeciwnych.

ZJAWISKA optyczne W przyrodzie

Cień – obszar, do którego nie dociera światło bezpośrednio ze źródła światła na skutek obecności przeszkody ustawionej na drodze promieni świetlnych, nieprzepuszczającej światła. W zależności od źródła światła mówi się o cieniu słonecznym, księżycowym i in. W zależności od obiektu przesłaniającego światło mówi się o cieniu np. Księżyca (podczas zaćmienia Słońca cień ten pada na Ziemię), cieniu budynku, człowieka.

CIEŃ I PÓŁCIEŃ FILMIK Legenda: A - Słońce; B - Ziemia; C - Księżyc;   A - Słońce; B - Ziemia; C - Księżyc; D - Stożek półcienia; E - Stożek cienia całkowitego

ZAĆMIENIE SŁOŃCA Zaćmienie Słońca powstaje, gdy Księżyc znajdzie się pomiędzy Słońcem a Ziemią i tym samym przesłoni światło słoneczne

RODZAJE ZAĆMIEŃ SŁOŃCA W przypadku zaćmienia centralnego (całkowite, obrączkowe lub hybrydowe) obserwator nie znajdujący się w centrum, czyli nie w cieniu, ale w półcieniu obserwuje jedynie zaćmienie częściowe częściowe całkowite obrączkowe hybrydowe 35,2 % 26,9 % 33,2 % 4,7%

ZAĆMIENIE KSIĘŻYCA Zaćmienie Księżyca zachodzi, gdy Ziemia znajduje się między Słońcem a Księżycem i Księżyc (naturalny satelita ziemi) "wejdzie" w stożek cienia Ziemi

GEOMETRIA TĘCZY UPROSZCZONY SCHEMAT POWSTAWANIA TĘCZY

Tęcza – zjawisko optyczne i meteorologiczne występujące w postaci charakterystycznego wielobarwnego łuku, widocznego, gdy Słońce oświetla krople wody w ziemskiej atmosferze. Tęcza powstaje w wyniku rozszczepienia światła załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli wody (np. deszczu) o kształcie zbliżonym do kulistego.

TĘCZA BIAŁA

WSCHÓD I ZACHÓD SŁOŃCA Podczas wschodu i zachodu Słońca światło rozprasza się w atmosferze ziemskiej, dając na niebie piękne kolory z dominacją odcieni czerwieni-światła o najdłuższej długości fali.

WIDMO BROCKENU mamidło górskie, zjawisko Brockenu€“ rzadkie zjawisko optyczne spotykane w górach, polegające na zaobserwowaniu własnego cienia na chmurze znajdującej się poniżej obserwatora. Zdarza się, że cień obserwatora otoczony jest tęczową obwódką zwaną glorią.

GLORIA powstaje na skutek dyfrakcji światła (ugięcia fal) na kroplach wody lub kryształkach lodu. Jest zjawiskiem optycznym polegającym na wystąpieniu barwnych pierścieni wokół cienia obserwatora widocznego na tle chmur lub mgły, przy czym niebieski pierścień ma mniejszą średnicę od czerwonego.

WIENIEC To zjawisko zachodzi wówczas, gdy Słońce lub Księżyc są przesłonięte cienką, półprzeźroczystą warstwą chmury lub mgły, zwykle ma postać barwnej poświaty (aureoli) wokół tarczy Słońca lub Księżyca, niebieskiej od strony wewnętrznej, czerwonej na zewnątrz. Często poświata jest otoczona słabo zabarwionymi, koncentrycznymi kręgami o tym samym układzie barw, niekiedy pojawiają się tylko pierścienie, a poświata nie występuje. Wieńce powstają wskutek dyfrakcji światła w warstwie chmury lub mgły.

HALO – zjawisko optyczne zachodzące w atmosferze ziemskiej obserwowane wokół tarczy słonecznej lub księżycowej. Jest to świetlisty, biały lub zawierający kolory tęczy, pierścień widoczny wokół słońca lub księżyca. Część nieba wewnątrz kręgu jest tak samo ciemna jak na zewnątrz. Zjawisko wywołane jest załamaniem na kryształach lodu i odbiciem wewnątrz kryształów lodu znajdujących się w chmurach pierzastych piętra lub we mgle lodowej.

SŁUP SŁONECZNY Słup słoneczny - zjawisko optyczne w atmosferze polegające na ukazaniu się kolumny świetlnej. Zjawisko powstaje w wyniku odbicia światła nisko położonego Słońca lub innego źródła światła na powierzchni uporządkowanych swobodnym opadaniem kryształów płatkowych lodu.

ZORZA POLARNA Zjawisko świetlne obserwowane na wysokich szerokościach geograficznych, znajduje się tylko za kołem okołobiegunowym , chociaż w sprzyjających warunkach bywa widoczna nawet w okolicach 50. równoleżnika. Jej powstawanie związane jest ze zjawiskami elektrycznymi zachodzącymi w jonosferze. Wyemitowane przez słońce elektrony i protony, pędzące z dużą prędkością zostają schwytane przez ziemskie pole magnetyczne. Zorza składa się ze smug o jasnobłękitnych, zielonych, fioletowych lub czerwonawych barwach.

Miraż-FATAMORGANA Zjawisko optyczne występujące w atmosferze, polegające na tworzeniu się pozornych obrazów będących odbiciem przedmiotów znajdujących się na horyzoncie lub poza nim. Miraż powstaje jako skutek zakrzywienia się promieni słonecznych w dolnych warstwach powietrza, cechujących się różną gęstością (temperaturą). Jeśli pozorny obraz jakiegoś obiektu jest widoczny powyżej przedmiotu, to mówimy o mirażu górnym, jeśli poniżej - o mirażu dolnym. W obszarach pustynnych najczęściej obserwuje się miraże dolne, które powstają zwykle przed południem przy silnie nagrzanym powietrzu przy powierzchni ziemi. Miraż górny najczęściej jest obserwowany w wysokich szerokościach geograficznych.

ŹRÓDŁA: 1. http://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie_elektromagnetyczne 2. http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Witelo/odbicie.pdf 3. http://www.fizyka.net.pl 4. http://www.astro.trojmiasto.strona.pl/interferencja.htm 5. http://scholaris.pl 6. http://www.fizyka.net.pl 7. http://www.sciaga.pl/tekst/80910-81-zjawisko_polaryzacji_wiat_a 8. http://sciaga.onet.pl/12581,60,163,91,1,22641,sciaga.html 9. http://pl.wikipedia.org/wiki/Dyfrakcja 10. http://pl.wikipedia.org/wiki/Interferencja 11. http://www.daktik.rubikon.pl/optyka/optyka_falowa_dyfrakcja_swiatla_na_plycie_kompaktowej.htm 12. http://www.moskat.pl/szkola/fizyka/aplety/dyfrakcja_interferencja/interferencja2.php 13. http://www.google.com/search?ie=UTF-8&oe=UTF- 8&sourceid=navclient&gfns=1&q=cie%C5%84+i+p%C3%B3%C5%82cie%C5%84 14. http://gosfiz.w.interia.pl/tecza.html 15.http://www.google.com/search?hl=pl&q=zorza+polarna&revid=205782740&sa=X&ei=5sMwTLHQM9yXONfdnI4C&ved=0CFgQ1QIoBQ 16. http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.blogi.szkolazklasa.pl/privefiles/blog-2372/275px-Brocken-tanzawa%255B1%255D.jpg&imgrefurl 17. www.multi-pro.pl/15/slides/XIX-12.jpg 18. http://pl.wikipedia.org/wiki/Mira%C5%BC