Номер 31.20, страница 159 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Оптические явления. 31. Домашние экспериментальные задания - номер 31.20, страница 159.

Условие.

31.20. Почему небо меняет свой цвет? Требуются: большая прозрачная банка, молоко, вода, фонарик.

а) Наполните банку водой, добавьте несколько капель молока. Включите фонарик и направьте свет сверху вниз. Ожидаемый результат: вода приобретет голубую окраску.

б) Теперь направьте луч фонарика на стенку банки и посмотрите на свет, проходящий через воду. Ожидаемый результат: вода приобретет розоватый цвет, а та ее часть, через которую проходит свет фонарика, — оранжево-желтый.

Объясните результаты опыта.

Решение.

Этот опыт моделирует рассеяние солнечного света в атмосфере Земли, объясняя, почему небо меняет свой цвет. Фонарик представляет собой Солнце, а вода с несколькими каплями молока — атмосферу с её молекулами газов и мелкими частицами. Наблюдаемые явления объясняются эффектом рэлеевского рассеяния света.

а) Свет от фонарика является белым, то есть содержит волны разной длины, соответствующие всем цветам радуги. Взвешенные в воде микроскопические частицы молока рассеивают этот свет. Согласно закону Рэлея, интенсивность рассеяния света обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны: $I \propto 1/\lambda^4$. Это значит, что короткие световые волны (синий и фиолетовый цвета) рассеиваются намного интенсивнее, чем длинные (красный и оранжевый). Когда мы смотрим на банку сбоку, мы видим именно рассеянный свет. Так как синий свет рассеивается наиболее сильно во всех направлениях, вода кажется нам голубой. Этот же принцип объясняет голубой цвет неба в ясный день: молекулы воздуха рассеивают солнечный свет, и до наших глаз доходит преимущественно рассеянный свет из синей части спектра.

Ответ: Вода приобретает голубой оттенок из-за рэлеевского рассеяния света на частицах молока. Синяя часть спектра (короткие волны) рассеивается гораздо сильнее, чем красная (длинные волны), поэтому при взгляде на воду сбоку мы видим в основном рассеянный синий свет.

б) В этом случае мы наблюдаем свет, прошедший сквозь воду напрямую, то есть смотрим на фонарик через банку. По мере того как луч света проходит через воду, его синяя и фиолетовая составляющие интенсивно рассеиваются в стороны и «уходят» из прямого пучка. В результате свет, который дошел до нас, оказывается обеднен синими и фиолетовыми лучами, но обогащен оставшимися длинными волнами — желтыми, оранжевыми и красными. Поэтому проходящий луч света выглядит оранжево-желтым. Этот опыт моделирует вид Солнца на закате или восходе. В это время солнечные лучи проходят через гораздо более толстый слой атмосферы. За время этого длинного пути большая часть синего света успевает рассеяться, и до нас доходит прямой солнечный свет, окрашенный в красно-оранжевые тона.

Ответ: Проходящий сквозь воду луч света приобретает оранжево-желтый оттенок, так как коротковолновая (синяя) часть спектра рассеивается частицами молока и покидает прямой луч, в то время как длинноволновая (красная, оранжевая) часть проходит через среду с меньшими потерями.