Номер 36.4, страница 255 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

36. Цвет. Взаимодействие света с веществом. Электромагнитные колебания и волны. Электродинамика - номер 36.4, страница 255.

Условие.

36.4. Английский физик Рэлей обнаружил, что короткие волны рассеиваются на мелких неоднородностях среды значительно сильнее, чем длинные. Объясните, исходя из этого, голубой цвет неба.

Решение. Голубой цвет неба обусловлен рассеянием солнечного света: коротковолновая часть видимого солнечного света (фиолетовый, синий, голубой участки спектра) рассеивается в атмосфере сильнее других частей спектра. Вследствие этого коротковолновой участок спектра прямого солнечного света ослаблен, и Солнце кажется нам желтоватым, а не белым*. Рассеивающие свет мелкие неоднородности в воздухе представляют собой возникающие в результате хаотического движения молекул микроскопические сгущения и разрежения. В облаках рассеяние света происходит на капельках воды или кристалликах льда, размеры которых велики по сравнению с длиной волны света. В этом случае свет различных частот рассеивается примерно одинаково, чем и объясняется белый или серый цвет облаков.

Решение.

36.4. Решение

Голубой цвет неба объясняется явлением рассеяния солнечного света в атмосфере Земли, которое было описано английским физиком Рэлеем. Солнечный свет, который мы воспринимаем как белый, на самом деле является совокупностью электромагнитных волн разной длины, соответствующих всем цветам радуги.

Атмосфера состоит из молекул газов (в основном азота и кислорода), а также микроскопических неоднородностей плотности, возникающих из-за хаотического теплового движения этих молекул. Размеры этих неоднородностей значительно меньше длин волн видимого света. Согласно закону Рэлея, интенсивность рассеяния света на таких малых частицах обратно пропорциональна четвертой степени длины волны света ($I \propto \frac{1}{\lambda^4}$). Это означает, что короткие волны (фиолетовая, синяя и голубая части спектра) рассеиваются гораздо интенсивнее, чем длинные волны (желтая, оранжевая и красная части спектра).

Когда солнечный свет проходит через атмосферу, синий и фиолетовый свет рассеиваются во всех направлениях. Поэтому, когда мы смотрим на небо в сторону от Солнца, мы видим этот рассеянный свет, который и придает небу голубой оттенок. Человеческий глаз менее чувствителен к фиолетовому цвету, поэтому небо кажется нам преимущественно голубым. В то же время, прямой солнечный свет, доходящий до нас, лишается значительной части синей составляющей, из-за чего Солнце выглядит желтоватым. Это особенно заметно на восходе и закате, когда солнечные лучи проходят более длинный путь в атмосфере, и рассеяние становится еще более выраженным, окрашивая Солнце и небо у горизонта в оранжевые и красные тона.

В отличие от этого, облака состоят из капелек воды или кристалликов льда, размеры которых сравнимы или больше длины волны видимого света. Рассеяние на таких крупных частицах (рассеяние Ми) почти не зависит от длины волны. Поэтому все цвета солнечного спектра рассеиваются примерно одинаково, и в результате облака кажутся нам белыми или серыми.

Ответ: Голубой цвет неба обусловлен рэлеевским рассеянием солнечного света на молекулах газов и флуктуациях плотности в атмосфере. Коротковолновая (сине-голубая) часть солнечного спектра рассеивается значительно сильнее, чем длинноволновая (красно-желтая). Этот интенсивно рассеянный во все стороны сине-голубой свет и создает цвет небосвода, который мы видим.