Явления природы с точки зрения физики

Красивые загадочные явления природы сопровождают нас еще с детства, для кого-то это прекрасный закат с красным солнцем, а для кого-то — осенние долгие ночные дожди. Кто-то восторгается инеем или росой, а кто-то купается в мягком снеге. Однако порой природа балует настолько необычными явлениями, что некоторые из них буквально завораживают, а некоторые — даже могут напугать кого-то. Чаще всего мы просто любуемся ими и восхищаемся. В данной работе рассмотрены некоторые природные явления

Глава I. Земная атмосфера, как оптическая система 4

1. Полярное сияние 4
2. Гало 5
3. Глория 7
4. Радуга 7

Глава II. Эксперимент. Эффект радуги в домашних условиях 9

Список используемых источников 12

Приложение 1 13

Приложение 2 15

Красивые загадочные явления природы сопровождают нас еще с детства, для кого-то это прекрасный закат с красным солнцем, а для кого-то — осенние долгие ночные дожди. Кто-то восторгается инеем или росой, а кто-то купается в мягком снеге. Однако порой природа балует настолько необычными явлениями, что некоторые из них буквально завораживают, а некоторые — даже могут напугать кого-то. Чаще всего мы просто любуемся ими и восхищаемся.

В этом учебном году я начала изучать новый предмет – физика. Физика – это наука о природе, и изменениях, которые в ней происходят. И мне стало интересно, как же физика объясняет эти загадочные природные явления.

Явления бывают нескольких видов: механические, тепловые, электрические, но меня больше всего заинтересовали оптические.

Цель работы: рассмотреть с научной точки зрения загадочные оптические природные явления.

• изучить литературу об оптических природных явлениях;
• описать возникновение световых явлений:
• получить экспериментальным путем эффект радуги.

Основные методы, которые я использовала – изучение литературы, наблюдение, эксперимент.

Глава I. Земная атмосфера, как оптическая система

Наша планета окружена газовой оболочкой, которую мы называем атмосферой. Обладая наибольшей плотностью у земной поверхности и постепенно разрежаясь с поднятием вверх, она достигает толщины более сотни километров. Атмосфера земли находится в постоянном движении. Под воздействием различных факторов, её слои перемешиваются, меняют плотность, температуру, прозрачность, перемещаются на большие расстояния с различной скоростью.[2]

Для лучей света, идущих от солнца или других небесных светил, земная атмосфера представляет собой своеобразную оптическую систему с постоянно меняющимися параметрами. Оказываясь на их пути, она и отражает часть света, рассеивает его, пропускает его сквозь всю толщу атмосферы, обеспечивая освещённость земной поверхности, в определённых условиях, разлагает его на составляющие и искривляет ход лучей, вызывая, тем самим, различные атмосферные явления. Наиболее необычные красочные из них это северное сияние, гало, глория, радуга.

Одним из красивейших оптических явлений природы является полярное сияние[Пр. №1].

В большинстве случаев полярные сияния имеют зеленый или сине-зеленый оттенок с изредка появляющимися пятнами или каймой розового или красного цвета.

Полярные сияния наблюдают в двух основных формах – в виде лент и в виде облакоподобных пятен. Когда сияние интенсивно, оно приобретает форму лент. Теряя интенсивность, оно превращается в пятна. Ленты как бы висят в темном пространстве неба, напоминая гигантский занавес или драпировку, протянувшуюся обычно с востока на запад на тысячи километров. Высота этого занавеса составляет несколько сотен километров, толщина не превышает нескольких сотен метров, причем он так нежен и прозрачен, что сквозь него видны звезды. Нижний край занавеса довольно резко и отчетливо очерчен и часто подкрашен в красный или розоватый цвет, напоминающий кайму занавеса, верхний – постепенно теряется в высоте и это создает особенно эффектное впечатление глубины пространства.[7]

Различают четыре типа полярных сияний: однородная дуга, лучистая дуга, лучистая полоса, шквалами.

По яркости сияния разделяют на четыре класса, отличающиеся друг от друга на один порядок (то есть в 10 раз). К первому классу относятся сияния, еле заметные и приблизительно равные по яркости Млечному Пути, сияние же четвертого класса освещают Землю так ярко, как полная Луна.

Надо отметить, что возникшее сияние распространяется на запад со скоростью 1 км/сек. Верхние слои атмосферы в области вспышек сияний разогреваются и устремляются вверх. Во время сияний в атмосфере Земли возникают вихревые электрические токи, захватывающие большие области. Они возбуждают дополнительные неустойчивые магнитные поля, так называемые магнитные бури. Во время сияний атмосфера излучает рентгеновские лучи, которые являются результатом торможения электронов в атмосфере.[7]

Интенсивные вспышки сияния часто сопровождаются звуками, напоминающими шум, треск. Полярные сияния вызывают сильные изменения в ионосфере, что в свою очередь влияет на условия радиосвязи. В большинстве случаев радиосвязь значительно ухудшается. Возникают сильные помехи, а иногда полная потеря приема.[1]

Гало (от греч. «галос» — «круг», «диск») — белые или радужные световые дуги и окружности вокруг диска Солнца или Луны [Пр. №1] . Они возникают вследствие преломления или отражения света находящимися в атмосфере кристаллами льда или снега. При некоторых условиях атмосфера бывает насыщена мелкими кристаллами, многие грани которых образуют прямой угол с плоскостью, проходящей через Солнце, наблюдателя и эти кристаллы. Такие грани отражают поступающие лучи света с отклонением на 22°, образуя красноватое с внутренней стороны гало, но оно может состоять и из всех цветов спектра.[6]

Изредка ледяные кристаллы, составляющие облака, располагаются так, что отдельные участки гало светятся более ярко, образуя паргелии (от греч. «пара» — «возле» и «гелиос» — «солнце») — ложные солнца. Ложное солнце — оптическое природное явление. Возникает это явление в ясную погоду с появлением на небе тонких перистых облаков. Состоящие из большого количества мелких ледяных кристаллов (располагаются перистые облака на высоте более 6 км) они преломляют солнечные лучи и создают в атмосфере тот же эффект, что и зеркальная поверхность чистой воды или гладкого льда. Наблюдатель на земле видит, проходящий через солнце, обычно хорошо различимый, с расплывчатыми очертаниями белый круг, лежащий параллельно горизонту. Справа и слева от солнца на этом круге могут быть видны яркие пятна, напоминающие солнечный диск, или побочные солнца.[7]

Иногда в тихую погоду на закате или на восходе можно заметить по обе стороны от Солнца столбы света, как бы вздымающиеся к небу из-под Земли. Это лучи, отражённые от вертикально расположенных ледяных кристаллов, из которых образуются медленно опускающиеся перистые облака. Отдельные участки столбов бывают порой настолько яркими, что тоже создают ложные солнца. В сильный мороз такие столбы предвещают дальнейшее понижение температуры.[4]

Часто, взглянув на Луну, просвечивающую через перистые облака или прозрачную дымку, можно увидеть, что её диск окружён небольшими радужными кольцами. Эти кольца называют венцами . Они образуются вследствие дифракции света на мельчайших капельках воды. Чем крупнее капли, тем меньше диаметр венцов.[3]

Издавна люди подметили, что малые венцы предвещают дождь, а большие — улучшение погоды. А ещё в народе об этом явлении говорят «месяц в тереме».

Венцы видны и вокруг Солнца, но яркий свет дневного светила затрудняет их обнаружение.

Латинское gloria (ореол), дало имя еще одному удивительному атмосферному явлению – разноцветным кольцам вокруг тени наблюдающего, отбрасываемой на облако, обогащенное каплями воды. Глорию сравнивают с радугой в миниатюре [Пр. №1] . Угловой размер иллюзии колеблется от 5 до 20° и почти всегда выглядит как полный круг. Физики полагают, что глория образуется за счет дифракции света, отраженного каплями влаги. Чтобы увидеть глорию, нужен яркий источник света и облако, например, на вершине гор можно найти подходящие условия. Тень, отбрасываемая на облако, будет окружена разноцветными кольцами – глорией. Иллюзию можно наблюдать с борта самолета.[ 5]

На Востоке даже принято называть глорию «светом Будды». Тень наблюдателя всегда окружена цветным гало, неслучайно это толковалось как степень его просветления или же близости к божествам, в частности — Будде.[1]

Радуга – это красивое небесное явление – всегда привлекала внимание человека. В прежние времена, когда люди еще мало знали об окружающем мире, радугу считали «небесным знамением». Так, древние греки думали, что радуга — это улыбка богини Ириды.[1]

Радуга наблюдается в стороне, противоположной Солнцу, на фоне дождевых облаков или дождя[Пр. №1]. Разноцветная дуга обычно находится от наблюдателя на расстоянии 1-2 км, а иногда ее можно наблюдать на расстоянии 2-3 м на фоне водяных капель, образованных фонтанами или распылителями воды.

Центр радуги находится на продолжении прямой, соединяющей Солнце и глаз наблюдателя – на противосолнечной линии. Угол между направлением на главную радугу и противосолнечной линией составляет 41º — 42º

В момент восхода солнца противосолнечная точка находится на линии горизонта, и радуга имеет вид полуокружности. По мере поднятия Солнца противосолнечная точка опускается под горизонт и размер радуги уменьшается. Она представляет собой лишь часть окружности. [6]

Часто наблюдается побочная радуга, концентрическая с первой, с угловым радиусом около 52º и обратным расположением цветов.

Основная радуга образуется за счёт отражения света в каплях воды. А побочная радуга образуется в результате двукратного отражения света внутри каждой капли. В этом случае лучи света выходят из капли под другими углами, чем те, которые дают основную радугу, и цвета в побочной радуге располагаются в обратной последовательности.

При высоте Солнца 41º главная радуга перестает быть видимой и над горизонтом выступает лишь часть побочной радуги, а при высоте Солнца более 52º не видна и побочная радуга. Поэтому в средних экваториальных широтах в околополуденные часы это явление природы никогда не наблюдается.

У радуги различают семь основных цветов, плавно переходящих один в другой. Вид дуги, яркость цветов, ширина полос зависят от размеров капелек воды и их количества. Большие капли создают более узкую радугу, с резко выделяющимися цветами, малые – дугу расплывчатую, блеклую и даже белую. Вот почему яркая узкая радуга видна летом после грозового дождя, во время которого падают крупные капли.

Впервые теория радуги была дана в 1637 году Рене Декартом. Он объяснил радугу, как явление, связанное с отражением и преломлением света в дождевых каплях. Образование цветов и их последовательность были объяснены позже, после разгадки сложной природы белого света и его дисперсии в среде.[7]

Глава II. Эксперимент «Эффект радуги в домашних условиях»

Оптические природные явления, которые рассмотрены в главе 1 сопровождаются расщеплением видимого солнечного света на отдельные цвета. В ходе работы над проектом я решила получить радугу (спектр) в домашних условиях.

Цель опытов: показать, что можно самостоятельно, в домашних условиях расщепить видимый солнечный свет на отдельные цвета, воспроизведя эффект радуги.

Оборудование: таз, до краев наполненный водой; зеркальце, установленное в воде под углом 25°; источник света (солнце или настольная лампа).

Ход опыта : В солнечный день необходимо поставить около окна таз с водой и опустить в него зеркало.

Нужно повернуть зеркальце под таким углом, чтобы на него падал яркий солнечный свет. Зеркало нуждается в подставке, так как угол между ним и поверхностью воды должен составлять 25°. Если зеркальце «поймает» луч света, то в результате преломления луча в воде и его отражения от зеркала на стене или на потолке возникнет радуга.

Этот опыт можно провести и вечером: тогда источником света выступит настольная лампа. Спектр получится в затемненном помещении[Пр. №2].

Оборудование: лист бумаги, хрустальный бокал.

Ход опыта. Необходимо поставьте хрустальный бокал на белый лист бумаги. Попробовать поймать бокалом солнечный свет. На листе бумаги появятся цветные полосы радуги.

Оборудование: тарелка с водой, лак для ногтей, «удочка» для пленки.

Ход опыта. Необходимо капнуть в воду каплю лака. На поверхности воды образуется тонкая пленка. Ее нужно аккуратно снять при помощи специального приспособления — «удочки». Пленка лака будет играть всеми цветами, напоминая крылья стрекозы. Луч белого света, попадая на тонкую пленку, частично отражается от нее, а частично проходит вглубь, отражаясь от ее внутренней поверхности.

Цель: Показать, что из цветных составляющих можно получить белый цвет.

Оборудование: картонный круг, на который наклеены семь цветов радуги, электродрель.

Ход опыта. Точно также как белый цвет разлагается на составляющие, можно из цветных составляющих получить белый цвет. Если пропустить через стеклянную призму семь цветных лучей каждый под определенным углом, то на выходе из нее получится луч белого цвета. Но самостоятельно проделать этот опыт трудно. Но есть другой способ. Необходимо взять круг, вырезанный из картона и наклеить на него семь цветов радуги или раскрасить его в эти цвета. Насадить круг на ось электродрели и начать быстро вращать, то вместо цветного круга появится белый. Это происходит из-за свойства человеческого зрения. Глаз не может на быстро вращающемся круге видеть все цвета в отдельности, и они сливаются для него в один белый цвет[Пр. №2].

Как известно, физика изучает физические явления. За этой обобщенной формулировкой скрывается все то, что существует на нашей планете, переходит из одного состояния в другое, меняется, появляется, исчезает и т.д.

Одно из интереснейших направлений физики изучает оптические явления. Некоторые из них видел каждый из нас, другие, более редкие, посчастливилось видеть не всем. Они чрезвычайно красивы и загадочны.

Во время работы над проектом я узнала, как описываются такие явления как северное сияние, гало, глория, радуга. Оптические явления в природе объясняются преломлением или отражением света, либо волновыми свойствами света .

Опытным путём я доказала, что эффект радуги можно получить в домашних условиях и в любое время года любоваться этим красивейшим природным явлением, которое всё ещё хранит много загадок.

В дальнейшем хочу продолжить исследования загадочные оптические природные явления: закат солнца, миражи, жемчужные облака, цветная луна, пояс Венеры и др. Наблюдать их — большое удовольствие для человека, а понимание их природы дает еще и счастье познания мира.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные материалы могут быть использованы при проведении недели физики в школе, а так же учителями начальных классов при проведении уроков и занятий по ознакомлению с окружающим миром.

Явления природы. Примеры объяснимых и необъяснимых явлений

Мир окружающей нас природы просто кишит разными тайнами и загадками. Учёные столетиями ищут ответы и пытаются объяснить порой необъяснимые факты, но даже самым лучшим умам человечества до сих пор не поддаются некоторые удивительные явления природы.

Порой складывается впечатление, что непонятные вспышки в небе, спонтанно двигающиеся камни не подразумевают под собой ничего особенного. Но, вникая в загадочные проявления, наблюдаемые на нашей планете, понимаешь, что дать ответ на многие вопросы невозможно. Природа тщательно скрывает свои секреты, а люди выдвигают все новые гипотезы, пытаясь разгадать их.

Сегодня мы рассмотрим физические явления в живой природе, которые заставят вас по-новому взглянуть на окружающий мир.

Физические явления

Каждое тело состоит из определенных веществ, но обратите внимание на то, что различные действия влияют по-разному на одни и те же тела. К примеру, при разрыве бумаги пополам бумага останется бумагой. А вот если её поджечь, то от неё останется пепел.

Когда меняется размер, форма, состояние, но вещество остается прежним и не трансформируется в другое, такие явления называют физическими. Они могут быть разными.

Явления природы, примеры которых мы можем наблюдать в обычной жизни, бывают:

• Механические. Движение облаков по небу, полёт самолета, падение яблока.
• Тепловые. Вызванные переменой температур. В ходе этого меняются характеристики тела. Если нагреть лёд, то он станет водой, которая трансформируется в пар.
• Электрические. Наверняка при быстром снятии с себя шерстяной одежды вы хоть раз слышали специфический треск, схожий на электрический разряд. А если будете всё это делать в темной комнате, то ещё сможете понаблюдать искры. Предметы, которые после трения начинают притягивать более легкие тела, называются наэлектризованными. Северное сияние, молния во время грозы — яркие примеры электрического явления.
• Световые. Тела, излучающие свет, называют световыми явлениями. Сюда можно отнести Солнце, лампы и даже представителей животного мира: некоторые виды глубинных рыб и светлячки.

Физические явления природы, примеры которых мы рассмотрели выше, успешно используются людьми в повседневной жизни. Но есть и такие, которые по сей день будоражат умы ученых и вызывают всеобщее восхищение.

Северное сияние

Пожалуй, это природное явление по праву носит статус самого романтического. Высоко в небе образуются разноцветные реки, которые покрывают нескончаемое количество ярких звёзд.

Если хотите насладиться этой красотой, то лучше всего делать это в северной части Финляндии (Лапландия). Существовало поверье, что причина возникновения Северного сияния — гнев верховных богов. Но большей популярностью пользовалась легенда народа саама о сказочном лисе, который ударял своим хвостом по заснеженным равнинам, из-за чего цветные искры взмывались в высь и озаряли ночное небо.

Облака в форме труб

Такое явление природы может любого человека надолго затянуть в состояние релакса, вдохновения, иллюзий. Такие ощущения создаются за счет формы больших труб, меняющих свой оттенок.

Увидеть его можно в тех местах, где начинает образовываться грозовой фронт. Это явление природы чаще всего наблюдается в странах с тропическим климатом.

Камни, которые двигаются в Долине Смерти

Встречаются различные явления природы, примеры которых вполне объяснимы с научной точки зрения. Но есть такие, которые не поддаются человеческой логике. Одной из загадок природы считаются движущиеся камни. Это явление можно наблюдать в американском национальном парке, именуемом Долиной Смерти. Многие ученые пытаются объяснить передвижение сильными ветрами, которые часто встречаются в пустынной местности, и наличием льда, так как именно зимой движение камней становилось интенсивней.

Во время исследований ученые произвели наблюдения за 30 камнями, вес которых составлял не более 25 кг. За семь лет 28 каменных глыб из 30 переместились на 200 метров от начальной точки.

Какими бы ни были догадки ученых, однозначного ответа относительно этого явления у них нет.

Шаровые молнии

Огненный шар, появляющийся после грозы или во время неё, называется шаровой молнией. Есть предположение, что Николе Тесле удалось создать в условиях своей лаборатории шаровую молнию. Он так и написал о том, что не видел ничего подобного в природе (речь шла об огненных шарах), но он разобрался, как они формируются, и даже сумел воссоздать это явление.

Ученые современности не смогли достичь подобных результатов. А некоторые даже ставят под сомнение существование этого явления как такового.

Мы рассмотрели только некоторые явления природы, примеры которых показывают, как удивителен и загадочен наш окружающий мир. Сколько еще неизведанного и интересного нам предстоит узнать в процессе развития и совершенствования науки. Как много открытий нас ждет впереди?

Явления природы с точки зрения физики

Нас окружает бесконечно разнообразный мир веществ и явлений.

В нем непрерывно происходят изменения.

Любые изменения, которые происходят с телами, называют явлениями. Рождение звезд, смена дня и ночи, таяние льда, набухание почек на деревьях, сверкание молнии при грозе и так далее – все это явления природы.

Физические явления

Вспомним, что тела состоят из веществ. Заметим, что при одних явлениях вещества тел не меняются, а при других – меняются. Например, если разорвать листок бумаги пополам, то, несмотря на произошедшие изменения, бумага останется бумагой. Если же бумагу сжечь, то она превратится в пепел и дым.

Явления, при которых могут изменяться размеры, форма тел, состояние веществ, но вещества остаются прежними, не превращаются в другие, называют физическими явлениями (испарение воды, свечение электрической лампочки, звучание струн музыкального инструмента и т. д.).

Физические явления чрезвычайно разнообразны. Среди них различают механические, тепловые, электрические, световые и др.

Давайте вспомним, как плывут по небу облака, летит самолет, едет автомобиль, падает яблоко, катится тележка и т. д. Во всех перечисленных явлениях предметы (тела) движутся. Явления, связанные с изменением положения какого-либо тела по отношению к другим телам, называют механическими (в переводе с греческого «механе» означает машина, орудие).

Многие явления вызываются сменой тепла и холода. При этом происходят изменения свойств самих тел. Они меняют форму, размеры, изменяется состояние этих тел. Например, при нагревании лед превращается в воду, вода – в пар; при понижении температуры пар превращается в воду, вода – в лед. Явления, связанные с нагреванием и охлаждением тел, называют тепловыми (рис. 35).

Рис. 35. Физическое явление: переход вещества из одного состояния в другое. Если заморозить капли воды, вновь возникнет лед

Рассмотрим электрические явления. Слово «электричество» происходит от греческого слова «электрон» – янтарь. Вспомните, что, когда вы быстро снимаете с себя шерстяной свитер, вы слышите легкий треск. Проделав то же в полной темноте, вы увидите еще и искры. Это простейшее электрическое явление.

Чтобы познакомиться еще с одним электрическим явлением, проделайте следующий опыт.

Нарвите маленькие кусочки бумаги, положите их на поверхность стола. Расчешите чистые и сухие волосы пластмассовой расческой и поднесите ее к бумажкам. Что произошло?

Рис. 36. Небольшие кусочки бумаги притягиваются к расческе

Тела, которые способны после натирания притягивать легкие предметы, называют наэлектризованными (рис. 36). Молнии при грозе, полярные сияния, электризация бумаги и синтетических тканей – все это электрические явления. Работа телефона, радио, телевизора, разнообразных бытовых приборов – это примеры использования человеком электрических явлений.

Явления, которые связаны со светом, называют световыми. Свет излучают Солнце, звезды, лампы и некоторые живые существа, например жуки-светлячки. Такие тела называются светящимися.

Мы видим при условии воздействия света на сетчатку глаза. В абсолютной темноте мы видеть не можем. Предметы, которые сами не излучают свет (например, деревья, трава, страницы этой книги и др.), видны только тогда, когда они получают свет от какого-нибудь светящегося тела и отражают его от своей поверхности.

Луна, о которой мы часто говорим как о ночном светиле, в действительности является лишь своеобразным отражателем солнечного света.

Изучая физические явления природы, человек научился использовать их в повседневной жизни, быту.

1. Что называют явлениями природы?

2. Прочитайте текст. Перечислите, какие явления природы называются в нем: «Наступила весна. Солнце греет все сильнее. Тает снег, бегут ручьи. На деревьях набухли почки, прилетели грачи».

3. Какие явления называют физическими?

4. Из перечисленных ниже физических явлений в первый столбик выпишите механические явления; во второй – тепловые; в третий – электрические; в четвертый – световые явления.

Физические явления: вспышка молнии; таяние снега; спуск с горы на санках; плавление металлов; работа электрического звонка; радуга на небе; солнечный зайчик; перемещение камней, песка водой; кипение воды.

Проект по физике «Физические явления»

за привлеченного слушателя на курсы профессиональной переподготовки

Проект по физике «Природные явления»

3. Объект исследования

4. Методы исследования

5. Актуальность темы проекта

1. Теоретическая часть

1.1 Молния и гроза

2. Исследовательская часть работы

2.1 Социологический опрос

Список источников и использованной литературы

Как результат изучения природы человеком возникла наука, которая объединила все существующие на то время знания.Физика изучает общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, законы ее движения. В переводе с греческого, слово «физика» как раз и означает «природа».

Цель работы — изучить природные явления с точки зрения физики и их влияние на человека.

Задачи: Объяснить необычные природные явления со стороны физики .

Провести социологический опрос.

Провести исследование: Сколько внимания человек уделяет звёздам.

Объект исследования: Природные явления

Предметы исследования: Молния и гроза, вулкан, цунами, землетрясения, метеорит, синяя луна.

Проблема: Как можно объяснить рассмотренные мною природные явления с точки зрения физики .

2.Обзор в Интернете.

Актуальность темы проекта: Большую роль в понимании явлений природы и сохранении устойчивого окружающего мира играет ФИЗИКА, так как в основе большинства природных и технологических процессов лежат физические явления, описываемые физическими законами. Если мы будем знать причины опасных явлений в окружающей среде, то сумеем найти способы их устранения или использования.

I. Теоретическая часть

1.1. Молния и гроза

Гроза — атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом.

Учёные подсчитали, что ежегодно на нашей планете бушует 44 тысячи гроз и каждую секунду в землю вонзается 100 молний. Казалось бы, это явление должно уже быть хорошо изучено. И все же во многих случаях оно продолжает оставаться загадкой.

Молнии вызываются статическим электричеством. Оно обладает точно такими же свойствами, как и электричество, вырабатываемое искусственно, но образуется по–другому. Статическое электричество возникает естественным путём при трении двух веществ друг о друга. Молния возникает оттого, что частицы воды и воздуха, образующие облако, постоянно трутся друг о друга. При этом в облаке постепенно накапливается электрический заряд, который, в конце концов ударяет в землю либо в другое облако в виде гигантской вспышки.

Плоская.( не имеет линейного характера , состоит из светящихся тихих разрядов, испускаемых отдельными капельками.)

Линейная. (молния представляет собой искру с разветвлениями .Часто происходит несколько повторных разрядов по одному и тому же каналу.)

Чечеточная . (разряд в виде цепочки отдельных точек и черточек. Чечеточная молния имеет ряд утолщений на канале разряда; это яркие светящиеся узелки, или «ракеты». Встречается очень редко.)

Шаровая .(имеет сферическую форму, движется медленно, может существовать 1-2 минуты, после чего исчезает со взрывом или без взрыва. Встречается редко. )

Вулкан (от латинского vulcanus — огонь, пламя; Vulcanus — бог огня в древнеримской мифологии). Вулканы представляют собой лишь верхнюю (надлитосферную) часть сложно построенных геологических сооружений, нижние части которых уходят в глубинные горизонты земной коры и верхнюю мантию Земли. Вулканические извержения, особенно катастрофические, изменяют рельеф, влияют на климат, уничтожают растительность, животный мир, разрушают города и вызывают гибель людей. Жидкие расплавы, поднимающиеся по жерлу вулкана, называют магмой . Когда магма достигает поверхности и изливается , её называют по-другому – лава. Лава отличается от магмы не только температурой , но и составом: содержащиеся в магме различные газы могут практически отсутствовать в лаве , они выделяются из магмы и поступают в земную атмосферу .

Слово это японского происхождения и означает большая волна. Япония является страной, наиболее часто подвергавшейся атакам этих чудовищных волн. Там, на берегу, можно встретить старинные каменные столбы с надписями, предупреждающими об опасности цунами. Возникают такие волны в большинстве случаев в результате сильного подводного землетрясения. Однако известны случаи , когда цунами возникало в случае взрывов подводных вулканов, падений скал в воду, подводных оползней и др. Общим является эффект быстрого вытеснения значительных объёмов воды: в результате сейсмо-тектонического разлома дна, вулканического взрыва на дне океана, внедрения в воду огромных масс оползня, движущегося по наклонному дну, или резкого изменения атмосферного давления.

Физика землетрясения, несмотря на то, что эта проблема стоит перед человечеством более 100 лет, до сих пор она так и остается не ясной. Сильные движения грунта, сопутствующие землетрясению, объясняются обычно присутствием сейсмотектонических деформаций. К этим явлениям относятся: разрывы поверхности; отколы; волны на поверхности, когда среда ведет себя как вязкая жидкость; разуплотнение грунта, возникновение водяных фонтанов, грифонов и пр. Оказывается, что все они находят логичное объяснение, если предположить, что само землетрясение представляет собой ударную волну. В этом случае физику землетрясения можно условно разбить на три части: первая – это механизм образования ударной волны в литосфере на глубине гипоцентра; вторая – прохождение УВ от гипоцентра до поверхности Земли и, третья, — выход УВ на поверхность Земли сопровождающийся всем комплексом явлений, о которых идет речь. Под гипоцентром понимается совсем не некая условная точка, а, скорее огромное пространство, на котором возникает ударная волна.

Кроме планет, вокруг Солнца движется много других небесных тел, размеры которых иногда всего 5-10 км. Они часто оказываются на пути Земли. Влетая в атмосферу нашей планеты с большой скоростью, они разогреваются. В этом случае мы видим, как по небу пролетают метеоры. Камни, упавшие на Землю, называются метеоритами. Падение метеоритов сопровождается появлением в небе огненных шаров — болидов. Это метеориты с окружающей их оболочкой из раскаленных газов. Болид проносится по небу, освещая местность на десятки и даже сотни километров. Метеориты, притягиваясь к Земле, нагреваются от трения о воздух, проходя через атмосферу. Некоторые из них сгорают, не долетая до Земли. Чем крупнее метеоры, тем меньше тормозит их атмосфера и с тем большей скоростью они падают на землю. Но такие метеориты, к счастью, падают редко.

Состав их в сильной степени повторяет химический состав Солнца, за исключением лёгких газов, таких как водород или гелий. Поэтому считается, что эти метеориты образовались непосредственно из протопланетного облака, окружающего когда-то Солнце. В каменистых метеоритах находятся силикаты – минералы, представляющие собой соединения кремния с кислородом и примесью других элементов. Встречается в каменистых метеоритах никелистое железо в виде зернышек, рассеянных по всей массе метеорита.

Оптические явления: примеры в природе и интересные факты

Со световыми явлениями человек сталкивается постоянно. Все, что связано с возникновением света, его распространением и взаимодействием с веществом, называют световыми явлениями. Яркими примерами оптических явлений могут быть: радуга после дождя, молния во время грозы, мерцание звезд в ночном небе, игра света в потоке воды, изменчивость океана и неба и многие другие.

Школьники получают научное объяснение физическим явлениям и оптическим примерам в 7 классе, когда начинают изучать физику. Для многих оптика станет самым увлекательным и загадочным разделом в школьной программе физики.

Что видит человек?

Глаза человека устроены так, что он может воспринимать только цвета радуги. Сегодня уже известно, что спектр радуги не ограничивается красным цветом с одной стороны и фиолетовым с другой. За красным идет инфракрасный цвет, за фиолетовым находится ультрафиолетовый. Многие животные и насекомые способны видеть эти цвета, но люди, к сожалению, не могут. Но зато человек может создавать приборы, которые принимают и излучают световые волны соответствующей длины.

Преломление лучей

Видимый свет – это радуга цветов, а свет белого цвета, например, солнечный, является простым сочетанием этих цветов. Если поместить призму в луч яркого белого света, то он распадется на цвета или на волны разной длины, из которых состоит. Сначала появится красный с большей длиной волны, потом оранжевый, желтый, зеленый, синий и напоследок фиолетовый, который имеет наименьшую длину волны в видимом свете.

Если взять другую призму, чтобы поймать свет радуги и перевернуть с ног на голову, она соединит все цвета в белый. Примеров оптических явлений в физике множество, рассмотрим некоторые из них.

Почему небо голубое?

Молодых родителей часто ставят в тупик самые простые, на первый взгляд, вопросы их маленький почемучек. Иногда сложнее всего на них отвечать. Практически все примеры оптических явлений в природе может объяснить современная наука.

Солнечный свет, который освещает небо днем, белого цвета, а значит, теоретически небо тоже должно быть ярко белым. Для того чтобы оно смотрелось голубым, необходимы какие-то процессы со светом в момент его прохождения через атмосферу Земли. Вот что происходит: некоторая часть света проходит через свободное пространство между молекулами газа в атмосфере, достигая земной поверхности и оставаясь такого же белого цвета, как в начале пути. Но солнечный свет наталкивается на молекулы газов, которые, как и кислород, поглощаются, а потом рассеиваются во все стороны.

Атомы в молекулах газа активизируются поглощаемым светом и снова излучают фотоны света волнами различной длины — от красного до фиолетового цвета. Таким образом, некоторая часть света направляется к земле, остальная часть отправляется назад к Солнцу. Яркость излучаемого света зависит от цвета. Восемь фотонов синего света выпускаются на каждый фотон красного. Поэтому синий свет в восемь раз ярче красного. Интенсивный синий свет излучается со всех сторон из миллиардов молекул газа и достигает наших глаз.

Разноцветная арка

Когда-то люди думали, что радуги — это знаки, которые посылают им боги. Действительно, прекрасные разноцветные ленты всегда появляются в небе из ниоткуда, и потом так же таинственно исчезают. Сегодня мы знаем, что радуга – один из примеров оптических явлений в физике, но не перестаем ею восхищаться каждый раз, когда наблюдаем ее на небе. Интересно то, что каждый наблюдатель видит другую радугу, сотворенную лучиками света, идущими сзади него, и из дождевых капель перед ним.

Из чего состоят радуги?

Рецепт этих оптических явлений в природе простой: капельки воды в воздухе, свет и наблюдатель. Но недостаточно того, чтобы во время дождя появилось солнце. Оно должно находиться низко, а наблюдатель должен стоять так, чтобы солнце было за ним, и смотреть на место, где идет или только что прошел дождь.

Солнечный луч, идущий из далекого космоса, настигает дождевую каплю. Действуя как призма, дождевая капля преломляет каждый цвет, спрятанный в белом свете. Таким образом, когда белый луч проходит через дождевую каплю, он внезапно расщепляется на красивые разноцветные лучики. Внутри капли они наталкиваются на внутреннюю ее стенку, которая действует, как зеркало, и лучи отражаются в том же направлении, откуда проникли в каплю.

В итоге глаза видят радугу цветов в виде арки через небо – свет, согнутый и отраженный миллионами крошечных дождевых капель. Они могут действовать, как маленькие призмы, расщепляя белый свет на спектр цветов. Но и дождь не всегда необходим, чтобы увидеть радугу. Свет может также преломляться от тумана или испарений с моря.

Какого цвета вода?

Ответ очевиден – вода имеет голубой цвет. Если налить чистую воду в стакан, все увидят ее прозрачность. Это из-за того, что в стакане слишком мало воды и ее цвет слишком бледный, чтобы увидеть его.

При наполнении большой стеклянной емкости можно увидеть натуральный голубой оттенок воды. Цвет ее зависит от того, каким образом молекулы воды поглощают или отражают свет. Белый свет сложен из радуги цветов, и молекулы воды поглощают большую часть цветов спектра с красного по зеленый, который проходит сквозь них. А синяя часть отражается обратно. Таким образом, мы видим синий цвет.

Рассветы и закаты

Это также примеры оптических явлений, которые человек наблюдает каждый день. Когда солнце всходит и заходит, оно направляет свои лучи под углом к тому месту, где находится наблюдатель. Они имеют более длительный путь, чем когда солнце находится в зените.

Слои воздуха над поверхностью Земли часто вмещают много пыли или микроскопических частиц влаги. Солнечные лучи проходят под углом к поверхности и фильтруются. Лучи красного цвета имеют самую длинную волну излучения и поэтому легче пробиваются к земле, чем голубые, имеющие короткие волны, которые отбиваются частичками пыли и воды. Поэтому во время утренней и вечерней зари человек наблюдает только часть солнечных лучей, которые достигают земли, а именно красные.

Световое шоу планеты

Типичное полярное сияние – это разноцветное сияние на ночном небе, которое можно наблюдать каждую ночь на Северном полюсе. Меняющиеся в причудливых формах огромные полосы сине-зеленого света с оранжевыми и красными пятнами иногда достигают более 160 км в ширину и могут простираться на 1600 км в длину.

Как объяснить это оптическое явление, представляющее собой такое захватывающее зрелище? Сияния появляются на Земле, но вызываются они процессами, происходящими на далеком Солнце.

Как все происходит?

Солнце представляет собой огромный газовый шар, состоящий, в основном, из атомов водорода и гелия. Все они имеют протоны с позитивным зарядом и вращающиеся вокруг них электроны с отрицательным зарядом. Постоянно ореол раскаленного газа распространяется в космос в виде солнечного ветра. Это бесчисленное множество протонов и электронов несется со скоростью 1000 км в секунду.

Когда частицы солнечного ветра достигают Земли, они притягиваются сильным магнитным полем планеты. Земля – это гигантский магнит с магнитными линиями, которые сходятся у Северного и Южного полюсов. Притянутые частицы потоками располагаются вдоль этих невидимых линий неподалеку от полюсов и сталкиваются с атомами азота и кислорода, из которых состоит атмосфера Земли.

Некоторые из земных атомов теряют свои электроны, другие заряжаются новой энергией. После столкновения с протонами и электронами Солнца они отдают фотоны света. Например, потерявший электроны азот притягивает фиолетовый и синий свет, а заряженный азот сияет темно-красным светом. Заряженный кислород отдает зеленый и красный свет. Таким образом, заряженные частицы заставляют воздух переливаться многими цветами. Это и есть полярное сияние.

Сразу следует определить, что миражи – не плод человеческого воображения, их можно даже сфотографировать, они являются почти мистическими примерами оптических физических явлений.

Свидетельств о наблюдении миражей очень много, но наука может дать научное объяснение этому чуду. Они могут быть простыми, как например, клочок воды среди раскаленных песков, а могут быть потрясающе сложными, сооружая видения висящих замков с колоннами или фрегатов. Все эти примеры оптических явлений создаются игрой света и воздуха.

Световые волны искривляются, когда проходят сначала сквозь теплый, затем холодный воздух. Горячий воздух более разрежен, чем холодный, поэтому его молекулы более активные и расходятся на более далекие расстояния. С понижением температуры уменьшается и движение молекул.

Видения, наблюдаемые сквозь линзы земной атмосферы, могут быть сильно измененными, сжатыми, расширенными или перевернутыми. Это потому, что лучи света искривляются, проходя сквозь теплый, а затем холодный воздух, и наоборот. И те образы, которые несет с собой световой поток, например небо, могут отразиться на раскаленном песке и казаться клочком воды, который всегда отдаляется при приближении.

Чаще всего миражи можно наблюдать на больших расстояниях: в пустынях, морях и океанах, где одновременно могут находиться горячий и холодный слои воздуха с разной плотностью. Именно прохождение через разные температурные слои способно перекрутить световую волну и получить в итоге видение, являющееся отражением чего-либо и преподнесенное фантазией как реальное явление.

Для большинства оптических иллюзий, которые можно наблюдать невооруженным глазом, объяснением является преломление солнечных лучей в атмосфере. Одним среди самых необычных примеров оптических явлений выступает солнечное гало. По сути, гало – радуга вокруг солнца. Однако она отличается от обычной радуги как по внешнему виду, так и по своим свойствам.

Это явление имеет немало разновидностей, каждая из которых красива по-своему. Но для возникновения любого вида этой оптической иллюзии необходимы определенные условия.

Гало возникает на небе при совпадении нескольких факторов. Чаще всего его можно увидеть в морозную погоду при высокой влажности. В воздухе при этом присутствует большое количество ледяных кристаллов. Пробиваясь сквозь них, солнечный свет преломляется таким образом, что образует дугу вокруг Солнца.

И хотя последних 3 примера оптических явлений легко объясняются современной наукой, для обыкновенного наблюдателя они часто остаются мистикой и загадкой.

Рассмотрев основные примеры оптических явлений, можно с уверенностью полагать, что многие из них объясняются современной наукой, несмотря на свою мистичность и загадочность. Но впереди у ученых еще очень много открытий, разгадок таинственных явлений, которые происходят на планете Земля и за ее пределами.

Обоснование природы погодных явлений с точки зрения физики

Секция: Физико-математические науки

XLI Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Обоснование природы погодных явлений с точки зрения физики

Тема: «Обоснование природы погодных явлений с точки зрения физики» достаточно изучена на сегодняшний момент. Но при этом своей актуальности данный вопрос не потерял. Это связано с тем, что достаточно много людей не знают самых простых вещей, например что такое радуга, как возникает молния, почему дождь идёт в виде округлых капель, почему снежинки имеют такую замысловатую форму. Поэтому главной целью работы является рассказ о природе погодных явлений и доказательство их неразрывной связи с физикой. Так же изучив этот вопрос, стоит заметить, что физика бывает не только «сухой» формульной наукой, которую мы изучали в школе и познаём сейчас в университете, физика может быть красивой, интересной, а множество экспериментов можно наблюдать в реальном мире, проводя аналогии между лабораторными исследованиями и природными явлениями.

Радуга – атмосферное, оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое при освещении Солнцем (иногда Луной) множества водяных капель дождя или тумана. Она имеет форму дуги или окружности. Радуга является характерным примером такого физического явления, как дисперсия. Дисперсия- явление разложение света в спектр. В повседневной жизни радугу «разделяют» на семь цветов: красный, желтый, зеленый, голубой, оранжевый, синий, фиолетовый. Но следует иметь в виду, что на самом деле спектр непрерывен, и цвета плавно переходят друг в друга.

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды (дождя или тумана), парящими в атмосфере. Эти капли по-разному отклоняют свет разных цветов (показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому слабее отклоняется красный свет – на 137°30’, а сильнее всего фиолетовый – на 139°20’). В результате белый свет разлагается в спектр. Наблюдатель, стоящий спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, исходящее из пространства по концентрическим окружностям или дугам. Стоит заметить, что радугу невозможно наблюдать, стоя лицом к солнцу, также одновременно радугу и солнце увидеть невозможно.

Радуга, которая появляется под воздействием лунного света, явление гораздо более редкое, чем привычная нам «дневная» радуга. Лунную радугу можно наблюдать только в местах с повышенной влажностью воздуха, и только тогда, когда Луна полная.

В природе существуют явления, похожие на радугу, такие как гало (оптический феномен, представляющий собой светящееся кольцо вокруг источника света), глория (цветные кольца света на облаке вокруг тени наблюдателя). Особое внимание стоит уделить явлению, называемому «Брокенский призрак». Брокенский призрак- это явление, представляющее собой тень наблюдателя на поверхности облаков или тумана в направлении, противоположном солнцу. Эта тень может достигать достаточно больших размеров, быть окружённой глорией, а в некоторых случаях даже двигаться. Движение Брокенского призрака связано с перемещением слоёв облака или тумана, и колебания их плотности. Свою известность Брокенский призрак приобрел благодаря пику Брокен в горах Гарц в Германии, где постоянные туманы и доступность малых высот позволяют наблюдать его особенно часто. Это способствовало возникновению легенды, по которой и дали явлению название. Брокенский призрак наблюдался и впервые был описан Иоганном Зильбершлагом в 1780 году и с тех пор не раз о нем писали в литературе о горах Гарц.

Молния – это гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходящий во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Сила тока молнии достигает 500000 ампер, напряжение доходит до миллиарда вольт, а мощность до 1000 ГВт.

Молнии бывают двух видов наземные (они ударяют в землю) и внутриоблачные (они проходят в самих облаках). Процесс появления и развития наземной молнии состоит из нескольких этапов. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает максимального значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их. После этого и происходит разряд молнии.

Существуют ещё несколько видов молний: эльфы (молнии в верхней атмосфере, представляющие собой больших размеров слабосветящиеся вспышки в виде конуса, которые появляются из верхней части грозового облака), джеты (молнии в виде трубок-конусов синего цвета), спрайты (некое подобие молнии, бьющей из облака вверх).

Дождь – это вид атмосферных осадков, выпадающих из облаков в виде водяных капель или капель другой жидкости со средним диаметром от 0,5 до 6–7 мм. Если диаметр капель меньше 0,5 мм, то этот вид осадков называется моросью. Интенсивность дождя может достигать 100 мм/ч.

Чаще всего осадки в виде дождя выпадают из смешанных облаков, которые при температуре 0 0 С содержат переохлажденные капли и ледяные кристаллы. У водяного пара упругость насыщения над каплями больше, чем над ледяными кристаллами при той же температуре, в связи с этим даже ненасыщенное по отношению к каплям воды облако, будет пересыщено по отношению к кристаллам. Это приводит к росту кристаллов при одновременном испарении капель. Укрупняясь и утяжеляясь, кристаллы выпадают из облака, примораживая к себе при этом переохлаждённые капли. Входя под облако или в его нижнюю часть, имеющую температуру 0 0 С они тают, превращаясь в дождевые капли.

Снег – это вид атмосферных осадков, состоящий из кристаллов льда.

Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к частицам пыли и замерзают. Появляющиеся в самом начале кристаллы льда не превышают одной десятой миллиметра в диаметре, падая вниз, они растут из-за конденсации на них влаги из воздуха. При этом происходит образование кристаллов шестиконечной формы. Из-за структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них – новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.

Первым, кто серьезно задумался о том, почему снежинки имеют именно шестиугольную форму был немецкий астроном Иоганн Кепплер. Он в 1611 занялся изучением формы снежинок и издал трактат «О шестиугольных снежинках».

Иоганн Кепплер в своём трактате пытается объяснить шестиугольную форму кристалла снега. В рассуждениях он использует скудеющие аргументы:

· правильный шестиугольник возникает из-за того, что он является из всех правильных фигур первой, из который нельзя собрать объемное тело, поскольку правильным шестиугольником можно покрыть плоскость без зазоров;

· поскольку свойством покрывать плоскость обладает и треугольник, и квадрат, то, возможно, из всех фигур, способных покрыть плоскость, шестиугольник ник больше всего приближён к кругу;

· возможно причина в том, что существует различие между плодотворящей силой и силой, вызывающей бесплодие. первая порождает равносторонние треугольники и правильные шестиугольники, а вторая правильные пятиугольники;

· может быть, наконец, сама формообразующая природа в своей глубочайшей сущности сопричастна правильному шестиугольнику.

Далее Иоганн Кепплер продолжил свои рассуждения на тему происхождения формы снежинок, но окончательного ответа на вопрос он не дал. Не смотря на это, учёный внёс большой вклад в развитие кристаллографии.

Снежинки бывают не только шестиугольной формы. Формируясь в пространстве, кристаллы льда принимают самые разнообразные, удивительные, порой даже причудливые формы.

Самыми распространёнными являются следующие форму снежинок: пластинки, звезды, столбики, иглы, пространственные дендриты, увенчанные столбики.

Такая классификация была утверждена в 1951 году Международной комиссией по снегу и льду. В последствии к ним добавились ещё три вида осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

В данной работе были рассмотрены различные природные явления. Этими явлениями являются гало, глория и Брокенский призрак. Была изучена форма дождевых капель и снега. Рассмотрен процесс формирования снежинки- вода притягивается к небольшой пылинке, замерзает, а затем к получившейся льдинке примерзают небольшие кристаллы воды, наращивая и изменяя форму снежинки- от льдинки до шестиугольника, столбика или даже большого замысловатого кристалла. Были рассмотрены различные виды молний, а именно: наземные и внутриоблачные, а также эльфы, спрайты и джеты.

Подводя итоги, хотелось бы отметить, что любое погодное явление заслуживает внимания и отдельного изучения. И каждый человек, изучающий физику, должен знать почему возникает то или иное природное явление, потому что не зная простых вещей, происходящих вокруг нас, невозможно понять сложных физических процессов, описываемых в научной литературе.