Nazwa szkoły: Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych im. Eugeniusza Kwiatkowskiego w Grodzisku Wielkopolskim ID grupy: 97/52_mf_g1 Kompetencja: Matematyczno-Fizyczna Temat projektowy: Zjawiska Optyczne (Świetlne) w Atmosferze Semestr/rok szkolny: Semestr II 2009/2010

Zjawiska Optyczne w Atmosferze Czym jest Światło? Przykłady źródeł światła Podstawowe prawa Optyki Geometrycznej Tęcza Dlaczego Niebo jest niebieskie? Pioruny Ognie św. Elma Zadania Źródła

Czym jest Światło? Światło jest falą elektromagnetyczną, która rozchodzi się w próżni i nie tylko. Zakres długości fal wynosi od około 400 nm. do 700 nm. Prędkość Światła w próżni wynosi około 300 000 km/s.

Przykłady źródeł światła

Czym dla Ciebie jest ognisko?

Jakie uczucia wywiera na Tobie Świetlik? Ich świecenie związane jest ze zjawiskiem luminescencji, czyli reakcji utleniania specyficznej substancji – lucyferyny przez enzym lucyferazę do wydzielającej światło oksylucyferyny.

Czy boisz się Błyskawicy?

Dalej, niech zajdzie!!!...

…włączymy żarówkę:)

Optyka Geometryczna

Podstawowe prawa Optyki Geometrycznej Prawo prostoliniowego rozchodzenia się światła: światło w ośrodkach optycznie jednorodnych rozprzestrzenia się po linii prostej .

Prawo odbicia: promień padający, odbity i normalna do powierzchni w punkcie odbicia leżą w jednej płaszczyźnie, a kąt odbicia ß jest równy kątowi padania α: α=ß

Prawo załamania: promień padający, załamany i normalna do powierzchni w punkcie załamania leżą w jednej płaszczyźnie, a stosunek sinusa kąta padania a do sinusa kąta załamania b jest równy stosunkowi prędkości V w tych dwóch ośrodkach i jest równy współczynnikowi załamania światła n ośrodka drugiego względem pierwszego:

Rozszczepienie Światła Białego Światło białe jest mieszaniną światła o różnych barwach. 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.

Tęcza

Co to jest tęcza? Tęcza to łuk świecący barwami widma. Powstaje, gdy będące za obserwatorem Słońce oświetla chmurę deszczową. Wewnątrz łuku znajduje się barwa fioletowa a na zewnątrz czerwona. Warunkiem powstania tęczy jest deszcz, oświetlony przez promienie słoneczne. Tęczę może wywołać zamiast deszczu oświetlona przez Słońce fontanna lub wodospad. Zjawisko tęczy powstaje w wyniku załamania się i odbicia promieni słonecznych w pojedynczych kroplach wody.

Efekt tęczy może być widoczny wszędzie, gdzie występują krople wody w powietrzu (12) oświetlane przez promienie słoneczne padające z tyłu obserwatora (9), a Słońce znajduje się na stosunkowo niewielkiej wysokości (kącie do poziomu mniejszym niż 40°). Warunkiem uzyskania wyraźnej tęczy jest oświetlenie kropel deszczu (chmury) przez równoległą wiązkę światła słonecznego oraz brak oświetlenia rozproszonego. Najbardziej widowiskowe tęcze można zaobserwować gdy przed obserwatorem pada intensywny deszcz w odległości od 100 m do kilku kilometrów, jednocześnie chmura, z której pada deszcz zaciemnia tło tęczy, pozostała część nieba jest czysta. U góry po lewej (8) bieg promieni w kropli (1) tworzących tęczę wtórną (5), po prawej (7) tworzących tęczę pierwotną (3). (2) – wewnętrzne odbicie światła. (4) – rozszczepienie światła. (6) – promienie światła białego. (9) – obserwator. Rejon powstawania tęczy pierwotnej (10) i wtórnej (11). (12) – strefa kropel

Rozszczepienie Światła w Kropli Białe światło słoneczne (6) będące mieszaniną fal o różnej długości (kolorze) wchodząc do kropli ulega załamaniu (4), kąt załamania zależy od długości fali świetlnej w wyniku czego dochodzi do rozszczepienia światła na barwne spektrum, następnie światło odbija się od przeciwległej strony kropli, a wychodząc powtórnie załamuje się, zwiększając rozszczepienie. Światło wewnątrz kropli nie ulega całkowitemu odbiciu, ale częściowemu, przy czym światło o polaryzacji stycznej do promienia łuku tęczy odbija się intensywnie a światło o polaryzacji prostopadłej słabo. W wyniku tego światło tęczy jest częściowo spolaryzowane liniowo w kierunku stycznym do promienia łuku tęczy (na szczycie łuku pionowo).Łuk tęczy pierwotnej jest spolaryzowany w około 96%, tęczy wtórnej w około 90%. Rozszczepienie światła białego w kropli.

Tęcza wtórna i pierwotna. Czasami można zaobserwować drugą (wtórną) mniej jasną tęczę, znajdującą się na zewnątrz tęczy właściwej. Tęcza wtórna tworzy łuk o kącie widzenia 50-53° i powstaje w wyniku dwukrotnego odbicia światła wewnątrz kropli wody. Ponieważ odbicie zachodzi dwukrotnie, a różnice w kącie rozproszenia światła w zależności od miejsca padania światła na kroplę są większe, tęcza wtórna jest mniej intensywna i szersza od tęczy pierwotnej.

Pas Aleksandra Ciemny fragment nieba leżący pomiędzy obydwiema tęczami jest określany mianem pasa Aleksandra, od imienia Aleksandra z Afrodyzji, który pierwszy opisał to zjawisko. Pociemnienie w tym pasie jest wywołane kontrastem z jaśniejszym obszarem tęczy pierwotnej i wtórnej oraz wnętrza tęczy pierwotnej. Różnice w jasności tych obszarów wynikają z różnic odbicia światła w różnych kierunkach.

Tęcze Wielokrotne Czasami występują przepiękne zjawiska tęczowe składające się z szeregu mniej widocznych łuków znajdujących się wewnątrz tęczy właściwej, a bardzo rzadko również i na zewnątrz łuku tęczy wtórnej. W łukach tych kolory są położone blisko siebie, tak że trudno w nich rozróżnić pełną gamę kolorów tęczy. Tęcze takie noszą nazwę wielokrotnych, a ich występowanie nie jest możliwe do wytłumaczenia przy użyciu optyki geometrycznej układu optycznego jakim jest kropla wody. Tęcze takie tworzą się w wyniku interferencji promieni światła załamanych pod mniejszym kątem, bo padły bliżej środka kropli, oraz promieni z maksimum, które uległy dyfrakcji (teoria Airy'ego). Gdy te dwa promienie po wyjściu z kropli będą w fazie fali, wzajemnie wzmocnią się (powstaną jaśniejsze kręgi), gdy fale będą miały przeciwne fazy, wytłumią się (kręgi ciemniejsze). Warunki fazowe zależą od długości fali, dlatego kręgi są kolorowe.

Tęcza a odbicie światła. Jeszcze inne wariacje tęczy mogą być zaobserwowane dla przypadków, kiedy światło odbija się od lustra wody zanim zostanie rozszczepione przez krople deszczu. Dochodzi wtedy do powstania tęczy "odbiciowej". Z uwagi na zmianę kąta padania promieni słonecznych (od dołu w górę), środek łuku tęczy znajduje się na niebie, możliwe jest wówczas zaobserwowanie znacznie większej długości łuku niż przy zwykłych tęczach. Przy tęczach "odbiciowych" również możliwe jest wystąpienie pierwotnego i wtórnego łuku. Tęcza pierwotna i wtórna, tęczę światła odbitego oraz odbicie tęczy w wodzie. Można również mówić o odbiciu tęczy (czy też tęczy odbitej), które występuje gdy rozszczepione światło odbija się od lustra wody zanim dotrze do obserwatora. Odbicie tęczy nie jest odbiciem lustrzanym pierwotnego łuku, ale widoczne jest jako przesunięte o kąt zależny od pozycji Słońca, co jest widoczne na zdjęciu wyżej.

Dlaczego Niebo jest Niebieskie?

Dlaczego widzimy różne kolory nieba Dlaczego widzimy różne kolory nieba? - Kolor nieba w słoneczny dzień, w wyniku rozpraszania Rayleigha postrzegany jest przez oko ludzkie jako gradient – ciemnoniebieski przy zenicie i jasnoniebieski blisko horyzontu. Dzieje się tak, ponieważ światło, które dobiega do obserwatora z góry przenika przez 1/38 masy powietrza, przez którą musi przeniknąć światło dobiegające wzdłuż horyzontu. Tak więc zenitalne promienie Słońca rozpraszane są przez znacznie mniejszą ilość cząsteczek powietrza niż promienie dobiegające z okolic horyzontu, stąd różnica w kolorach nieba.

Większość promieniowania, jakie dostrzegają nasze oczy pochodzi od Słońca. Nasza gwiazda emituje fale wszelkiej długości, ale zdecydowanie najwięcej energii wkłada w światło o kolorach od fioletu do czerwieni. Pośród nich zaś zdecydowanym rekordzistą jest kolor niebieski.

Dalej w rankingu plasują się zielony, żółty i czerwony Dalej w rankingu plasują się zielony, żółty i czerwony. Podczerwieni i ultrafioletu od początku jest mniej, a w dodatku są bardzo skutecznie przechwytywane przez atmosferę zanim dotrą do powierzchni Ziemi. Dlatego ewolucja przystosowała nasze oczy do postrzegania światła, które nazywamy "widzialnym".

Piorun

Piorun Piorun – w meteorologii bardzo silne wyładowanie elektryczne w atmosferze powstające naturalnie, zwykle towarzyszące burzom. Piorunowi często towarzyszy grom dźwiękowy oraz zjawisko świetlne zwane błyskawicą. Może ono przybierać rozmaite kształty i rozciągłości, tworzyć linie proste lub rozgałęziać się do góry lub w dół.

Uderzenie pioruna Podczas uderzenia pioruna wyzwala się ciepło w powietrzu tworzącym kanał plazmy tzn. ogrzanie i jonizacja składników powietrza w kanale, energia cieplna w większości rozprasza się, niewielka jej część przekształca się na błysk i grzmot.

Skutki Uderzenia Piorun może wywołać pożar. Uderzenia rozrywają pnie drzew i mury, potrafią oderwać płyty kamienne wykładzin dachowych, mury ważące do 100 kg i odrzucić je na kilka metrów, przepalają cienkie druty, wywołują uszkodzenia instalacji elektrycznych, telefonicznych i innych opartych o metalowe przewody, niszcząc urządzenia elektryczne.

Ognie śW. elma

Jest to zjawisko akustyczno-optyczne w postaci małych, cichych, ciągłych, wyładowań elektrycznych na różnych powierzchniach, a szczególnie na krawędziach przedmiotów, mające miejsce w czasie pogody zapowiadającej burzę. Wyładowaniom tym mogą towarzyszyć bardzo ciche dźwięki w postaci syczenia lub świstu, a czasem może być to nawet głośny gwizd.

Zadania

Zadanie Nurek znajdujący się pod wodą widzi Słońce na wysokości 45o nad horyzontem. Znajdź rzeczywistą wysokość Słońca nad horyzontem. Współczynnik załamania światła w wodzie 1,33.

Rysunek pomocniczy

Aby obliczyć na jakiej wysokości g znajduje się Słonce, należy policzyć kąt padania a promieni słonecznych oraz kąt załamania b tych promieni. 1. Obliczamy kąt załamania b (wykorzystujemy zależności w trójkącie). b = 180o - (90o + 45o) b= 45o  2. Obliczamy kąt padania a (korzystamy z prawa załamania światła). sin a = sin 45o · 1,33 sin a = 0,94 a = 70o 3. Obliczamy rzeczywistą wysokość Słońca nad horyzontem g g = 90o - a g = 90o - 70o g = 20o Odpowiedź: Rzeczywista wysokość Słońca nad horyzontem wynosi 200.

Źródła

www.Wikipedia.pl, www.pieczarka.blox.pl, www.sop.blox.pl, www.picasaweb.google.com, www.zapytaj.com.pl, www.szkolnictwo.pl, www.syrenka.flog.pl, www.odyssei.com, oraz źródła Własne

Dziękujemy za uwagę

Uczestnicy Aleksandra Chojnacka Marta Koźlik Katarzyna Krysmann Paulina Kubaczyk Kamil Lemański Iga Majchrzak Dagmara Napierała Maciej Pawliczak Natalia Skorupińska Ewa Strzelczak