ЗАКАТ СОЛНЦА ПО ЗАКОНАМ ОПТИКИ

Всероссийский фестиваль педагогического творчества
(2014/15 учебный год)
Проектная и творческая деятельность учащихся
ЗАКАТ СОЛНЦА ПО
ЗАКОНАМ ОПТИКИ
Выполнила: Асоскова Екатерина, 11 класс
Руководитель: Баева Ирина Валерьевна
ТОГБОУ «Заворонежский детский дом»
с. Заворонежское
Мичуринский район
Тамбовская область
В дали зеркальной, огненно-лучистой,
Закрывшись тучей
И окаймив дугой ее огнистой,
Пунцово-жгучей,
Огромный шар, склонясь, горит над
нивой
Багрящем роз.
Андрей Белый
ЦЕЛЬ:
Дать представление о явлениях
природы, происходящих в
атмосфере при закате солнца.
ГИПОТЕЗА
Индивидуальность течения заката и
многообразие сопровождающих его
оптических явлений зависит от различных
оптических характеристик атмосферы - в
первую очередь ее коэффициентов
ослабления и рассеяния, которые поразному проявляется в зависимости от
зенитного расстояния Солнца, направления
наблюдения и высоты наблюдателя.
СОЛНЦЕ С ДРЕВНОСТИ ДО НАШИХ
ДНЕЙ
Солнце… Уже в древнейшие времена люди понимали,
что без солнца жизнь на Земле была бы невозможна. Они
называли Солнце «началом жизни», обожествляли его,
поклонялись ему. Закат солнца вызывал печаль и страх у
поклонявшихся ему египтян: «Ты заходишь на западном
склоне неба – и земля во мраке, наподобие застигнутого
смертью».
Солнечный закат и умирание – эта параллель
проводилась и в последующие века.
Перемещение солнца по небосводу – от восхода до
заката – порождало мысль о боге Солнца, который едет
по небу на некоей колеснице.
Картина заката солнца зависит от многих факторов. Существенную
роль играют форма и тип облаков, подсвечиваемых лучами
заходящего светила. И конечно же состояние атмосферы. И
абсолютно всегда солнечные закаты невероятно красивы.
Пояс Венеры
Незадолго до восхода солнца, когда еще сумерки, а также сразу же после заката светила
небо над горизонтом частично бесцветное, а частично - розовое. Такой эффект получил
название пояса Венеры. Бесцветная полоска между голубым небом и уже потемневшим
явление обычное, его можно увидеть даже в стороне напротив Солнца. Голубизна неба
объясняется очень просто - это отражается в атмосфере солнечный свет. А вот появление
пояса Венеры объясняется иначе - так отражается в атмосфере свет Солнца, которое
восходит или заходит. В этот-то момент светило и кажется покрасневшим. Пояс Венеры
можно увидеть в любом месте с чистым горизонтом. На снимке можно увидеть пояс Венеры
над долиной с утренним туманом.
Световой столб
В очень холодную погоду, когда кристаллики льда оказываются в атмосфере, в небе
могут образоваться так называемые световые столбы. Они образуются вокруг
естественных источников света, например, на закате Солнца или Луны, но также
могут создаваться с помощью источников света, созданных человеком. Кристаллы
льда, которых мы видеть не можем, отражают свет, таким образом, получаются
столбы света в небе. Чем выше кристаллы, тем длиннее будет столб.
РАССЕЯНИЕ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА В
ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ
Так как при прохождении белого светового пучка через воздух «синий компонент»
рассеивается, то в выходящем пучке света начинает преобладать «красный
компонент».
Поскольку интенсивнее рассеиваются световые волны с более высокими частотами,
то, следовательно, спектр рассеянного света будет сдвинут в сторону более высоких
частот, а спектр света, остающегося в пучке (после того, как испытавший рассеяние
свет покинул пучок), будет сдвинут, естественно, в обратную сторону – к более низким
частотам.
РЕФРАКЦИЯ СВЕТА В АТМОСФЕРЕ
Рефракция – искривление световых лучей при прохождении в атмосфере,
вызванной оптической неоднородностью атмосферного воздуха.
Рефракция бывает двух видов:

астрономическая – искривление световых лучей, приходящих к земному
наблюдателю от небесных тел (Солнца, Луны, звезд, искусственных спутников);

земная – искривление световых лучей от земных объектов.
Вследствие искривления лучей в обоих случаях наблюдатель видит объект не в
том направлении, какое соответствует действительности; объект может
представляться искаженным.
РЕФРАКЦИЯ СВЕТА В АТМОСФЕРЕ
Показатель преломления среды n = c / v , где
с – скорость света в вакууме, а v – скорость
света в данной среде; скорость v всегда
меньше скорости с и зависит от плотности
среды. Чем плотнее воздух, тем меньше v и,
значит, тем больше показатель преломления
воздуха. Плотность воздуха понижается при
переходе от нижних слоев атмосфера к
верхним. Уменьшается она также с
нагреванием и зависит от ветра.
В действительности световой луч представляет собой не ломаную, а кривую
линию.
СПЛЮСНУТОСТЬ ЗАХОДЯЩЕГО
СОЛНЕЧНОГО ДИСКА
Когда солнце стоит высоко над горизонтом, его диск
имеет форму круга; земной наблюдатель видит этот
круг под углом 32. Заходящий солнечный диск
сплюснут по вертикали; его вертикальный поперечник
виден под углом 26, что на 6 меньше угловых
размеров горизонтального поперечника. В этом
«повинна» рефракция световых лучей в атмосфере.
При этом верхний край солнечного диска
приподнимается вследствие рефракции света
меньше, чем нижний, т.к. рефракция уменьшается по
мере уменьшения зенитного расстояния. Именно
поэтому заходящее солнце и кажется наблюдателю
сплюснутым по вертикали.
Зеленый луч
Знаменитый и неуловимый Зеленый луч является редким
метеорологическим явлением, которое происходит во время восхода и
заката солнца. В эти периоды, свет солнца проходит через большие слои
атмосферы, создавая эффект призмы.
ЗЕЛЕНЫЙ ЛУЧ
Возникновение зеленого луча можно объяснить, если принять во
внимание изменение показателя преломления с частотой света.
Обычно показатель преломления растет с увеличением частоты.
Лучи с более высокой частотой преломляются сильнее. Значит, синезеленые лучи претерпевают более сильную рефракцию по
сравнению с красными лучами.
Однако рассеяние света в атмосфере приводит к тому, что из
светового пучка, идущего от солнца, выбывают более эффективно
лучи с более высокой частотой. Но если почти весь солнечный диск
ушел за горизонт, остался лишь самый верхний его краешек, и при
этом стоит ясная и тихая погода, воздух чист (так что рассеяние света
минимально), то в этом случае мы можем увидеть ярко-зеленый
край солнца вместе с россыпью ярких зеленых лучей.
СЛЕПАЯ ПОЛОСА
Иногда солнце кажется заходящим не за четко просматриваемую линию
горизонта, а за некоторую невидимую линию, находящуюся над горизонтом.
Интересно, что это явление наблюдается в отсутствии какой-либо облачности
на горизонте.
Слепая полоса наблюдается, если воздух около земной поверхности
оказывается достаточно холодным, а выше имеется слой относительно теплого
воздуха. Переход от нижнего холодного воздуха к лежащему над ним теплому
может приводить к довольно резкому спаду показателя преломления.
КАЖУЩЕЕСЯ УВЕЛИЧЕНИЕ
РАЗМЕРОВ ЗАХОДЯЩЕГО СОЛНЦА
У горизонта солнечный диск кажется заметно больше, нежели в
зените. Увеличение размеров заходящего солнца – это не более, чем
оптическая иллюзия. Для ее объяснения высказываются разные
предположения.
КАЖУЩЕЕСЯ УВЕЛИЧЕНИЕ
РАЗМЕРОВ ЗАХОДЯЩЕГО СОЛНЦА
Иллюзия объясняется психологией нашего восприятия «небесного
свода»: он представляется нам не полусферой, а куполом, как бы
прижатым к земной поверхности. Кажущаяся приплюснутость
«небесного свода» приводит к тому, что, когда мы наблюдаем солнце в
зените, то мысленно помещаем его гораздо ближе к себе, чем тогда,
когда смотрим на заходящее солнце и помещаем его в нашем
сознании за далекой линией горизонта.
КАЖУЩЕЕСЯ УВЕЛИЧЕНИЕ
РАЗМЕРОВ ЗАХОДЯЩЕГО СОЛНЦА
Иллюзия связана с психологией нашего восприятия размеров
объектов, наблюдаемых в далекой перспективе. Как известно, по
мере удаления от нас различные объекты на поверхности земли
делаются в наших глазах все меньше и меньше. Можно сказать, что
по мере приближения к линии горизонта размеры объектов как бы
устремляются к нулю; точнее говоря, устремляется к нулю угол, под
каким видны эти объекты. В отличие от них приближающееся к линии
горизонта солнце наблюдается нами под неизменным углом; по этой
причине оно и воспринимается нашим сознанием как
преувеличенно большое.
БЛАГОДАРЮ ЗА
ВНИМАНИЕ