Автор: Пользователь скрыл имя, 21 Октября 2012 в 20:52, контрольная работа
Человек живет в мире природы. Ты сам и все, что тебя окружает, — воздух, деревья, река, солнце — это различные объекты природы. С объектами природы постоянно происходят изменения, которые называются природными явлениями.
С древних времен люди пытались понять: как и почему происходят различные явления? Как летают птицы и почему они не падают? Как может дерево плыть по воде и почему оно не тонет?
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Уральский государственный экономический университет»
Центр дистанционного образования
Контрольная работа
по дисциплине: Физика
Екатеринбург
2011
Введение
Человек живет в мире природы. Ты сам и все, что тебя окружает, — воздух, деревья, река, солнце — это различные объекты природы. С объектами природы постоянно происходят изменения, которые называются природными явлениями.
С древних
времен люди пытались понять: как и
почему происходят различные явления?
Как летают птицы и почему они
не падают? Как может дерево плыть
по воде и почему оно не тонет? Некоторые
природные явления — гром и молния,
солнечное и лунное затмения — пугали
людей, пока ученые не выяснили, как и почему
они возникают.
Наблюдая и изучая явления, происходящие
в природе, люди нашли им применение в
своей жизни. Наблюдая за плавающим деревом,
человек научился строить корабли, покорил
моря и океаны. Изучив способ передвижения
медузы, ученые придумали ракетный двигатель.
Наблюдая за молнией, ученые открыли электричество,
без которого сегодня люди не могут жить
и работать. Всевозможные бытовые электрические
устройства (осветительные лампы, телевизоры,
пылесосы) окружают нас повсюду. Различные
электрические инструменты (электродрель,
электропила, швейная машинка) используются
в школьных мастерских и на производстве.
Теперь известно, что одно из основных умений исследователя природы — это умение наблюдать. С наблюдения начинается изучение явлений, происходящих вокруг нас.
Радуга как физическое явление
Радуга – одно из самых красивых и необычных природных явлений. Семь цветов радуги появляются в результате преломления белого света под воздействием мельчайших капель воды. Радуга представляет собой большой изогнутый спектр или полосу цветных линий, которые образованы благодаря разложению светового луча, который проходит через дождевые капли, выполняющие роль призмы. Появляется радуга лишь во время ливня, когда идёт дождь и одновременно светит солнце.
В русских летописях радуга называется "райской дугой" или сокращенно "райдугой". В Древней Греции радугу олицетворяла богиня Ирида ("Ирида" означает "радуга"). По представлениям древних греков, радуга соединяет небо и землю, и Ирида была посредницей между богами и людьми. радуга физический явление
Радуга всегда связывается с дождем. Она может появиться и перед дождем, и во время дождя, и после него, в зависимости от того, как перемещается облако, дающее ливневые осадки.
Первая попытка объяснить радугу как естественное явление природы была сделана в 1611 г. архиепископом Антонио Доминисом. Его объяснение радуги противоречило библейскому, поэтому он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни. Антонио Доминис умер в тюрьме, не дождавшись казни, но его тело и рукописи были сожжены.
Обычная радуга — это цветная дуга угловым радиусом 42°, видимая на фоне завесы ливневого дождя или полос падения дождя, часто не достигающих поверхности Земли. Радуга видна в стороне небосвода, противоположной Солнцу, и обязательно при Солнце, не закрытом облаками. Центром радуги является точка, диаметрально противоположная Солнцу, — антисолярная точка. Внешняя дуга радуги красная, за нею идет оранжевая, желтая, зеленая дуги и т. д., кончая внутренней фиолетовой.
Сколько радуг можно увидеть одновременно?
Обычно можно видеть одну радугу, изредка две. Причем вторая радуга, концентрическая с первой, имеет угловой радиус около 50° и располагается над первой. Вторая радуга более широкая, блеклая, расположение цветов в ней обратное первой радуге: внешняя дуга у нее фиолетовая, а внутренняя красная.
Самое удивительное, что
большинство людей, наблюдавших
радугу много раз, не замечают дополнительных
дуг. Эти цветные дуги (их обычно
три-четыре) неправильно названы
дополнительными — в
Как возникает радуга?
Научное объяснение радуги
впервые дал Рене Декарт в 1637 г. Декарт
объяснил радугу на основании законов
преломления и отражения
Спустя 30 лет Исаак Ньютон, открывший дисперсию белого света при преломлении, дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя.
Несмотря на то, что теория радуги Декарта — Ньютона создана более 300 лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги: положение главных дуг, их угловые размеры, расположение цветов в радугах различных порядков.
Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды дождя или тумана, парящих в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении — красный на 137°30’, фиолетовый на 139°20’ и т. д.), в результате чего белый свет разлагается в спектр. Данное явление вызвано дисперсией. Наблюдателю кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение (при этом источник яркого света всегда должен находиться за спиной наблюдателя).
Радуга представляет собой каустику, возникающую при преломлении и отражении (внутри капли) плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке (для монохромного пучка), отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем (и этот максимум весьма «острый», то есть большинство преломлённого с отражением в капле света выходит практически точно под одним и тем же углом). Дело в том, что угол, под которым уходит из капли отражённый и преломлённый в ней луч, немонотонно зависит от расстояния от падающего (первоначального) луча до оси, параллельной ему и проходящей через центр капли (эта зависимость довольно проста, и её нетрудно явно вычислить), и зависимость эта имеет гладкий экстремум. Поэтому «количество лучей», выходящих из капли с углами, близкими к экстремальному значению угла, — «гораздо больше», чем остальных. При этом угле (который немного различается для разных показателей преломления для лучей разного цвета) и возникает отражение-преломление максимальной яркости, составляющее (от разных капель) радугу («яркие» лучи от разных капель образует конус с вершиной в зрачке наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и Солнце)[1].
Для одного отражения внутри капли такой угол имеет одно значение, для двух — другое, и т. д. Этому соответствует первичная, вторичная и т. д. радуга. Первичная — самая яркая, она уносит из капли большинство света. Радугу большего порядка обычно не удаётся увидеть, так как она очень слаба.
Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40-42°.
Иногда можно
увидеть ещё одну, менее яркую
радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой
свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый»
порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной
радуги 50-53°.
Небо между двумя радугами обычно имеет
заметно более тёмный оттенок. Также возможно
наблюдение радуги и более высоких порядков,
но уже, преимущественно, в лабораторных
условиях.
В яркую лунную ночь можно наблюдать и радугу от Луны. Поскольку человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении наиболее чувствительные рецепторы глаза — «палочки» — не воспринимают цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы — «колбочки»).
Почему радуга круглая?
Дело в том, что
более или менее сферическая
капля, освещенная
Сколько же лучей радуги в пучке света, падающего на каплю? Их много, по существу, они образуют целый цилиндр. Геометрическое место точек их падения на каплю это целая окружность.
В результате прохождения через каплю и преломления в ней цилиндр белых лучей преобразуется в серию цветных воронок, вставленных одна в другую. Наружная воронка красная, в нее вставлена оранжевая, желтая, далее идет зеленая и т. д., кончая внутренней фиолетовой.
Размер и форма капель и их влияние на вид радуги
Вид радуги — ширина дуг, расположение и яркость цветовых тонов, положение дополнительных дуг очень сильно зависят от размера капель дождя. По виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу. Чем крупнее капли дождя, тем радуга получается уже и ярче. Особенно характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой, с оранжевым или желтым краем. Дополнительные дуги дальше отстоят и друг от друга и от основных радуг.
Вид радуги зависит и от
формы капель. При падении в
воздухе крупные капли
Можно ли видеть целый круг радуги? С поверхности Земли можно наблюдать радугу в лучшем случае в виде половины круга, когда Солнце находится на горизонте. Когда Солнце поднимается, радуга уходит под горизонт. С самолета или с вертолета можно наблюдать радугу в виде целого круга!
Радуга без дождя?
Бывают ли радуги без дождя или без полос падения дождя? Бывают — в лаборатории. Искусственные радуги создавались в результате преломления света в одной подвешенной капельке дистиллированной воды, воды с сиропом или прозрачного масла. Размеры капель варьировались от 1,5 до 4,5 мм. Тяжелые капли вытягивались под действием силы тяжести, и их сечение представляло собою эллипс. При освещении капельки лучом гелий-неонового лазера появлялись не только первая и вторая радуги, но и необычайно яркие третья и четвертая, с центром вокруг источника света (в данном случае лазера). Иногда удавалось получать даже пятую и шестую радуги. Эти радуги, как первая и вторая, снова были в стороне, противоположной источнику. Правда, эти радуги были одноцветными, красными, так как образованы не белым источником света, а монохроматическим красным лучом.
Туманная радуга
В природе встречаются белые радуги. Они появляются при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из капелек радиусом 0,025 мм или менее. Их называют туманными радугами. Кроме основной радуги в виде блестящей белой дуги с едва заметным желтоватым краем наблюдаются иногда окрашенные дополнительные дуги: очень слабая голубая или зеленая дуга, а затем белесовато-красная.
Аналогичного вида белую радугу можно увидеть, когда луч прожектора, расположенного сзади вас, освещает интенсивную дымку или слабый туман перед вами. Даже уличный фонарь может создать, хотя и очень слабую, белую радугу, видимую на темном фоне ночного неба.
Лунные радуги
Аналогично солнечным могут возникнуть и лунные радуги. Они более слабые и появляются при полной Луне. Лунные радуги явление более редкое, чем солнечные. Для их возникновения необходимо сочетание двух условий: полная Луна, не закрытая облаками, и выпадение ливневого дождя или полос его падения (не достигающих Земли).
Радуги, образованные лунными лучами, не радужные и выглядят как светлые, совершенно белые дуги. Отсутствие красного цвета у лунных радуг даже при крупных каплях дождя объясняется низким уровнем освещения ночью, при котором полностью теряется чувствительность глаза к лучам красного цвета. Остальные цветные лучи радуги также теряют в значительной степени свой цветовой тон из-за неокрашенности ночного зрения человека.
Список литературы