Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Nazwa szkoły: Zespół Szkół nr 1 im. Noblistów Polskich ID grupy: 97/30_MF_G1 Kompetencja: Matematyka i fizyka Temat projektowy: Zjawiska optyczne (świetlne) w atmosferze Semestr/rok szkolny: Semestr I , rok szkolny 2009/2010

Spis slajdów Zjawiska optyczne Prawo odbicia światła Zwierciadła Prawo załamania światła Rozszczepienie światła Soczewki Miraż Słup słoneczny Cień Zaćmienie słońca i księżyca Widmo Brockenu Wieniec Zielony błysk Tęcza Iryzacja 16. Zorza polarna 17. Halo 18. Błyskawica 19. Piorun 20. Ognie św. Elma

Zjawiska optyczne (fotometeory) Zjawiska świetlne pojawiające się w atmosferze obserwowane na niebie powstające na skutek : załamania , odbicia , interferencji promieni słonecznych.

Prawa rządzące rozchodzeniem się światła Odbicie światła - zmiana kierunku rozchodzenia się promieni światła na granicy dwóch ośrodków, powoduje, że promienie światła pozostają w ośrodku, w którym się rozchodzą. Załamanie światła - spowodowane jest różną prędkością światła w różnych ośrodkach. Rozszczepienie światła- spowodowane różną prędkością rozchodzenia się promieni świetlnych o różnych barwach.

Prawo odbicia Kąt padania to kąt między promieniem padającym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni). Kąt odbicia to kąt między promieniem odbitym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni). 6

Prawo odbicia Kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień odbity i normalna do powierzchni odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. W wyniku odbicia zmienia się tylko kierunek rozchodzenia się fali, nie zmienia się jej długość. β = α 7

Zwierciadła kuliste jest to zwierciadło, którego powierzchnia odbijająca nie jest płaska, lecz jej kształt jest zbliżony do kulistego; najczęściej używane są zwierciadła o kształcie zbliżonym do sfery. Zwierciadło kuliste wypukłe - jest fragmentem sfery, w której powierzchnią odbijającą jest powierzchnia zewnętrzna. Zwierciadło kuliste wklęsłe jest fragmentem sfery, w której powierzchnią odbijającą jest powierzchnia wewnętrzna. 8

Zwierciadła kuliste Ogniskowa - to odległość środka soczewki od punktu, w którym skupione zostaną promienie świetlne. Zwierciadła kuliste mogą tworzyć obrazy rzeczywiste lub pozorne. Jeśli ciało umieścimy na głównej osi optycznej zwierciadła, ale dalej od powierzchni zwierciadła niż ogniskowa, utworzony obraz będzie obrazem rzeczywistym. Jeśli ciało umieścimy pomiędzy powierzchnią zwierciadła i ogniskową, to utworzony zostanie obraz pozorny. 9

Prawo załamania światła Załamanie światła jest spowodowane różną prędkością światła w różnych ośrodkach. Jeśli światło przechodzi z ośrodka rzadszego do gęstszego, gdzie jego prędkość jest mniejsza, to skraca sobie drogę załamując się do normalnej. Gdy światło przechodzi z ośrodka gęstszego do rzadszego to załamuje się od normalnej. Bieg promieni świetlnych jest odwracalny i dlatego w przeciwnym kierunku światło biegnie po tej samej drodze. 10

Załamanie światła zachodzi, gdy promienie przechodzą: z powietrza do wody z wody do powietrza ze szkła do powietrza z powietrza do szkła z warstwy powietrza gęstszego do rzadszego Ogólnie - światło będzie się załamywać prawie zawsze gdy zmienia się ośrodek. Warto skojarzyć załamanie ze zmianą ośrodka. 11

Prawo załamania światła Gdy światło przechodzi z ośrodka o bezwzględnym współczynniku załamania n1 do ośrodka o bezwzględnym współczynniku załamania n2, to stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi bezwzględnych współczynników załamania światła w obu ośrodkach, zgodnie ze wzorem, w którym n2/1 oznacza współczynnik załamania drugiego ośrodka względem pierwszego. 12

Załamanie światła powoduje ciekawe efekty Nieprawidłowa lokalizacji dna jeziora, gdy patrzymy na nie z brzegu. Łyżka w szklance wygląda na złamaną. 13

Rozszczepienie światła ( dyspersja) Spowodowane różną prędkością rozchodzenia się promieni świetlnych o różnych barwach. Różna prędkość rozchodzenia się światła owocuje oczywiście różnym współczynnikiem załamania światła i różnym kątem załamania. Ponieważ zaś światło białe jest mieszaniną świateł o wielu barwach, to przepuszczenie go przez pryzmat spowoduje rozdzielenie poszczególnych składowych na piękną tęczę. Załamanie i rozszczepienie światła występuje dla większości materiałów. Najłatwiej jest zaobserwować je w pryzmacie, ponieważ załamuje on i rozszczepia światło dwukrotnie. 14

Soczewka proste urządzenie optyczne; składa się z jednego lub kilku sklejonych razem bloków przezroczystego materiału; soczewki dzielą się na skupiające i rozpraszające; skupiające są grubsze na środku niż na brzegach, rozpraszające - odwrotnie. 15

Soczewka Rodzaje soczewek: płasko-wypukła, płasko-wklęsła, dwuwklęsła, dwuwypukła, wklęsło-wypukła rozpraszająca, wklęsło-wypukła skupiająca. 16

Soczewki – ważne pojęcia Ognisko soczewki - punkt, w którym skupiają się wzajemnie równoległe promienie po przejściu przez soczewkę. 17

Soczewki – ważne pojęcia Ognisko pozorne - ognisko soczewki w soczewce rozpraszającej. Powstaje po skupieniu w jednym punkcie przedłużeń promieni rozbieżnych. 18

Soczewki – ważne pojęcia Ogniskowa - odległość ogniska od soczewki. 19

Aberracja optyczna – wada soczewek wada pojedynczej soczewki, układu optycznego, obiektywu lub także zwierciadła niepłaskiego; polega na deformacji uzyskanego obrazu, a w szczególności zniekształceniu, pogorszeniu ostrości lub niepożądanych zmianach chromatycznych; zmniejsza się ją stosując zamiast pojedynczej soczewki zespół soczewek wykonanych z różnych gatunków szkła. 20

Najczęstsze zjawiska optyczne w atmosferze: Wieniec (aureola) Błyskawica Piorun kulisty Zielony błysk Halo Tęcza Korona i Gloria Ognie Św. Elma Miraż (fatamorgana) Zorza polarna Słup słoneczny Iryzacja Irradiacja Widmo Brockenu Półcień i cień Zaćmienie (Słońca i Księżyca) 21

Miraż jest to zjawisko optyczne zachodzące 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). Zjawisko to ma miejsce na obszarach pustynnych, a także nad obszarami wodnymi.

Miraż Można go zaobserwować jadąc latem samochodem po rozgrzanej szosie.

Fatamorgana Specjalny rodzaj mirażu. Fatamorgana powoduje powstanie pionowych ścian i budowli zakończonych iglicami. Po włosku fata oznacza wróżkę. Legendarna Morgana była przyrodnią siostrą króla Artura i mieszkała w kryształowym pałacu na dnie morza. Używając magicznej mocy, potrafiła wznosić zamki z cienkich warstw powietrza .

Słup słoneczny Zjawisko optyczne w atmosferze polegające na ukazaniu się kolumny świetlnej. Powstaje w wyniku odbicia światła nisko położonego Słońca lub innego źródła światła na powierzchni uporządkowanych swobodnym opadaniem kryształów płatkowych lodu. Najłatwiej jest go zaobserwować tuż przed wschodem Słońca lub tuż po jego zachodzie. Przybiera wtedy formę świetlnej kolumny, przemieszczającej się wraz z ruchem Słońca pod horyzontem. 25

Cień obszar, do którego nie dociera światło bezpośrednio ze źródła na skutek obecności przeszkody na drodze promieni wyróżniamy typy cieni w zależności od obiektu przesłaniającego światło: - cień słoneczny, - cień księżycowy, - inne. 26

Zaćmienie zjawisko atmosferyczne, powstające, gdy cień jednego ciała niebieskiego pada na powierzchnię drugiego; jego powstanie jest możliwe, gdy w jednej linii znajdują się oba ciała oraz źródło światła (którym jest zazwyczaj gwiazda jako ciało świecące światłem własnym); 27

Zaćmienie Słońca Zaćmienie Słońca następuje wtedy, gdy Księżyc znajduje się pomiędzy Ziemią a Słońcem. Całkowite zaćmienie Słońca to bardzo rzadkie zjawisko. Nie występuje ono co miesiąc podczas nowiu lub pełni Księżyca. Dzieje się tak dlatego gdyż orbita Księżyca jest nachylona ok. 5 stopni w stosunku do orbity Ziemi, więc zazwyczaj Księżyc mija nieznacznie wyżej lub niżej "pod kreską" między Słońcem a Ziemią. Stąd też tylko co około sześć miesięcy mamy możliwość podziwiać to zjawisko. 28

Rodzaje zaćmień Słońca Zaćmienie całkowite: występuje, gdy Słońce jest całkowicie zaciemnione przez Księżyc; ogromny błyszczący dysk Słońca jest zastąpiony przez ponury zarys Księżyca i widoczna staje się korona słoneczna; obserwator znajduje się w cieniu Księżyca. 29

Rodzaje zaćmień Słońca Zaćmienie obrączkowe: występuje wtedy, gdy Słońce i Księżyc są dokładnie w jednej linii; rozmiary kątowe Księżyca są mniejsze niż Słońca; Słońce pojawia się jako bardzo błyszczący pierścień otaczając zarys Księżyca. 30

Rodzaje zaćmień Słońca Zaćmienie częściowe: występuje, gdy Słońce i Księżyc są niezupełnie w jednej linii, i Księżyc tylko częściowo zaciemnia Słońce. obserwator nie znajduje się całkowicie w cieniu Księżyca, lecz na tyle blisko, że znajduje się w półcieniu. 31

Rodzaje zaćmień Słońca Zaćmienie hybrydowe: występuje wówczas, gdy w pewnych miejscach na Ziemi jest ono widoczne jako zaćmienie całkowite, podczas gdy w innych jest to zaćmienie obrączkowe. zaćmienia hybrydowe są raczej rzadkie i stanowią ok. 5% wszystkich zaćmień. 32

Zaćmienie Księżyca Zaćmienie księżyca: występuje, gdy Ziemia znajduje się pomiędzy Słońcem i Księżycem będącym w pełni; jednak płaszczyzna orbity Księżyca nie leży w płaszczyźnie ekliptyki, lecz jest do niej nachylona po kątem 5 stopni; warunkiem koniecznym zaćmienia jest obecność Księżyca w pobliżu węzła własnej orbity, czyli punktu, w którym płaszczyzna orbity przecina płaszczyznę ekliptyki (orbity Ziemi). 33

Rodzaje zaćmień Księżyca obrączkowe - zachodzi, gdy Księżyc przechodzi tylko przez stożek półcienia Ziemi. Powodem tego jest zmienna odległość Księżyca od Ziemi (orbita Księżyca jest elipsą). Wokół tarczy widoczny jest jasno świecący pierścień. częściowe - zobaczymy, gdy znajdziemy się w stożku półcienia poza stożkiem cienia całkowitego. całkowite - występuje wtedy, gdy Księżyc przejdzie cały przez stożek cienia całkowitego Ziemi. Promienie słoneczne przez pewien czas w ogóle nie dochodzą do jego powierzchni. 34

Układ ciał niebieskich w czasie zaćmienia księżyca Stożek cienia całkowitego: miejsce geometryczne tych punktów znajdujących się po przeciwnej stronie Ziemi niż Słońce, z których Słońce jest całkowicie niewidoczne. Stożek półcienia: miejsce geometryczne tych punktów, z których tylko część Słońca jest widoczna, a część zasłonięta przez Ziemię.

Widmo Brockenu Jest to zjawisko świetlne rzadko występujące w atmosferze ziemskiej. Powstaje w górach przy niskim położeniu Słońca nad horyzontem, gdy cień turysty stojącego na szczycie pojawia się na chmurach warstwowych zalegających w dolinach. Cień często jest otoczony barwną aureolą. Nazwa zjawiska pochodzi od szczytu Brocken w górach Harz gdzie po raz pierwszy zostało zaobserwowane. 36

Widmo Brockenu 37

Wieniec białe lub żółte kręgi ,które na zewnątrz ograniczone są niekiedy brązowo-fioletowym obramowaniem; podczas pełni kolory wieńca wokół Księżyca są wyraźnie widoczne; Tworzeniu wieńca sprzyja chmura altostratus Zjawisko to wskazuje na zbliżającą się zmianę pogody, która przyniesie ze sobą koniec zimna. 38

Zielony błysk Zielony promień lub zielony błysk – rzadkie zjawisko występujące w atmosferze podczas zachodu oraz wschodu Słońca. Tuż powyżej zachodzącego lub wschodzącego Słońca lub tuż po jego schowaniu się za horyzontem widoczny jest, zwykle nie dłużej niż przez kilka sekund, niewielki zazwyczaj zielony obszar na nieboskłonie.

Zielony błysk - powstawanie Głównym zjawiskiem wywołującym zielony błysk jest załamanie światła w atmosferze. Gdy światło wpada do atmosfery ukośnie ulega załamaniu, promień świetlny jest nieznacznie zakrzywiony Zakrzywienie jest niewielkie, ale największe przy wschodzie i zachodzie Słońca. Nierównomierny rozkład temperatury w atmosferze zmienia drogę promieni świetlnych, deformując obraz obserwowanego obiektu, przyczyniając się także do rozszczepienia światła.

Tęcza łuk świecący barwami widma o promieniu wynoszącym około 42 stopni; powstaje, gdy stojące za obserwatorem Słońce oświetla chmurę deszczową; wewnątrz łuku znajduje się barwa fioletowa, a na zewnątrz czerwona. 41

Iryzacja polega na powstaniu tęczowych barw w wyniku interferencji (czyli oświetlenia światłem białym, przez co uzyskuje się wygaszenie pewnych, oraz wzmocnienie innych barw) światła białego odbitego od przezroczystych lub półprzezroczystych ciał zbudowanych z substancji o różnych właściwościach fizycznych składających się z wielu warstw. Obserwuje się je, jako mieniące się, tęczowe plamy barwne na wodzie. Iryzująca plama benzyny 42

Iryzację można zaobserwować na bańkach mydlanych na powierzchniach niektórych minerałów, np. na opalu na chmurach na pancerzach owadów, np. żuka gnojowego na piórach ptaków, np. paw indyjski na powłokach perłowych muszli mięczaków, np. perłopław na płycie CD na naczyniach ceramicznych na szkle 43

Zorza polarna bardzo efektowne zjawisko świetlne obserwowane na wysokich szerokościach geograficznych powstawanie zjawiska związane jest z przepływem prądu w jonosferze na wysokości około 100 km ponad powierzchnią Ziemi może występować w postaci płomienistych fal światła roztaczających się od horyzontu po zenit lub błyszczących łuków światła nad horyzontem rozchodzących się we wszystkich kierunkach. 44

Zorza polarna Kolor zorzy zależy od określonego gazu. Na czerwono i na zielono świeci tlen, natomiast azot świeci w kolorach purpury i bordo. Lżejsze gazy - wodór i hel - świecą w tonacji niebieskiej i fioletowej. 45

Halo Są to zjawiska optyczne w atmosferze, tworzące w pobliżu tarczy Słońca lub Księżyca łuki i smugi, a niekiedy nawet barwne pierścienie. Świecące pierścienie wokół Słońca i Księżyca, są od strony wewnętrznej czerwone, od strony zewnętrznej zaś mają fioletowy brzeg. 46

Halo Niekiedy można zaobserwować przebiegający pionowo biały słup świetlny lub też znajdujące się po obu stronach Słońca tak zwane słońce pozorne w postaci błyszczącej plamy. Występuje tylko przy przejrzystych chmurach znajdujących się wysoko nad ziemią. 47

Błyskawica zjawisko świetlne towarzyszące nagłemu wyładowaniu elektryczności atmosferycznej, przejawia się krótkim i silnym błyskiem, potężna iskra elektryczna o długości kilku kilometrów. 48

Błyskawica wyładowanie to może występować z chmury lub wewnątrz chmury. występują błyskawice, które widoczne są jedynie jako rozjaśnienie powierzchni chmury inne w ciągu ułamku sekundy przypominają swym kształtem świecący sznur pereł. 49

Piorun kulisty zjawisko meteorologiczne pojawiające się bardzo rzadko w przyrodzie, będące rodzajem wyładowania atmosferycznego. jest zjawiskiem czysto fizycznym polega na zgromadzeniu znacznej energii w małej objętości ośrodka (powietrza). jest to świecąca kula o średnicy od kilku do kilkudziesięciu centymetrów. kolor jest różny, od czerwono-pomarańczowego do niebiesko-fioletowego i może się zmieniać. może się poruszać we wszystkich kierunkach wydaje dźwięk (syczenie lub warczenie). 50

Piorun kulisty powstaje przeważnie podczas burzy, podczas wyładowania pioruna liniowego i w okolicach linii wysokiego napięcia. czas życia pioruna to od kilku do kilkudziesięciu sekund. Po tym czasie piorun po prostu znika. ładunki wydają się pływać w kółko, powodując świecenie się ośrodka. 51

Ognie świętego Elma zjawisko akustyczno-optyczne w postaci małych, cichych, ciągłych, wyładowań elektrycznych na różnych powierzchniach, ma miejsce w czasie pogody zapowiadającej burzę Wyładowaniom mogą towarzyszyć bardzo ciche dźwięki w postaci syczenia lub świstu, a czasem może być to nawet głośny gwizd. W czasie dnia są niewidoczne, ale w nocy widać je w postaci świetlnych miotełek wytryskujących z wszystkich wystających z ziemi przedmiotów. 52

Ognie świętego Elma 53

Źródła pl.wikipedia.org wikipedia.org „Fizyka i astronomia 2. Zakres Rozszerzony. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego” Sławomir Brzezowski shocabo.co.jp www.edukacja-mikolow.pl/rss/may3007.htm www.astrowiki.eu/index.php?title=Półcień www.astro-czemierniki.pl www.astronomia.pl www.światobrazu.pl www.myzalb.pl www.chmury.pl plfoto.com

Źródła ,,Pogoda i klimat” Gunter D. Roth www.interklasa.pl/meteo/zjawiska/halo.htm http://www.capetownskies.com/ http://pejzaze.onet.pl/_i/finlandia_zorza_polarna/015.jpg http://fakty.interia.pl/galerie/natura/zorza-polarna/zdjecie/duze,956759,1,550 http://www.twojapogoda.pl/encyklopedia/zorzapolarna/zdjecie.jpg http://www.imgw.pl/wl/internet/zz/klimat/_0202_sklad/zorza_biegun.jpg mlenka.blox.pl http://zmysly.pretensje.eu/irradiacja_fizyka.php www.polskie-auta.pl www.zjawiska.pl Źródła własne (zdjęcie plamy benzyny)