Номер 5, страница 122, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Геометрическая оптика. Параграф 90. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 5, страница 122.

Условие.

• Оптические чудеса.

Решение.

Оптические чудеса — это разнообразные и впечатляющие явления, возникающие в атмосфере Земли в результате взаимодействия света (чаще всего солнечного или лунного) с воздухом, водой в различных формах (капли, кристаллы льда) и пылью. Эти явления объясняются законами оптики, такими как преломление, отражение, дисперсия и дифракция света.

Мираж

Мираж — это оптическое явление, при котором из-за аномального преломления света в неоднородно нагретых слоях воздуха появляются мнимые изображения отдалённых объектов. Когда свет проходит через слои воздуха с разной температурой и, следовательно, разной плотностью, он искривляется. Этот процесс описывается законом Снеллиуса: $n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2$. Различают несколько видов миражей:

• Нижний (озёрный) мираж: возникает над сильно нагретой поверхностью, например, асфальтом или пустыней. Изображение неба или далёких объектов кажется отражённым в воде.
• Верхний мираж: наблюдается в полярных регионах или над холодной водой, когда слой тёплого воздуха находится над слоем холодного. Объекты (например, корабли) кажутся парящими в воздухе выше их реального положения.
• Фата-моргана: сложный и быстро меняющийся мираж, при котором отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями.

Ответ: Мираж представляет собой обман зрения, вызванный искривлением световых лучей в неоднородных по температуре слоях атмосферы, что приводит к появлению мнимых изображений объектов.

Радуга

Радуга — это атмосферное оптическое явление, которое наблюдается, когда солнечный свет преломляется и отражается в каплях дождя или тумана. Когда луч света попадает в каплю воды, он преломляется, затем отражается от её внутренней поверхности и снова преломляется при выходе. Поскольку показатель преломления воды зависит от длины волны света (это явление называется дисперсией), белый солнечный свет разлагается в спектр. Красный цвет, преломляющийся меньше всего, виден под углом около $42^\circ$ к направлению, противоположному Солнцу, а фиолетовый, преломляющийся сильнее, — под углом около $40^\circ$. Иногда можно увидеть вторую, более бледную радугу (побочную), расположенную выше основной. Она возникает из-за двойного отражения света внутри капель, и порядок цветов в ней обратный.

Ответ: Радуга — это спектр солнечного света, который становится видимым в небе в результате его дисперсии, преломления и отражения в каплях воды.

Гало и паргелий

Гало — это группа оптических явлений, проявляющихся в виде светящихся колец, дуг или пятен вокруг Солнца или Луны. Паргелий, или «ложное солнце», — это один из самых ярких видов гало, представляющий собой светлые пятна на том же уровне, что и Солнце. Эти явления возникают, когда свет преломляется и отражается в мельчайших ледяных кристаллах, взвешенных в атмосфере, чаще всего в перистых облаках на большой высоте. Форма кристаллов (чаще всего шестигранные призмы или пластинки) и их ориентация в воздухе определяют вид гало. Наиболее распространённым является 22-градусное гало — светлый круг вокруг Солнца или Луны.

Ответ: Гало и паргелий — это оптические феномены, создаваемые преломлением и отражением света в ледяных кристаллах в атмосфере, что приводит к появлению светлых кругов и пятен вокруг источника света.

Полярное сияние

Полярное (или северное) сияние (aurora borealis) — это свечение верхних слоёв атмосферы планеты, обладающей магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра. Когда эти частицы (в основном электроны и протоны) достигают Земли, они направляются магнитным полем к полюсам и сталкиваются с атомами и молекулами газов в атмосфере (кислорода и азота). Эти столкновения возбуждают атомы, которые затем излучают свет определённого цвета. Зелёный и красный цвета обусловлены свечением атомов кислорода на разных высотах, а синий и фиолетовый — свечением молекул азота.

Ответ: Полярное сияние — это красочное свечение в небе, вызванное взаимодействием заряженных частиц солнечного ветра с газами в верхних слоях земной атмосферы в районе магнитных полюсов.

Зелёный луч

Зелёный луч — это редкое оптическое явление, вспышка зелёного света, наблюдаемая на мгновение над верхним краем солнечного диска непосредственно перед его исчезновением за горизонтом (при закате) или перед его появлением (при восходе). Возникновение этого феномена связано с рефракцией (преломлением) солнечного света в атмосфере. Когда Солнце находится низко над горизонтом, его лучи проходят через толстый слой воздуха и сильно преломляются, причём коротковолновый свет (синий, зелёный) преломляется сильнее длинноволнового (красный, оранжевый). Из-за этого верхний край Солнца кажется зелёным, а нижний — красным. В большинстве случаев синий свет рассеивается в атмосфере, поэтому последним видимым цветом остаётся зелёный.

Ответ: Зелёный луч — это кратковременная зелёная вспышка над Солнцем у горизонта, возникающая из-за атмосферной рефракции и дисперсии солнечного света.