Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Nazwa szkoły: Zespół Szkół Chemicznych w Poznaniu ID grupy: 97\39_MF_G2 Kompetencja: Matematyka i fizyka Temat projektowy: Zjawiska optyczne (świetlne) w atmosferze. Semestr II/rok szkolny 2009/2010

Zjawisko optyczne Przyroda, która stworzyła najpiękniejsze góry świata nie poskąpiła nam też innych doznań, które nie istotne w zwykłej szarej codzienności. Cóż znaczy tęcza, albo zachód słońca nad wieżowcami, kto fascynuje się burzą stojąc w ulicznym korku, lub poranną rosą na osiedlowym trawniku? Na przykład w górach można spotęgować swoje doznania upajając się nie tylko pięknymi widokami, ale także niesamowitymi zjawiskami meteo na ich tle. W ścisłej łączności z chmurami obserwowane są w atmosferze różne zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska te nie mają znaczenia praktycznego, jednak dostarczają pewnych wiadomości o charakterze chmur, w których są obserwowane. Są one wywołane odbiciem, załamaniem, ugięciem i interferencją światła słonecznego lub księżycowego w chmurowych kropelkach wody lub kryształkach lodu. Niektóre z nich powtarzają się bardzo często, inne są wielką rzadkością i trzeba mieć dużo szczęścia, aby je zobaczyć.

Nazwą tą obejmujemy całą grupę skomplikowanych zjawisk optycznych w atmosferze, uwarunkowanych załamaniem i odbiciem światła w kryształach lodu, z których zwykle składają się górne warstwy chmur. Najczęściej widuje się małe halo, w postaci pierścieni wokół Słońca lub Księżyca Halo

halo Najbardziej znanym przykładem dużego halo jest słynne, często powtarzające się widmo Brockenu. Halo tu przybiera postać kilku gigantycznych pierścieni utworzonych wokół Słońca z sylwetkami obserwatorów na tle zachmurzonego nieba, przy czym obrazy obserwatorów rozrastają się w ogromne cienie, powtarzające wiernie wszystkie ich ruchy. Halo może być obserwowane o każdej porze roku. Zjawisko to jest generowane przez chmury wysokie, które zwykle poprzedzają front ciepły.

tęcza Tęcza – zjawisko optyczne i meteorologiczne występujące w postaci charakterystycznego wielobarwnego łuku, widocznego gdy Słońce oświetla krople wody w ziemskiej atmosferze. Często obserwuje się drugą tęczę wtórna, współśrodkową względem pierwszej tęczy - głównej, o promieniu kątowym około 52° i o odwrotnym rozkładzie barw.

Tęcza W dawnych czasach, gdy ludzie jeszcze bardzo mało wiedzieli o otaczającym ich świecie, traktowali tęczę jako "znak niebios". I tak starożytni Grecy myśleli, że tęcza to uśmiech bogini Iris. Pomimo faktu, że w tęczy występuje niemal ciągłe widmo kolorów, tradycyjnie uznaje się, że kolorami tęczy są: czerwony (na zewnątrz łuku), pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy (wewnątrz łuku). Maria Konopnicka napisała wiersz zatytułowany Tęcza: A kto ciebie, śliczna tęczo, Siedmiobarwny pasie, Wymalował na tej chmurce Jakby na atłasie? [...]

Burza – co to jest? Szybki rozwój ogromnych gęstych chmur burzowych (tzw. Cumulonimbusy) o wysokości 10-16 km i szerokości ok. 8 km i wilgotny chłodny wiatr, zwiastujący zbliżającą się burzę. Na całym świecie w tym samym czasie ma miejsce około 1800 burz i ok. 100 wyładowań w ciągu sekundy

Burza – jak powstaje? Powietrze w górnych warstwach atmosfery jest o wiele zimniejsze niż przy powierzchni Ziemi. Ciepłe powietrze jest lżejsze od zimnego, więc unosi się do góry. W trakcie wznoszenia powietrze się rozpręża, a przy rozprężaniu wszystkie gazy bardzo się ochładzają. Wznoszące się powietrze w trakcie rozprężania staje się chłodniejsze od otoczenia, a więc cięższe i opada na dół.

Zasady bezpieczeństwa podczas burzy -należy pozostawać w domu podczas burzy i nie wychodzić chyba że jest to naprawdę konieczne, - trzymaj się z daleka od piecy, wentylatorów i innych urządzeń elektrycznych podłączonych do prądu, - nie używaj telefonu komórkowego, - nie używaj przedmiotów takich jak wędki, kije golfowe, - nie przenoś łatwopalnych materiałów w otwartych pojemnikach, - nie przebywaj w wodzie jak i w małych łódkach, - zostań w samochodzie gdy jesteś w trakcie podróży, - poszukaj schronienia w budynku, jaskini, kanionie, - trzymaj się z dala od obiektów metalowych, pozbądź się metalowych przedmiotów jakie masz ze sobą, - osoby przebywające w większej grupie powinny się rozproszyć, - w żadnym wypadku nie kładź się na ziemi.

GLORIA Gloria podobna jest do wieńca, jednak powstaje nie dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu, położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to występuje na chmurach, położonych na wprost przed obserwatorem, albo niżej od niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy.    

GLORIA Gloria powstaje wskutek ugięcia się światła, uprzednio odbitego od kropelek chmur, tak że powraca ono od chmur w tym samym kierunku, w jakim na nie padało. Uwaga. Jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora, jego cień wydaje się bardzo duży; nazywa się to wówczas zjawiskiem Brockena, niezależnie od tego czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony barwną glorią

ZIELONY BŁYSK   Zjawisko jest bardzo trudne do zaobserwowania z powodu bardzo krótkiego czasu trwania. Występuje nad wschodzącym lub zachodzącym słońcem. Jest spowodowany załamywaniem promieni słonecznych. Atmosfera ziemska, tak jak pryzmat, rozszczepia białe światło słoneczne na szereg barw. Najmniej rozpraszany jest kolor czerwony a najbardziej kolor niebieski i fioletowy. Kiedy atmosfera ziemska jest wyjątkowo czysta i spokojna, zielony błysk światła nad brzegiem zachodzącego słońca, znajdującego się blisko odległego horyzontu, może być obserwowany tylko przez sekundy.

ZIELONY BŁYSK Na Saharze zdarza się, że traw nawet kilka minut. Jeszcze trudniej zaobserwować niebieski błysk, gdyż wtedy nie może dojść do rozproszenia i osłabienia załamanego niebieskiego światła. Załączone zdjęcie  wykonał Mario Cogo w pobliżu Roques de los Muchachos (2400 m n.p.m) La Palma na Wyspach Kanaryjskich w październiku 2001 roku

POŚWIATA Naszą planetę można także badać, obserwując Księżyc. Grupa naukowców z New Jersey Institute of Technology kierowana przez Philipa R. Goode'a robiła to przez 200 nocy i mierzyła poświatę Ziemi widoczną na ciemnej części tarczy Księżyca. Obserwatorzy stwierdzili, że odbijanie światła słonecznego od naszej planety nie jest stałe i osłabło niemal o 2.5% w porównaniu z wynikami pomiarów sprzed pięciu lat. Stwierdzono też duży wpływ fal oceanicznych na poświatę.

POŚWIATA Wielkie grzywacze odbijają około 15 TW mocy światła (0.03 W/m2) - to już jest wpływ na klimat porównywalny z efektem cieplarnianym! Autorzy tych badań, opublikowanych w numerach Geopysicall Research Lettesrs z 15 kwietnia i 1 maja 2001 r, twierdzą, że uzyskane rezultaty należy uwzględnić w modelach klimatu Ziemi. 

ZORZA POLARNA To niezwykle piękne, a zarazem niepokojące zjawisko. Niepokoi ono również naukowców, którzy wciąż dokładnie nie wiedzą, jak zorze powstają. Wiadomo tylko tyle, że przyczyną jest wiatr słoneczny, zatrzymywany w rozciągliwym magnetycznym ogonie ciągnącym się na setki tysięcy kilometrów w nocnym cieniu naszego globu

ZORZA POLARNA Co jakiś czas ogon ten staje się zbyt rozciągnięty i jak napięta gumka wraca, wystrzeliwując w kierunku Ziemi cały przechowywany ładunek protonów i elektronów.  Zjawisko to trwa to od 10 minut do kilku godzin, w czasie których na ziemskich biegunach pojawiają się zorze. Światło jest skutkiem zderzeń rozpędzonych cząstek z atomami atmosferycznych gazów.

ZJAWISKO BROCKENEU Jest zjawiskiem świetlnym rzadko występującym w atmosferze ziemskiej. Powstaje w górach, przy niskim położeniu Słońca nad horyzontem, gdy powiększony do nadnaturalnej wielkości cień obserwatora pojawia się na rozpostartych wprost przed nim, albo niżej od niego chmurach warstwowych, zalegających w dolinach (tzw. morze chmur, morze mgieł).

ZJAWISKO BROCKENU Inaczej mówiąc, obiekt znajdujący się pomiędzy Słońcem, a spełniającymi rolę potężnego ekranu chmurami, rzuca cień wnikający głęboko w chmury. Cień często otoczony jest barwną aureolą. Jeżeli w "widowisku" bierze udział kilka osób, to każda z nich widzi jedynie swoją aureolę.

IRYZACJA To tęczowe barwy powstające czasem na powierzchni przezroczystych ciał w wyniku interferencji światła (oświetlenia światłem białym, przez co uzyskuje się wygaszenie pewnych, oraz wzmocnienie innych barw. Obserwuje się je, jako mieniące się, tęczowe plamy barwne na wodzie.

IRRYZACJA Układy barw przeważnie zielonych i różowych, często o odcieniach pastelowych, są obserwowane na chmurach. Barwy te bywają niekiedy pomieszane, niekiedy zaś w postaci smug prawie równoległych do brzegów chmur. Barwy iryzacji są często błyszczące i przypominają kolor masy perłowej.

PARHELIUM Czyli Słońce pozorne - zaobserwować można podczas bezwietrznej pogody przy niskim położeniu słońca, kiedy znaczna część kryształków lodu rozmieszczona jest w powietrzu w ten sposób, że ich osie główne znajdują się w pozycji pionowej i graniastosłupy opadają powoli niczym maleńkie spadochroniki.

ZACHÓD SŁOŃCA Moment przejścia Słońca pod horyzont. Czas przejścia, wyrażony w czasie lokalnym, zależy od pory roku i szerokości geograficznej. W astronomii zachód oznacza przejście ciała niebieskiego (np. gwiazdy, planety lub satelity) pod linię horyzontu.

WSCHÓD SŁOŃCA Początek dnia. Moment, w którym górna połowa tarczy słonecznej przekracza linię horyzontu. Położenie punktów wschodu i zachodu Słońca na horyzoncie zmienia się codziennie, a czas i miejsce wschodu Słońca jest inne dla każdego miejsca na świecie. Zależy zawsze od pory roku oraz równoleżnika i południka, na którym dany punkt się znajduje.

AUREOLA Obserwując tęczę na łące zauważymy zadziwiającą bezbarwną świetlną aureolę. Nie jest to złudzenie optyczne, ani zjawisko kontrastu. Gdy cień pada na drogę, aureola zniknie. ważną rolę odgrywają tu krople rosy, gdy bowiem znika rosa, zanika również samo zjawisko. W rzeczywistości ma ono lekki odcień zielonkawy, ale w zasadzie jest koloru białego, podobnie jak światło odbite w jednym kierunku, od gładkich kolorowych powierzchni, np. od zielonej lub żółtej tablicy szkolnej.

WIENIEC Wieniec jest to jedna lub kilka (rzadko więcej niż trzy) serii barw pierścieni o stosunkowo małym promieniu, otaczających bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (lub sztucznego źródła światła). W każdej serii pierścień wewnętrzny jest fioletowy lub niebieski, a pierścień zewnętrzny - czerwony; między nimi mogą występować inne barwy. Najbardziej wewnętrzna seria, mająca promień na ogół nie większy niż 5 stopni i nosząca nazwę aureoli, wykazuje zwykle wyraźny pierścień zewnętrzny o czerwonawej lub kasztanowej barwie

WIENIEC Wieńce wywołane są ugięciem światła w znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach, zbudowanych z drobnych, jednorodnych kropelek wody, zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste - Cirrocumulus, Altocumulus i Stratocumulus.

FATAMORGANA Powstawanie pozornego obrazu odległego przedmiotu w wyniku różnych współczynników załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze, a co za tym idzie, gęstości. Początkowo fatamorganą nazywano miraże pojawiające się w Cieśninie Mesyńskiej, gdzie są one najefektowniejsze.

FATAMORGANA W Polsce pojawiają się na Pustyni Błędowskiej oraz na Wyżynie Śląskiej. Miraże dzielą się na 2 rodzaje : Miraż dolny – powstaje przy dużym nagrzaniu powierzchni ( np. asfaltowa szosa.) , Miraż górny - to zjawisko załamania występujące wielokrotnie w kolejnych warstwach powietrza, powodujące że światło rozchodzi się po linii krzywej.

PRAWO SNELLIUSA Jest prawo fizyki opisujące zmianę kierunku biegu promienia światła przy przejściu przez granicę między dwoma ośrodkami przeźroczystymi o różnych współczynnikach załamania. Prawo odkrył holenderski astronom i matematyk Willebrord Snell w 1621 roku i na jego cześć nadano nazwę prawu.

DYSPERSJA ŚWIATŁA Inaczej rozszczepienie światła to zjawisko rozkładu światła na składowe barwne. W większości urządzeń optycznych takich jak obiektywy, aparaty fotograficzne, lunety, lornetki i mikroskopy rozszczepienie światła jest zjawiskiem niekorzystnym prowadzącym do powstawania aberracji chromatycznej. W spektrometrach i spektrografach zjawisko to wykorzystuje się do analizy widmowej.

PRAWO ODBICIA ŚWIATŁA Gdy światło pada na granicę dwóch ośrodków, to ulega odbiciu zgodnie z prawem odbicia, które mówi, że jeśli kąt padania i kąt odbicia leżą w jednej płaszczyźnie, to kąt padania jest równy kątowi odbicia: α= α . Dzięki zjawisku odbicia widzimy nasze otoczenie. Wszystkie przedmioty odbijają światło, które trafia do naszych oczu z informacją o wyglądzie tych ciał.