Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół Ekonomiczno-Usługowych ID grupy: 97/28_MF_G1 Kompetencja: Matematyka i fizyka Temat projektowy: Zjawiska optyczne w przyrodzie Semestr/rok szkolny: Drugi/ 2009/2010

FOTOMETEORY Na terenach górskich bardzo często obserwowane są zjawiska atmosferyczne niemożliwe do zaobserwowania na innych obszarach. Mało znane są atmosferyczne zjawiska związane z powstawaniem chmur, nazywane czasem fotometeorami. Fotometeory nie są szczególnie istotne z praktycznego punktu widzenia. Mogą co najwyżej udzielić nam pewne informacje o chmurach, w związku z którymi się tworzą. Część z tych zjawisk to fenomeny dość często obserwowane, podczas gdy inne są niezwykle rzadkie i trudne do zaobserwowania. Powody wystąpienia tych zjawisk to między innymi wielokrotne odbicie, załamanie oraz interferencja i dyfrakcja promieni świetlnych w chmurach, na drobinach wody, lodu lub śniegu.

TYPOWE FOTOMETEORY: 1. Słup świetlny 2. Wieniec 3. Tęcza 4. Iryzacja 5. Gloria 6. Widmo Brockenu. 7. Zielony promień 8. Pierścień Bishopa 9. Miraż 10. Biała tęcza 11. Halo

SŁUP ŚWIETLNY: tworzy się w pobliżu chmur piętra górnego atmosfery typu Altocumulus lub Cirrus. Jest związany silnie ze zjawiskiem halo, czyli rozświetlonych kręgów otaczających Słońce i Księżyc. Zjawiskiem bardzo podobnym i o tej samej genezie są właśnie pionowe odpowiedniki okręgów halo - słupy światła rozpoczynające się na tarczy Słońca lub Księżyca i skierowane ku Ziemi albo też ciągnące się w górę od tarcz, zawierające też często krąg poziomy, znajdujący się na tej samej wysokości nad horyzontem co Słońce.

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. ś 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.

Tęcza Tęcza powstaje w wyniku rozszczepienia światła załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli wody (np. deszczu) o kształcie zbliżonym do kulistego. Rozszczepienie światła jest wynikiem zjawiska dyspersji, powodującego różnice w kącie załamania światła o różnej długości fali przy przejściu z powietrza do wody i z wody do powietrza. Zjawisko optyczne i meteorologiczne występujące w postaci charakterystycznego wielobarwnego łuku, widocznego gdy Słońce oświetla krople wody w ziemskiej atmosferze.

IRYZACJA: to zjawisko optyczne polegające na powstawaniu tęczowych barw w wyniku interferencji światła białego odbitego od przeźroczystych lub półprzeźroczystych ciał składających się z wielu warstw substancji o różnych własnościach optycznych. Występuje m.in. na powierzchni minerałów, macicy perłowej, plamach cieczy (np. benzyny), bańkach mydlanych a czasem w atmosferze – na chmurach.

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.

Widmo 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.

Zielony promień: lub Zielony Błysk to rzadki fenomen z zakresu optyki atmosferycznej. Można go obserwować podczas zachodu oraz wschodu Słońca. Najłatwiej można zaobserwować to zjawisko na pełnym morzu. Promienie Słońca podczas przejścia przez atmosferę podlegają załamaniu. Ten efekt jest tym silniejszy, im niżej nad horyzontem znajduje się Słońce. Na ułamek sekundy do kilku sekund można zaobserwować barwę zieloną. Światło niebieskie jest silniej pochłaniane przez atmosferę.

Pierścień Bishopa: zjawisko w atmosferze, w postaci białawego pierścienia naokoło Słońca lub Księżyca, ze słabo niebieskawym zabarwieniem od strony wewnętrznej i czerwonawo brązowym ze strony zewnętrznej . Kolory, zwłaszcza gdy pierścień występuje przy Księżycu, nie są zbyt wyraźne. Pierścień Bishopa powstaje dzięki uginaniu się światła słonecznego lub księżycowego w chmurze drobnego pyłu.

Miraż: inaczej fatamorgana zjawisko powstania pozornego obrazu odległego przedmiotu w wyniku różnych współczynników załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze, a co za tym idzie, gęstości. Miraż dolny obserwuje się pod horyzontem. Decydującym czynnikiem warunkującym jego powstawanie jest dostatecznie silne nagrzanie dużej powierzchni podłoża

Biała Tęcza: jeśli wszystkie kolory tęczy się nałożą, powstanie szeroka biała tęcza. Zjawisko to czasem nazywa się łukiem chmur lub łukiem mgły, gdyż chmury i mgła również składają się z bardzo małych kropelek. Czasami, lecąc samolotem, obserwuje się białą tęczę na gładkiej, jednolitej powierzchni chmur.

Halo: zjawisko optyczne zachodzące w atmosferze ziemskiej na kryształach lodu. Jest to świetlisty, biały lub zawierający kolory tęczy (wewnątrz czerwony, fioletowy na zewnątrz), pierścień widoczny wokół Słońca lub Księżyca. Część nieba wewnątrz kręgu jest wyraźnie ciemniejsza niż na zewnątrz. Zjawisko wywołane jest załamaniem na kryształach lodu i odbiciem wewnątrz kryształów lodu znajdujących się w chmurach pierzastych piętra wysokiego (cirrostratus) lub we mgle lodowej.

POZOSTAŁE CIEKAWE ZJAWISKA OPTYCZNE W ATMOSFERZE:

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.

Promienie słoneczne Strumień fal elektromagnetycznych i cząstek elementarnych (promieniowanie korpuskularne) docierający ze Słońca do Ziemi. Wpływ aktywności Słońca na natężenie promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi jest znacząco mniejszy i średnio w cyklu 11 letnim sięga około 0,1%. Promieniowania słoneczne przechodząc przez atmosferę ulega osłabieniu wskutek procesów absorpcji i rozpraszania.

Zorza polarna

Zjawisko świetlne obserwowane na wysokich szerokościach geograficznych, występuje głównie za kołem podbiegunowym, chociaż w sprzyjających warunkach bywa widoczna nawet w okolicach 50. równoleżnika. Zdarza się, że zorze polarne obserwowane są nawet w krajach śródziemnomorskich. Powstawanie zjawiska związane jest z przepływem prądu w jonosferze na wysokości około 100 km ponad powierzchnią Ziemi w obszarze przenikania pasów radiacyjnych i atmosfery ziemskiej. Podczas rozbłysków Słońce emituje protony o energiach do 1 GeV oraz elektrony o kilka rzędów wielkości mniejszej energii, co wynika z mniejszej masy spoczynkowej tych cząstek.

Zjawiska optyczne w przyrodzie od dawna fascynowały człowieka dotąd także nie znamy sekretów tych dziwnych i równie przepięknych zjawisk!

Najważniejsze prawa rządzące optyką: Prawo odbicia Prawo załamania

Odbicie światła: kąt padania, zawarty pomiędzy prostą prostopadłą a promieniem padającym jest równy kątowi odbicia, który zawiera się między prostą prostopadłą a promieniem odbitym. Promień padający, prosta prostopadła i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie.

Doświadczenie z prawa odbicia

Załamanie światła: stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie. α – kąt padania β – kąt załamania v1 – prędkość światła w ośrodku 1 v2 – prędkość światła w ośrodku 2

Doświadczenie z prawa Załamania