השמש האדומה תזרח. ציור, תיאור

מעבדה מדעית לילדים
ספרייה חינם / מדריך / מעבדת מדע לילדים

השמש האדומה תזרח. מעבדת מדע לילדים

מעבדת מדע לילדים

צבע השמים, צבע השמש והירח, תופעות אופטיות ואקוסטיות רבות נקבעים על ידי העובדה שגלים אלקטרומגנטיים ואלסטיים באורכים שונים מפוזרים באטמוספירה בדרכים שונות, תוך ציית לחוק ריילי.

בקיץ, מעט אנשים רואים את השמש העולה - היא זורחת מוקדם מדי. אבל השקיעות מופיעות לפנינו במלוא הדרו: כדור ענק, המשנה את צבעו מאדום עז לאדום חום, יורד אט אט על פני השמים הכחולים, צובע אותו בגווני צהוב, ירוק וורוד, ונעלם מעבר לאופק... כאשר - האמינו כי לאוויר עצמו יש צבע כחול ולכן האטמוספירה סופגת קרניים אדומות. אבל אז השמש והירח באופק ייראו כחלחלים יותר מאשר בשיא: קרני האור מהן, לפני שהן מגיעות למתבונן, עוברות דרך ככל שעוביו של האוויר גדול יותר, כך האור יורד נמוך יותר. לאחר הופעת התיאוריה האלקטרומגנטית של האור, התברר שגלי האור באטמוספירה חייבים להיות מפוזרים על ידי חלקיקים התלויים באוויר, כמו גלים על מים - אבנים וסלעים שעומדים בדרכם. זה הוצע והוכח בניסוי בשנת 1868 על ידי הפיזיקאי האנגלי ג'יי טינדל. עם זאת, שלוש שנים מאוחר יותר, J.W. Rayleigh הראה כי פיזור האור צריך להתרחש גם באווירה נקייה באופן אידיאלי על חוסר ההומוגניות האופטיות שלו - תנודות בצפיפות. אי-הומוגניות אלו מתעוררות ללא הרף כתוצאה מהצטברות אקראית של מולקולות במהלך תנועתן התרמית ומתמוססות באופן מיידי על מנת להיווצר שוב במקום אחר.

אור העובר דרך חלל או דרך תווך הומוגנית לחלוטין אינו מתפזר: מימדי המולקולות קטנים באלפי מונים מאורך הגל של האור, והאור נע מבלי "להבחין" בהם. חוסר ההומוגניות של המדיום הופכות למעין פריזמות, המפזרות אור ככל שצפיפות האוויר בהן שונה מהערך הממוצע. וכמובן, כמה שיותר אי-הומוגניות כאלה. תווך עם חוסר הומוגניות אופטיות בגודל 0,1-0,2 מאורך הגל הממוצע של האור נקרא עכור.

בתווך עכור, גלי אור באורכים שונים מתפזרים בצורה שונה: קרינת גלים קצרים, החלק הכחול של הספקטרום חזק יותר, גל ארוך, אדום חלש יותר. התלות של הפיזור באורך הגל חזקה מאוד - היא ביחס הפוך לחזק הרביעי של אורך הגל. המשמעות היא שאור כחול, שאורך הגל שלו (0,5 מיקרומטר) קטן פי 1,4 מאורך הגל של האור האדום (0,7 מיקרומטר), מפוזר בתווך עכור ב- (1,4)⁴= חזק פי 4!

השמש האדומה תזרח

גל אלקטרומגנטי, הנופל על מולקולות של חומר, מקיים אינטראקציה עם האלקטרונים שלהם. אלקטרונים הקשורים בצורה כל כך חלשה לאטומים, עד שניתן לעקור אותם באופן ניכר על ידי פעולת הגל (לכן הם נקראים "אלקטרונים אופטיים") חווים תאוצה מחזורית פרופורציונלית לריבוע התדר, ומייצרים שדה מגנטי לסירוגין. בשדה מתעורר גל אלקטרומגנטי משני, שהמשרעת שלו פרופורציונלית לתאוצת האלקטרון, ועוצמתו פרופורציונלית לריבוע המשרעת.

לפיכך, עוצמת האור המשני הנפלט היא פרופורציונלית לחזק הרביעי של תדר האור הנכנס, או - מה שזהה - ביחס הפוך לחזק הרביעי של אורך הגל שלו. קרינה משנית זו היא האור המפוזר בתווך עכור, והתלות של עוצמתה באורך הגל נקראת חוק ריילי.

השמש האדומה תזרח

חלקיקים הגדולים מאורך הגל של האור (0,5-0,7 מיקרומטר) מפזרים את האור בעיקר לכיוון הקרן הפוגעת, והתפלגות עוצמתו הופכת למורכבת למדי.

השמש האדומה תזרח

חלקיקים בגודל של כ-0,1 מיקרומטר מפזרים את האור הנכנס בצורה שווה קדימה ואחורה ובכיוון הרוחבי חלש פי שניים מאשר בכיוון האורך.

מערכת יחסים זו נקראת חוק ריילי. זה מסביר את הצבע האדום של השמש השוקעת, הצבע הכחול של השמים וצבע מי הים (במים רדודים, צהוב, המוחזר מהקרקעית החולית, מתווסף לאור הכחול המפוזר והמים הופכים לירוקים) . מאותה סיבה, נורות אזהרה, פנסי בלמים ושאר סימני סכנה נעשים אדומים (ניתן לראות אותם מרחוק), ופילטר אדום בעדשת המצלמה עוזר בצילום באובך. בתמונות כאלה השמים כהים מאוד, כמעט שחורים, העלווה בהירה ופרטים של עצמים מרוחקים יוצאים די ברורים. (שימו לב שצלמים וצלמים משתמשים במסנן אדום כדי לתאר לילה לאור ירח כאשר הם מצלמים אחר צהריים שטוף שמש בהיר.)

הפילטר הכחול, להיפך, יוצר תחושה של עולם מסתורי החבוי מאחורי צעיף מעורפל בתמונה. במהלך המלחמה הוארו פתחי הבתים בפמפות כחולות - האור שלהם, שהתפוגג במהירות באטמוספירה, לא נראה מהאוויר.

חלקיקים קטנים מאוד מפזרים אור באותה מידה לאורך הקרן הפוגעת וכנגדה, וחלשים פי 2 - בכיוון הניצב. גם רווית הצבע של השמים משתנה בהתאם. כאשר החלקיקים הופכים גדולים יותר, התלות הזו הופכת למורכבת הרבה יותר. האור מתחיל להתפזר בעיקר קדימה, לכיוון האור הנכנס, וגם ההרכב הספקטרלי שלו משתנה. התלות באורך הגל הופכת להיות לא Rapey (Lambda4), אלא ריבועית (Lambda2). ככל שהם הופכים אפילו יותר גדולים, החלקיקים מתחילים לפזר את כל אורכי הגל באופן שווה. זה קורה כאשר אובך קל מתעבה והופך לערפל לבן חלבי. מסיבה זו, פנסי "ערפל" של מכוניות צהוב-כתום לא באמת עובדים בערפל: האור שלהם מפוזר שם כמו לבן. יתרה מכך: באובך חזק הוא הופך לאדמדם, וניתן לבלבל אותו עם האורות האחוריים של מכונית נסוגה (לעיתים עם ההשלכות המצערות ביותר). בערבות ובמדבריות, שמיים לבנבן הם סימן מדאיג. הוא אומר שמגיעה רוח חזקה, הוריקן שמעלה לאוויר ענני חול דק ואבק. ורק גשם, "שוטף" את האוויר, יכול להחזיר את השמיים כחולים. השלט גם הוגן: "הירח הופך לאדום - לרוח ולמזג אוויר גרוע". הרוח מערבבת באינטנסיביות שכבות אוויר בטמפרטורות שונות; מספר התנודות גדל בחדות במקרה זה.

על ידי הגדרת ניסוי פשוט, ניתן לראות כיצד משתנים צבעי האור המועבר והמפוזר (ראה איור). תמיסה חלשה של hyposulfite מוזגת לתוך צנצנת זכוכית. אלומת אור לבן ממקרן שקופיות מועברת דרך כלי וממוקדת על מסך נייר ליצירת מעגל אור. לאחר מכן מוסיפים חומצה הידרוכלורית מדוללת בצורה טיפה לצנצנת (ריכוז התמיסות נבחר באופן אמפירי). לאחר מספר דקות, תוצר התגובה, גופרית מפוזרת דק, יתחיל לנשור מהתמיסה. חלקיקי הגופרית מתגברים, ובמקביל כתם האור על המסך הופך תחילה לצהוב, אחר כך לאדום ולבסוף לארגמן, ומזכיר את השמש השוקעת. התמיסה בכלי, שהייתה שקופה לחלוטין בתחילת הניסוי, מקבלת צבע כחול, שבסופו של דבר הופך לבנבן, כמו ערפל. אם תחכה עד שחלקיקי הגופרית ישקעו לתחתית, התמיסה תהפוך שוב לשקופה, וכתם האור יהפוך לבן.

גלי קול וגלים על המים מתנהגים בצורה דומה: התדרים הנמוכים שלהם גם מפוזרים הרבה יותר חלשים מהגבוהים. תנודות קול מקיימות אינטראקציה עם המדיום בצורה שונה לחלוטין מרעידות אלקטרומגנטיות - הן "מנפות" לא אלקטרונים בודדים במולקולות אוויר, אלא אזורים שלמים בעלי צפיפות מוגברת וחלקיקים התלויים בו. ערפל מתפזר וסופג קול חזק במיוחד. צלילים בערפל נעשים עמומים, נמוכים, וקשה לקבוע מהיכן הם מגיעים.

דברים מעניינים קורים לפעמים עם צליל המוחזר מאובייקטים מרוחקים - הד. ג'יי ריילי חקר את המקרה כאשר קולו של קול שהשתקף מחומת יער אורנים עלה באוקטבה. זה די ברור שתדירות תנודות הקול לא יכולה לעלות רק בגלל השתקפות ממכשול בלתי ניתן להזזה. אבל הקול האנושי, בנוסף לטון היסודי, מכיל צלילים רבים נוספים בתדר גבוה יותר, שבדרך כלל איננו קולטים. עצי אורן, על המחטים הדקות והדלילות שלהם, משמשים כ"מדיום בוצי" לקול, המשדר היטב תדרים נמוכים, ומשקף תדרים גבוהים. רק צלילי קולו חוזרים אל המתבונן, ונראה שכל הצליל הפך לפתע גבוה יותר.

אנשים בעלי תפיסה יצירתית מוגברת - סופרים, משוררים, מלחינים - מודעים היטב לתכונה זו של אקוסטיקה אטמוספרית. בסיפור "דוקטור" של א.פ. צ'כוב יש ביטוי מדהים:

"בזמן הזה נשמעו בבירור מהחצר צלילי תזמורת מנגנת במעגל הדאצ'ה. לא רק חצוצרות, אלא אפילו כינורות וחלילנים נשמעו". באוויר הפתוח ניתן באמת לשמוע את החליל והכינור מרחוק רק בתנאים נוחים במיוחד.

והמלחינים, המתארים את התזמורת הצבאית היוצאת, לא רק מפחיתים את עוצמת הצליל שלה, אלא קודם כל מסירים בהדרגה את כל הצלילים הגבוהים. המוזיקה נעשית שקטה יותר, המנגינה נעלמת בהדרגה, ונשארו רק המקצבים העמומים של תוף הבס והאנחות המתפוגגות של הליקון הבס. הגדוד נעלם... השמש האדומה זורחת...

אור לבן משנה צבע

השמש האדומה תזרח

רבות מהתופעות האופטיות שאנו רואים על בסיס יומי נובעות מהעובדה שאור באורכי גל שונים מתפזר בצורה שונה לאורך דרכו.

השמש ליד האופק - בזריחה ובשקיעה - תמיד אדומה. שמי הערב כחולים או כחולים לעתים רחוקות מאוד - רק כאשר האוויר בשכבת השטח נקי לחלוטין מאבק ולחות. צבעי השחר יוצרים, מתערבבים, גלי אור באורכים שונים המפוזרים באווירה מאובקת.

כדור החלב של המנורה במדרגות הנעות של תחנת המטרו Mayakovskaya וכובע החלב של מנורת השולחן. זכוכית חלבית, המכילה צבע אטום עדין במיוחד, משמשת כ"מדיום בוצי" לאור, ומפזרת בחוזקה את החלק הקצר של הספקטרום. נימה של מנורה לבנה-לוהטת נראה אפוא אדום כהה. שריטות גסות על הזכוכית הקרקע מפזרות גלים אלקטרומגנטיים בכל אורך באופן שווה, וכל כיסוי המנורה זוהר באור לבן.

השמש האדומה תזרח

מחבר: S.Trankovsky

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף מעבדת מדע לילדים:

▪ איך לשמוע את השמש

▪ ברק מתחת למים

▪ סֵיסמוֹגרָף

ראה מאמרים אחרים סעיף מעבדת מדע לילדים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

דרך חדשה לשלוט ולתפעל אותות אופטיים 05.05.2024

עולם המדע והטכנולוגיה המודרני מתפתח במהירות, ובכל יום מופיעות שיטות וטכנולוגיות חדשות שפותחות בפנינו אפשרויות חדשות בתחומים שונים. חידוש אחד כזה הוא פיתוח של מדענים גרמנים של דרך חדשה לשלוט באותות אופטיים, שעלולה להוביל להתקדמות משמעותית בתחום הפוטוניקה. מחקרים אחרונים אפשרו למדענים גרמנים ליצור לוח גלים שניתן לכוונן בתוך מוליך גל סיליקה מאוחה. שיטה זו, המבוססת על שימוש בשכבת גביש נוזלי, מאפשרת לשנות ביעילות את הקיטוב של האור העובר דרך מוליך גל. פריצת דרך טכנולוגית זו פותחת אפשרויות חדשות לפיתוח התקנים פוטוניים קומפקטיים ויעילים המסוגלים לעבד כמויות גדולות של נתונים. הבקרה האלקטרו-אופטית של הקיטוב שמספקת השיטה החדשה יכולה לספק את הבסיס לסוג חדש של התקנים פוטוניים משולבים. זה פותח הזדמנויות גדולות עבור ... >>

מקלדת Primium Seneca 05.05.2024

מקלדות הן חלק בלתי נפרד מעבודת המחשב היומיומית שלנו. עם זאת, אחת הבעיות העיקריות שעמן מתמודדים המשתמשים היא רעש, במיוחד במקרה של דגמי פרימיום. אבל עם מקלדת Seneca החדשה של Norbauer & Co, זה עשוי להשתנות. Seneca היא לא רק מקלדת, היא תוצאה של חמש שנים של עבודת פיתוח ליצירת המכשיר האידיאלי. כל היבט של מקלדת זו, ממאפיינים אקוסטיים ועד מאפיינים מכניים, נשקל ומאוזן בקפידה. אחד המאפיינים המרכזיים של Seneca הוא המייצבים השקטים שלה, הפותרים את בעיית הרעש המשותפת למקלדות רבות. בנוסף, המקלדת תומכת ברוחב מקשים שונים, מה שהופך אותה לנוחה לכל משתמש. למרות ש-Seneca עדיין לא זמין לרכישה, הוא מתוכנן לצאת בסוף הקיץ. Seneca של Norbauer & Co מייצגת סטנדרטים חדשים בעיצוב מקלדת. שֶׁלָה ... >>

המצפה האסטרונומי הגבוה בעולם נפתח 04.05.2024

חקר החלל והמסתורין שלו היא משימה שמושכת את תשומת לבם של אסטרונומים מכל העולם. באוויר הצח של ההרים הגבוהים, הרחק מזיהום האור בעיר, הכוכבים וכוכבי הלכת חושפים את סודותיהם בבהירות רבה יותר. עמוד חדש נפתח בהיסטוריה של האסטרונומיה עם פתיחתו של המצפה האסטרונומי הגבוה בעולם - מצפה הכוכבים אטקמה של אוניברסיטת טוקיו. מצפה הכוכבים אטקמה, הממוקם בגובה של 5640 מטר מעל פני הים, פותח הזדמנויות חדשות עבור אסטרונומים בחקר החלל. אתר זה הפך למיקום הגבוה ביותר עבור טלסקופ קרקעי, ומספק לחוקרים כלי ייחודי לחקר גלי אינפרא אדום ביקום. למרות שהמיקום בגובה רב מספק שמיים בהירים יותר ופחות הפרעות מהאטמוספירה, בניית מצפה כוכבים על הר גבוה מציבה קשיים ואתגרים עצומים. עם זאת, למרות הקשיים, המצפה החדש פותח בפני אסטרונומים אפשרויות מחקר רחבות. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

GPU AMD המהיר ביותר 08.07.2012

AMD הכריזה על יציאתו של המעבד הגרפי AMD Radeon HD 7970 GHz Edition, שלפי בדיקות היצרן הוא המהיר ביותר בשורה.

"מהדורת AMD Radeon HD 7970 GHz משלימה את משפחת ה-GCN GPU עטורת הפרסים שלנו, ומספקת משחקים ברמה עולמית עם פתרון ה-GPU היחיד המהיר ביותר בתעשייה", אמר מאט סקינר, סגן נשיא ומנהל חטיבה של AMD.

כרטיס המסך Radeon HD 7970 GHz Edition כולל 5GB של זיכרון וידאו מהיר GDDR3, טכנולוגיית AMD Eyefinity 2.0, ותומך ב-PCI Express 3.0 ותצורות ריבוי מעבדים המבוססות על טכנולוגיית AMD CrossFire.

כרטיס המסך AMD Radeon HD 7970 GHz Edition יימכר השבוע דרך שותפים כולל Asustek, Gigabyte, HIS, MSI, Sapphire, TUL ו-XFX החל מ-$499.

עוד חדשות מעניינות:

▪ שנת REM מחממת את המוח וחוסכת מהיפותרמיה

▪ אוזניות Logitech G Pro X

▪ סמארטפון HTC EVO 3D

▪ שעון קרדיו ידווח על התקף

▪ מוחו של הכלב מגיב להבעת הפנים של הבעלים

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ מדור האתר טכנולוגיה דיגיטלית. בחירת מאמרים

▪ מאמר פפראצי. ביטוי עממי

▪ מאמר למה אנחנו צריכים מלח? תשובה מפורטת

▪ מאמר חצבת. בריאות

▪ מאמר CD-ROM כנגן אודיו-CD. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר מטען למצברים לרכב. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר