Transcript Document

Fascynujące zjawiska
fizyczne
Katarzyna Smętkiewicz
kl. 3c, VIII LO w Łodzi
Zjawiska optyczne
(fotometeory)
Iryzacja
Zjawisko iryzacji powstaje gdy promienie
światła słonecznego lub księżycowego
przechodzą przez drobne kropelki wody lub
kryształki lodu w chmurze zakrzywiają się
tworząc układy delikatnych barw. Zakres barw
zależy od rozmiaru kropelek wody oraz kąta
pod jakim światło pada na chmurę. Wtedy też,
brzegi chmury mają zabarwienie w kolorach
tęczy. Iryzacja wskazuje, że chmury średnich
kłębiastych, w których to występują składają
się z bardzo malutkich jednorodnych, przy
niskich
temperaturach
przechłodzonych
kropelek wody.
Arizona – 8. 09. 1999r.
Bochum – 27. 07. 1997r.
Zugspitze – 18. 07. 1998r.
Tęcza
Szeroki, świetlny krąg wytworzony przez światło załamujące się w
kroplach deszczu. Najlepszą porą dnia na obserwowanie tęczy jest
poranek lub późne popołudnie, gdy słońce oświetla padający w pewnej
odległości deszcz. Jeżeli stoisz zwrócony plecami do słońca i patrzysz
w kierunku deszczu, masz szansę zobaczyć tęczę. Im słońce jest niżej
nad horyzontem, tym łuk tęczy jest dłuższy. W słoneczny dzień możesz
stworzyć swoją własną tęczę, wykorzystując ogrodowy zraszacz-stań
plecami do słońca i spójrz na kropelki na wody. Można także zobaczyć
tęczę z samolotu – będzie to wówczas nie tylko łuk, ale cały barwny
krąg. Różnokolorową tęczę widzimy dzięki temu, że światło słoneczne
przechodzące przez krople deszczu załamuje się i rozszczepia na
siedem różnych barw. Promienie fioletowe załamują się pod kątem 40o,
czerwone – pod kątem 42o.Pozostałe barwy tęczy znajdują się
pomiędzy nimi. Barwa czerwona pojawia się na zewnętrznym skraju
tęczy, niżej widoczne są barwy: pomarańczowa, żółta, zielona,
niebieska, granatowa i fioletowa. Im większe są krople deszczu tym
bardziej wyraziste i ostre barwy ma tęcza. Czasami tęczy głównej
towarzyszy druga, słabiej widoczna tęcza wtórna o promieniu
wynoszącym ok. 50 stopni. Znajduje się ona zawsze nieco powyżej
głównej, a układ jej barw jest odwrotny, z barwą czerwoną wewnątrz
łuku. Tęcza wtórna powstaje w wyniku dwukrotnego odbicia światła od
tylnej ścianki kropli deszczu. Ponieważ przy każdym odbiciu następują
straty światła, barwy tęczy wtórnej nie są już tak wyraziste jak w tęczy
głównej.
Wieniec wokół
Słońca lub Księżyca
W znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach,
zbudowanych z drobnych, jednorodnych kropelek wody (zazwyczaj są to
chmury średnie kłębiaste) obserwuje się wieńce. Wieńce te występują
także we mgle dookoła sztucznych źródeł światła. Główną, a często
jedyną, częścią wieńca jest jasny pierścień o niewielkim promieniu,
otaczający bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (lub sztucznego źródła
światła). Pierścień ten ma zabarwienie niebieskawe, a na zewnątrz
czerwonawe. Nazywają go też aureolą. Może on być otoczony jednym
lub kilkoma dodatkowymi, jasnymi pierścieniami o takim samym
zabarwieniu, nie stykającymi się bezpośrednio ani z pierwszym z
wymienionych kręgów, ani też ze sobą. Promień wieńca bywa rzędu 1-5
stopni. Jest on odwrotnie proporcjonalny do średnicy kropelek w
chmurze; dlatego na podstawie jego rozmiarów można określać wielkość
kropelek, znajdujących się w chmurach. Wieńce wywołane są ugięciem
światła przez bardzo drobne kropelki chmurowe, które tworzą jakby
siatkę dyfrakcyjną. Dookoła każdego punktu tarczy ciała niebieskiego
powstaje jedno lub kilka widm dyfrakcyjnych mających kształt kręgów.
Nakładają się one jedne na drugie, przy czym barwy ich zlewają się, co
daje w wyniku odcień niebieskawy. Jedynie widma wytworzone przez
punkty leżące na skrajach tarczy ciała niebieskiego, tworzą po
zewnętrznej stronie każdego pierścienia otok o zabarwieniu
czerwonawym. Wieńce dookoła sztucznych źródeł świateł o małych
rozmiarach (w porównaniu z rozmiarami tarcz ciał niebieskich) mają
bardziej bogate barwy tęczy.
Lorch (Wuerttenberg) – 28.12.1993r. i 24.05.1994r.
Poczdam – 11.05.1998r.
Halo
Jest wywołane odbiciem, załamaniem i ugięciem światła w
chmurowych kropelkach wody lub kryształkach lodu.
Powstaje w chmurach piętra górnego zbudowanych z
kryształków lodowych, zwłaszcza w chmurach warstwowopierzastych. Są to pierścienie o promieniu 22 stopni
kątowych, 46 stopni lub kombinacji łuków tych kręgów o
środkach położonych w środku Słońca lub Księżyca.
Pierścienie te są słabo zabarwione w kolorach tęczy
(czerwony wewnątrz). Zabarwienie halo jest spowodowane
załamywaniem
się
światła
w
sześciokątnych
(heksagonalnych) kryształkach pryzmatycznych lodu, z
których są zbudowane chmury piętra wysokiego; postacie
bezbarwne powstają wskutek odbicia światła od ścian
kryształków.
Chile – 7.04.1998r.
Lorch (Wuerttenberg) – 6.03.1994r.
Lot Zuerich-Atlanta – 5.09.1999r.
Karlsruhe (Niemcy) – 20.03.2000r.
halo i iryzacja
Norwegia – 12.07.1994r.
halo i lewe Słońce
poboczne
Bochum – 14.04.1998r.
Łuk mgielny
Gdy w mglisty dzień zwrócisz się plecami do
nisko wzniesionego nad horyzontem słońca,
możesz czasem zobaczyć łuk na mgle. Mgła
składa się z drobnych kropelek wody, które
mogą załamywać i odbijać promienie świetlne, w
taki sam sposób, jak dzieje się to w kropelkach
deszczu podczas powstawania tęczy. Oba
zjawiska różnią się tym, że łuk na mgle
(podobnie jak łuk lodowy) jest biały. Kropelki
mgły są zbyt małe, aby załamywać światło
wystarczająco silnie, by rozszczepiło się ono na
poszczególne barwy.
Nebraska – 21.09.1999r.
Kornwalia – 1.04.1997r.
Chile – 15.02.1999r.
Słońce poboczne
Słońce poboczne (zwane też Słońcem pozornym) to
jasna plamka świetlna, która ukazuje się na niebie z
boku Słońca. To osobliwe zjawisko jest wywołane przez
opadające w powietrzu kryształki lodu, w których światło
słoneczne załamuje się, tworząc iluzję drugiego Słońca.
Czasami obserwować można dwa Słońca poboczne, po
jednym z obu stron Słońca właściwego. Mogą one leżeć
na łuku świetlnym, zwanym poziomym kręgiem
przysłonecznym.
Słońca
poboczne
są
często
zabarwione - barwa czerwona widoczna jest po stronie
bliższej Słońca właściwego, a biała - po stronie
przeciwnej. Podobny efekt może być widoczny nocą, w
postaci "pobocznych Księżyców".
Bochum – 9.12.1999r.
Karlsruhe – 24.10.1996r.
Karlsruhe – 18.09.1997r.
Erlangen – 13.10.1998r.
Karlsruhe – 9.04.1997r.
Zielony promień
Zjawisko jest bardzo trudne do zaobserwowania z
powodu bardzo krótkiego czasu trwania. Występuje nad
wschodzącym lub zachodzącym słońcem. Jest
spowodowany załamywaniem promieni słonecznych.
Atmosfera ziemska, tak jak pryzmat, rozszczepia białe
światło słoneczne na szereg barw. Najmniej rozpraszany
jest kolor czerwony a najbardziej kolor niebieski i
fioletowy. Kiedy atmosfera ziemska jest wyjątkowo
czysta i spokojna, zielony błysk światła nad brzegiem
zachodzącego słońca, znajdującego się blisko odległego
horyzontu, może być obserwowany tylko przez sekundy.
Na Saharze zdarza się, że traw nawet kilka minut.
Jeszcze trudniej zaobserwować niebieski błysk, gdyż
wtedy nie może dojść do rozproszenia i osłabienia
załamanego niebieskiego światła.
Wyspy Kanaryjskie – 10.2001r.
Słupy świetlne
Gdy światło słoneczne odbija się od spodniej
strony drobnych kryształków lodu znajdujących
się przeważnie w położeniu poziomym,
spadających powoli w powietrzu, mogą
ukazywać się nad Słońcem (i sporadycznie
poniżej niego) pionowe snopy światła. Te "słupy
świetlne" są najlepiej widoczne tuż po
wschodzie Słońca lub tuż przed jego zachodem.
Przybierają wtedy wspaniały, pomarańczowoczerwony odcień.
Karlsruhe – 23.10.1996r.
Bochum – 30.12.1997r.
Gloria
Gloria podobna jest do wieńca, jednak powstaje nie
dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu,
położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała
niebieskiego. Zjawisko to występuje na chmurach
położonych na wprost przed obserwatorem albo niżej od
niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na
te same chmury pada cień obserwatora i wówczas
wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy. Gloria
powstaje wskutek ugięcia się światła, uprzednio odbitego
od kropelek chmur, tak że powraca ono od chmur w tym
samym kierunku, w jakim na nie padło.
Lot Sttutgart-Frankfurt/M – 28.08.1994r.
Fatamorgana
Często w rozgrzanym, falującym powietrzu nad
pustyniami można obserwować ciekawe zjawiska świetlne
wywołujące wrażenie oglądania przedmiotów odbitych w
tafli wody jak w zwierciadle. Zdarzało się, że podróżnicy
odnotowywali w swych notatkach nieistniejące jeziora. To
błędne wrażenie, zwane mirażem wywołane jest
załamaniem się promieni świetlnych w nagrzanych tuż
nad powierzchnią warstwach powietrza. Jednym z miraży
jest
fatamorgana
polegająca
na
dostrzeganiu
odwróconych obrazów nie istniejących. Powstaje ona w
wyniku wytworzenia nad piaskiem warstwy powietrza o
zwiększonej gęstości. Powoduje to często dostrzeganiu
przez podróżnych odwróconych obrazów, dalekich
przedmiotów, lub obrazów nieistniejących. Pojawia się w
Cieśninie Mesyńskiej, nad Jeziorem Genewskim i w
Zatoce Toyama w Japonii
Zjawiska
elektryczne
(elektrometeory)
Zorza polarna
Zorze polarne (zwane zorzami północnymi lub południowymi) są jak potężne,
zielone zasłony, mające często odcień różowy lub niebieski. Występują po tej
samej stronie, po której znajduje się Słońce. Falują łagodnie na niebie Arktyki
lub Antarktydy i mogą być tak jasne jak światło Księżyca. Wywołuje je "wiatr
słoneczny" - niewidoczny strumień elektrycznie naładowanych cząsteczek,
wyrzucanych w przestrzeń międzyplanetarną podczas burz na Słońcu. Wiatr
słoneczny przemierza przestrzeń kosmiczną z prędkością dochodzącą do 3mln.
km/h. W odległości około 64 tys. km. od Ziemi cząsteczki są przechwytywane
przez ziemskie pole magnetyczne i przyjmują kierunek zgodny z kierunkiem
jego linii. Część tych cząstek jest ściągana w dół, ku północnemu lub
południowemu biegunowi magnetycznemu. Wysoko ponad biegunami
naładowane cząstki dostają się do atmosfery i zderzają z cząsteczkami
powietrza, które pochłaniają energię elektryczną i natychmiast uwalniają ją w
postaci światła. Cząsteczki tlenu emitują światło zielonkawobiałe, cząsteczki
azotu - światło różowe i niebieskie. Naturę zórz polarnych wyjaśnił dopiero na
początku XX w. norweski uczony Kristian Birkeland. Zorza jest najlepiej
widoczna z promu kosmicznego. Oglądana z kosmosu tworzy efektowne
świetliste zasłony, tańczące wysoko na niebie. Sprawiają one wrażenie
uchodzących w przestrzeń, w rzeczywistości jednak dzieje się coś innego. Wiatr
słoneczny zderza się najpierw z cząsteczkami powietrza w najwyższej,
najbardziej rozrzedzonej części atmosfery, a następnie schodzi coraz bardziej w
dół. W przeciwległej części nieba obserwuje się przeciwzorze (ze staropolskiego
zarza), której towarzyszy zmiana odcieni kolorów z przewagą purpurowych i
purpurowo-fioletowych. Po zachodzie Słońca w tej części nieba występuje cień
Ziemi w postaci szaro-niebieskiego wycinka koła, coraz bardziej zwiększającego
się zarówno ku górze, jak i na boki.
Szwecja – 7.02.1999r.
Chile – 23.04.1998r.
Karlsruhe – 9.06.1997r.
Ognie św. Elma
Ciche lub odbywające się z lekkim trzaskiem wyładowania
elektryczności z ostro zakończonych przedmiotów (z
ostrzy) np. maszty statków, anteny, skały, któremu
czasami towarzyszy świecenie. Mogą one występować
również i przy braku chmur burzowych, zwłaszcza
podczas zamieci śnieżnych i burz pyłowych, najczęściej w
górach. Jeżeli napięcie pola elektrycznego jest na ogół
duże, to nad wystającymi i ostro zakończonymi
przedmiotami może się ono stać jeszcze znacznie
większe. Wówczas bezpośrednio koło ostrzy mogą
powstawać takie wartości napięcia, które zbliżają się do
wartości krytycznych. Powietrze w bezpośredniej bliskości
ostrzy staje się dobrze przewodzącym i z ostrzy następuje
dostrzegalny wypływ elektryczności. Podczas szczególnie
dużego natężenia wypływy te stają się widoczne i
wyglądają jak świecące nici, kiściami rozchodzące się od
ostrza ku górze(wyładowania kiściowe).
Pioruny kuliste
Błyskawica kulista stanowi tajemnicze, niewyjaśnione zjawisko. Jest to
nieduża świecąca kula o średnicy dziesiątków centymetrów (o wielkości
pośredniej między piłką golfową a piłką), przemieszczająca się wraz z
wiatrem lub w ogóle z prądem powietrza (o ile trafia do wnętrza budynku).
Płynie w powietrzu niewysoko ponad gruntem, jarząc się matowym,
żółtawym światłem i nieoczekiwanie zmieniając kierunki ruchu. Zjawisko
trwa zaledwie sekundy. Przy zetknięciu się z przedmiotami znajdującymi się
na Ziemi może wybuchnąć, czemu towarzyszą zniszczenia i oparzenia;
czasami zdarzają się nawet ofiary w ludziach. Istnieją jeszcze liczne
hipotetyczne tłumaczenia powstawania błyskawicy kulistej. Możliwe, że
powstaje ona w rozżarzonym powietrzu kanału zwykłej błyskawicy i składa
się z nietrwałych połączeń azotu i tlenu, tworzeniu się których towarzyszy
pochłanianie dużych ilości ciepła. Przy oziębianiu się do pewnej temperatury
krytycznej substancja błyskawicy kulistej nagle rozpada się na tlen i azot z
jednoczesnym wydzieleniem całej pochłoniętej energii, co powoduje
wybuch. Istnieje mniemanie, że błyskawic kulistych w ogóle nie ma i, że
obserwacje, stwierdzające ich istnienie, są niewiarygodne. Pioruny te mogą
występować także w postaci prętów, owali, elipsy, dysków, kropli oraz innych
chaotycznych brył o zaokrąglonych krawędziach. Niektóre posiadają ogon
lub wirują, część wydziela iskry, a z innych wydostają się ogniste języki. Kule
mogą być otoczone aureolką, dymem, płomieniem lub wyrzucać z siebie
strzały. Ich powierzchnia może być różna - rozmyta i poszarpana, bez
wyraźnej granicy lub gładka i ostra o wyraźnych kształtach. Najczęściej
występują białe, żółte i bladoniebieskie, ale również mogą być czerwonawe
zielone i wielobarwne. Zmiana barwy przebiega zwykle w kolejności:
niebieski, biały, żółty, czerwony. Małe słońca nie zawsze zmieniają kolory.
Aż połowa piorunów kulistych wydaje dźwięki. Najczęściej jest to
zwykłe syczenie, stanowi to połowę wszystkich zjawisk wydających
odgłosy, występuje też szum, dźwięk tłuczonego szkła,
potrzaskiwanie, silnika odrzutowego, uderzenia młotka w blachę,
organów. Ewentualnej eksplozji towarzyszy huk wybuchu.
Piorun kulisty wydaje zapach siarki, spalenizny, ozonu, fosforu,
siarkowodoru (zapach ścieków), spawania, spalonej sierści. Pioruny
kuliste powstają w zamkniętych pomieszczeniach, miejsca
wytworzenia się języków ognia są dość ciekawe: kontakt elektryczny,
piec, radio lub telewizor, bezpiecznik elektryczny, wyłącznik
elektryczny, telefon oraz licznik kilowatogodzin prądu elektrycznego
lub grzejnik centralnego ogrzewania. Gdy się porusza może np. stopić
kawałek metalu (przewód elektryczny, antena telewizyjna lub kadłub
samolotu), zerwać kawał asfaltu, wypalić kilka otworów w ścianie
stojącej mu na drodze - to są szkody materialne. Zdarzają się niestety
tragiczne przypadki, kiedy to piorun kulisty zabija człowieka. Z
wybuchem pioruna kulistego jest jak z petardą. Podczas wybuchu na
świeżym powietrzu z reguły nie czyni nikomu szkody (chyba, że
popękane bębenki w uszach), ale kiedy eksploduje w zamkniętym
pomieszczeniu, może spowodować pewne uszkodzenia (zniszczenie
domku letniskowego, rozwalenie budki transformatorowej).
miejsce powstawania
wybuch pioruna
Dżety i sprajty
Nowo odkryte zjawiska. Zostały one zaobserwowane
przez pilotów latających ponad pułapem chmur
burzowych. W przeciwieństwie do znanych nam
wyładowań (pioruny) dżety i sprajty strzelają do góry!
Dżety to błękitne stożki sięgające 36 km w górę,
przemieszczające się z prędkością 100 km/s. Sprajty
przypominają zaś swoim wyglądem duże czerwone
"meduzy" z zielonymi mackami skierowanymi do dołu.
Sięgają wysokości 90 km w górę. Widoczne przy
pomocy bardzo czułych kamer. Występują nad
wyładowaniami liniowymi, choć nie każde wyładowanie
tworzy sprajta.
Literatura:
1.
2.
3.
Allaby M., 2002, Niezwykła natura – POGODA, National
Geographic, Warszawa
Chromow S.P., 1969, Meteorologia i klimatologia,
Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa
http://meteo.ids.pl