מעבדה מדעית לילדים
למה השמים כחולים? מעבדת מדע לילדים ביום שמש בהיר השמיים מעלינו נראים כחולים בהירים. בערב, השקיעה צובעת את השמיים באדום, ורוד וכתום. למה השמים כחולים? מה הופך שקיעה לאדומה? כדי לענות על שאלות אלו, עליך לדעת מהו אור וממה מורכבת האטמוספירה של כדור הארץ. אטמוספרה האטמוספירה היא תערובת של גזים וחלקיקים אחרים המקיפים את כדור הארץ. האטמוספירה מורכבת בעיקר מגזי חנקן (78%) וחמצן (21%). גז ארגון ומים (בצורת קיטור, טיפות וגבישי קרח) הם הנפוצים הבאים באטמוספירה, ריכוזם אינו עולה על 0,93% ו-0,001%, בהתאמה. האטמוספירה של כדור הארץ מכילה גם כמויות קטנות של גזים אחרים, כמו גם חלקיקים זעירים של אבק, פיח, אפר, אבקה ומלח החודרים לאטמוספירה מהאוקיינוסים. הרכב האווירה משתנה בגבולות קטנים בהתאם למקום, מזג האוויר וכו'. ריכוז המים באטמוספירה גדל במהלך סופות סופות, כמו גם ליד האוקיינוס. הרי געש מסוגלים לזרוק כמויות אדירות של אפר גבוה לאטמוספירה. זיהום טכנוגני יכול להוסיף גם גזים שונים או אבק ופיח להרכב הרגיל של האטמוספירה. צפיפות האטמוספירה בגובה נמוך ליד פני כדור הארץ היא הגבוהה ביותר, עם הגדלת הגובה היא פוחתת בהדרגה. אין גבול ברור בין האטמוספרה לחלל. גלי אור אור הוא סוג של אנרגיה הנישאת על ידי גלים. בנוסף לאור, גלים נושאים סוגים אחרים של אנרגיה, למשל, גל קול הוא רטט אוויר. גל אור הוא תנודה של שדות חשמליים ומגנטיים, טווח זה נקרא הספקטרום האלקטרומגנטי. גלים אלקטרומגנטיים מתפשטים בחלל חסר אוויר במהירות של 299,792 קמ"ש. מהירות ההתפשטות של גלים אלו נקראת מהירות האור.
אנרגיית הקרינה תלויה באורך הגל ובתדירותו. אורך הגל הוא המרחק בין שתי הפסגות (או השקות) הקרובות ביותר של גל. תדירות הגל היא מספר תנודות הגל בשנייה. ככל שהגל ארוך יותר, כך תדירותו נמוכה יותר, והוא נושא פחות אנרגיה. צבעים בהירים גלויים האור הנראה הוא החלק בספקטרום האלקטרומגנטי שהעיניים שלנו יכולות לראות. האור הנפלט מהשמש או מנורת ליבון עשוי להיראות לבן, אך הוא למעשה תערובת של צבעים שונים. ניתן לראות את הצבעים השונים של ספקטרום האור הנראה על ידי פירוקו למרכיביו באמצעות פריזמה. ניתן לצפות בספקטרום זה גם בשמים בצורה של קשת בענן, המתרחשת עקב שבירת אור השמש בטיפות מים, הפועלת כמנסרה ענקית אחת.
צבעי הספקטרום מעורבים, עוברים ללא הרף אחד לתוך השני. בקצה אחד של הספקטרום הוא אדום או כתום. צבעים אלה דוהים לצהוב, ירוק, כחול, אינדיגו וסגול. לצבעים יש אורכי גל שונים, תדרים שונים ואנרגיות שונות. התפשטות האור באוויר האור עובר בחלל בקו ישר כל עוד אין מכשולים בדרכו. כאשר גל אור חודר לאטמוספירה, האור ממשיך להתפשט בקו ישר עד שמולקולות אבק או גז מפריעות לו. במקרה זה, מה שקורה לאור יהיה תלוי באורך הגל שלו ובגודל החלקיקים בדרכו. חלקיקי אבק וטיפות מים גדולים בהרבה מאורך הגל של האור הנראה. האור מוחזר לכיוונים שונים כאשר הוא מתנגש בחלקיקים הגדולים הללו. צבעים שונים של אור נראה משתקפים באופן שווה על ידי חלקיקים אלה. האור המוחזר נראה לבן מכיוון שהוא עדיין מכיל את אותם הצבעים שהיו לו לפני שהושתקף. מולקולות הגז קטנות מאורך הגל של האור הנראה. אם גל אור מתנגש בהם, אז התוצאה של ההתנגשות יכולה להיות שונה. כאשר האור מתנגש במולקולה של גז כלשהו, חלק ממנו נספג. מעט מאוחר יותר, המולקולה מתחילה לפלוט אור לכיוונים שונים. צבע האור הנפלט הוא אותו צבע שנקלט. אבל צבעים באורכי גל שונים נספגים בצורה שונה. כל הצבעים יכולים להיספג, אבל תדרים גבוהים יותר (כחול) נספגים הרבה יותר מתדרים נמוכים יותר (אדום). תהליך זה נקרא פיזור ריילי, על שמו של הפיזיקאי הבריטי ג'ון ריילי, שגילה את תופעת הפיזור הזו בשנות ה-1870 של המאה ה-XNUMX. למה השמיים כחולים? השמיים כחולים בגלל פיזור ריילי. כאשר האור עובר באטמוספרה, רוב אורכי הגל הארוכים של הספקטרום האופטי עוברים ללא שינוי. רק חלק קטן של צבעים אדום, כתום וצהוב מקיים אינטראקציה עם האוויר. עם זאת, אורכי גל קצרים רבים יותר של אור נספגים על ידי מולקולות גז. לאחר הקליטה, הצבע הכחול נפלט לכל הכיוונים. הוא מפוזר בכל השמים. בכל כיוון שתסתכלו, חלק מהאור הכחול המפוזר הזה מגיע אל המתבונן. מכיוון שאור כחול נראה בכל מקום מעל, השמיים נראים כחולים.
אם תסתכל לכיוון האופק, השמיים יהיו בעלי גוון חיוור יותר. זאת תוצאה של העובדה שהאור עובר מרחק גדול יותר באטמוספירה אל המתבונן. האור המפוזר שוב מתפזר על ידי האטמוספירה, וכחול פחות מגיע לעיני המתבונן. לכן, צבע השמים ליד האופק נראה חיוור יותר או אפילו נראה לבן לחלוטין.
שמיים שחורים ושמש לבנה מכדור הארץ, השמש נראית צהובה. אם היינו בחלל או על הירח, השמש הייתה נראית לנו לבנה. אין אטמוספירה בחלל המפזרת אור שמש. בכדור הארץ, חלק מאורכי הגל הקצרים של אור השמש (כחול וסגול) נספגים בפיזור. שאר הספקטרום נראה צהוב. כמו כן, בחלל השמיים נראים כהים או שחורים במקום כחולים. זוהי תוצאה של היעדר אווירה, ומכאן שהאור אינו מתפזר בשום אופן.
למה השקיעה אדומה? כשהשמש שוקעת, אור השמש צריך לעבור מרחק גדול יותר באטמוספירה כדי להגיע למתבונן, ולכן יותר אור שמש מוחזר ומתפזר על ידי האטמוספירה. מכיוון שפחות אור ישיר מגיע אל הצופה, השמש נראית פחות בהירה. גם צבע השמש נראה שונה, החל מכתום לאדום. זאת בשל העובדה שצבעים קצרי גל עוד יותר, כחולים וירוקים, מפוזרים. נותרו רק מרכיבי אורך הגל הארוכים של הספקטרום האופטי, המגיעים לעיני המתבונן.
ניתן לצבוע את השמים סביב השמש השוקעת בצבעים שונים. השמיים הכי יפים כשהאוויר מכיל הרבה חלקיקים קטנים של אבק או מים. חלקיקים אלה מחזירים אור לכל הכיוונים. במקרה זה, מפוזרים גלי אור קצרים יותר. המתבונן רואה קרני אור בעלות אורכי גל ארוכים יותר, וכך השמיים נראים אדומים, ורודים או כתומים. עוד על האווירה מהי אווירה? האטמוספירה היא תערובת של גזים וחומרים אחרים המקיפים את כדור הארץ, בצורה של מעטפת דקה, שקופה ברובה. האטמוספירה מוחזקת במקומה על ידי כוח הכבידה של כדור הארץ. המרכיבים העיקריים של האטמוספירה הם חנקן (78,09%), חמצן (20,95%), ארגון (0,93%) ופחמן דו חמצני (0.03%). האטמוספירה מכילה גם כמויות קטנות של מים (במקומות שונים הריכוז שלה נע בין 0% ל-4%), חלקיקים מוצקים, גזים ניאון, הליום, מתאן, מימן, קריפטון, אוזון וקסנון. המדע החוקר את האטמוספירה נקרא מטאורולוגיה. החיים על פני כדור הארץ לא היו אפשריים ללא נוכחות של אטמוספירה, המספקת את החמצן שאנו צריכים לנשימה. בנוסף, האטמוספירה מבצעת תפקיד חשוב נוסף - היא משווה את הטמפרטורה בכל כדור הארץ. אם לא הייתה אטמוספירה, אז במקומות מסוימים על פני כדור הארץ יכול להיות חום רוחש, ובמקומות אחרים קור קיצוני, טווח הטמפרטורות יכול לנוע מ-170 מעלות צלזיוס בלילה ל-120 מעלות צלזיוס ביום. האטמוספירה גם מגנה עלינו מפני קרינה מזיקה מהשמש ומהחלל, סופגת ומפזרת אותה. מתוך הכמות הכוללת של אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ, כ-30% משתקפים מעננים ומשטח כדור הארץ בחזרה לחלל. האטמוספירה סופגת כ-19% מקרינת השמש, ורק 51% נספגים על ידי פני כדור הארץ. לאוויר יש משקל, למרות שאנחנו לא מבינים אותו, ולא מרגישים את הלחץ של עמוד האוויר. בגובה פני הים, לחץ זה הוא אטמוספירה אחת, או 760 מ"מ כספית (1013 מיליבר או 101,3 קילו-פס"א). ככל שהגובה עולה, הלחץ האטמוספרי יורד במהירות. הלחץ יורד בפקטור של 10 על כל 16 ק"מ בגובה. המשמעות היא שבלחץ של 1 אטמוספירה בגובה פני הים, בגובה 16 ק"מ, הלחץ יהיה 0,1 אטמוספירה, ובגובה 32 ק"מ - 0,01 אטמוספירה. צפיפות האטמוספירה בשכבותיה הנמוכות ביותר היא 1,2 ק"ג/מ"ק. כל סנטימטר מעוקב של אוויר מכיל כ-3*2,7 מולקולות. בגובה פני הקרקע, כל מולקולה נעה במהירות של כ-1019 קמ"ש, תוך התנגשות במולקולות אחרות בקצב של 1600 מיליארד פעמים בשנייה. גם צפיפות האוויר יורדת במהירות עם הגובה. בגובה של 3 ק"מ צפיפות האוויר יורדת ב-30%. אנשים החיים ליד פני הים חווים בעיות נשימה זמניות כשהם מועלים לגובה זה. הגובה הגבוה ביותר שבו אנשים חיים דרך קבע הוא 4 ק"מ. מבנה האווירה האטמוספירה מורכבת משכבות שונות, החלוקה לשכבות אלו מתרחשת על פי הטמפרטורה, ההרכב המולקולרי והתכונות החשמליות שלהן. לשכבות אלו אין גבולות בולטים, הן משתנות עונתיות, ובנוסף, הפרמטרים שלהן משתנים בקווי רוחב שונים.
הפרדת האטמוספרה לשכבות בהתאם להרכב המולקולרי שלהן
הטרוספירה
הפרדת האטמוספרה לשכבות בהתאם לתכונות החשמליות שלהן אווירה ניטרלית
יונוספירה
מגנטוספירה הוא החלק העליון של היונוספירה, המשתרע על כ-70000 ק"מ, גובה זה תלוי בעוצמת רוח השמש. המגנטוספירה מגינה עלינו מפני החלקיקים הטעונים באנרגיה גבוהה של רוח השמש על ידי שמירתם בשדה המגנטי של כדור הארץ. הפרדת האטמוספרה לשכבות בהתאם לטמפרטורות שלהן גובה הגבול העליון של הטרופוספירה תלוי בעונות השנה ובקו הרוחב. הוא משתרע מפני השטח של כדור הארץ עד לגובה של כ-16 ק"מ בקו המשווה, ולגובה של 9 ק"מ בקוטב הצפוני והדרומי. הקידומת "טרופו" פירושה שינוי. השינוי בפרמטרים של הטרופוספירה מתרחש עקב תנאי מזג האוויר - למשל, עקב תנועת חזיתות אטמוספריות. ככל שהגובה עולה, הטמפרטורה יורדת. אוויר חם עולה, ואז מתקרר ויורד בחזרה לכדור הארץ. תהליך זה נקרא הסעה, הוא מתרחש כתוצאה מתנועה של מסות אוויר. הרוחות בשכבה זו נושבות בעיקר אנכית. שכבה זו מכילה יותר מולקולות מכל שאר השכבות גם יחד. סטרטוספרה - משתרע בקירוב מגובה של 11 ק"מ עד 50 ק"מ.
מזוספרה - משתרע לגבהים של כ-100 ק"מ.
אקסוספירה - משתרע על פני מאות קילומטרים מעבר לתרמוספירה, עובר בהדרגה לחלל החיצון.
ניסויים עם אור הניסוי הראשון - פירוק האור לספקטרום לניסוי זה תצטרך:
כיצד לבצע ניסוי:
מה קורה: המים והמראה פועלים כמו פריזמה, מפצלים את האור לספקטרום הצבעים שלו. זה קורה בגלל שקרני האור העוברות ממדיום אחד (אוויר) למשנהו (מים) משנות את המהירות והכיוון שלהן. תופעה זו נקראת שבירה. צבעים שונים נשברים בצורה שונה, קרניים סגולות מואטות יותר ומשנות את כיוונן חזק יותר. קרניים אדומות מאטות ומשנות את כיוונן במידה פחותה. האור מחולק לצבעים המרכיבים אותו ונוכל לראות את הספקטרום. דוגמנות את השמיים בצנצנת זכוכית חומרים הדרושים לניסוי:
עריכת ניסוי:
מה שקורה בניסוי הזה הוא שחלקיקים קטנים של חלב התלויים במים מפזרים את האור המגיע מפנס באותו אופן שבו חלקיקים ומולקולות באוויר מפזרים את אור השמש. כאשר הזכוכית מוארת מלמעלה, המים נראים כחלחלים בשל העובדה שהצבע הכחול מפוזר לכל הכיוונים. כאשר מסתכלים ישירות על האור מבעד למים, הפנס נראה אדום, שכן חלק מהקרניים הכחולות הוסרו עקב פיזור האור. ערבוב צבעים יהיה עליך:
כיצד לבצע ניסוי:
הסבר על התופעה שנראתה: הצבעים שצובעים את הסקטורים בדיסק הם המרכיבים העיקריים של צבעי האור הלבן. כשהדיסק מסתובב מהר מספיק, נראה שהצבעים משתלבים והדיסק נראה לבן. נסה להתנסות בשילובי צבעים אחרים. פרסום: the-mostly.ru אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף מעבדת מדע לילדים: ראה מאמרים אחרים סעיף מעבדת מדע לילדים. תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה. חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה: מכונה לדילול פרחים בגנים
02.05.2024 מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם
02.05.2024 מלכודת אוויר לחרקים
01.05.2024
עוד חדשות מעניינות: ▪ חיישן תמונה של Sony IMX224MQV עם רגישות אור שוברת שיא ▪ שבב מחשב הניתן לאימון שעובד כמו מוח ▪ סוללות דקות גמישות על בסיס ניקל פלואוריד עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה
חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית: ▪ קטע של אתר Radio Control. בחירת מאמרים ▪ מאמר הבטחת בטיחות בדרכים. יסודות חיים בטוחים ▪ מאמר אילו חרקים מסוגלים להתנהג כמו קמיקזה כדי להגן על ביתם? תשובה מפורטת ▪ כתבת קשת מצרית. אגדות, טיפוח, שיטות יישום ▪ מאמר מקלט רדיו KR8068 (על השבב CXA1191M). אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל ▪ כתבה ממיר דופק, 12/220 וולט 100 וואט. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל כל השפות של דף זה בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר www.diagram.com.ua |