Trong một thời gian dài, những ảo ảnh, những bóng người chập chờn trong không trung, khiến mọi người hoảng hốt và khiếp sợ. Ngày nay, các nhà khoa học đã tiết lộ nhiều bí mật của tự nhiên, trong đó có hiện tượng quang học. Họ không ngạc nhiên trước những bí ẩn tự nhiên, điều cốt yếu đã được nghiên cứu từ lâu. Ở trường phổ thông hiện nay, các hiện tượng quang học được dạy trong vật lý lớp 8, vì vậy bất kỳ học sinh nào cũng có thể hiểu được bản chất của chúng.
Khái niệm cơ bản
Các nhà khoa học thời cổ đại tin rằng mắt người nhìn bằng cách cảm nhận các vật thể có xúc tu mỏng nhất. Quang học vào thời điểm đó là ngành nghiên cứu về thị giác.
Vào thời Trung cổ, quang học nghiên cứu ánh sáng và bản chất của nó.
Ngày nay, quang học là một phần của vật lý học nghiên cứu sự truyền của ánh sáng qua các phương tiện truyền thông khác nhau và sự tương tác của nó với các chất khác. Tất cả các vấn đề liên quan đến thị lực đều được nghiên cứu bằng quang học sinh lý học.
Hiện tượng quang học là biểu hiện của các hành động đa dạng được thực hiện bởi các tia sáng. Chúng được nghiên cứu bằng quang học khí quyển.
Quá trình bất thường trong bầu khí quyển
Hành tinh Trái đất được bao quanh bởi một lớp vỏ khí gọi là khí quyển. Độ dày của nó là hàng trăm km. Gần Trái đất hơn, bầu khí quyển dày đặc hơn, theo hướngtrở lên là thưa thớt. Tính chất vật lý của lớp vỏ khí quyển liên tục thay đổi, các lớp lẫn lộn. Thay đổi nhiệt độ. Sự thay đổi mật độ, độ trong suốt.
Tia sáng đi từ Mặt trời và các thiên thể khác về phía Trái đất. Chúng đi qua bầu khí quyển của Trái đất, đóng vai trò như một hệ thống quang học cụ thể đối với chúng, làm thay đổi các đặc tính của nó. Các tia sáng phản xạ, tán xạ, đi qua khí quyển, chiếu sáng trái đất. Trong những điều kiện nhất định, đường đi của các tia bị bẻ cong, do đó các hiện tượng khác nhau xảy ra. Các nhà vật lý coi các hiện tượng quang học nguyên bản nhất:
- nắng hoàng hôn;
- xuất hiện của cầu vồng;
- đèn phía bắc;
- ảo ảnh;
- hào quang.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn chúng.
Vầng hào quang quanh Mặt trời
Từ "hào quang" trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là "vòng tròn". Hiện tượng quang học nào làm nền cho nó?
Vầng hào quang là quá trình khúc xạ và phản xạ các tia xảy ra trong các tinh thể mây cao trong khí quyển. Hiện tượng này trông giống như những tia sáng gần Mặt trời, bị giới hạn bởi một khoảng tối. Halos thường hình thành trước lốc xoáy và có thể là tiền thân của chúng.
Giọt nước đóng băng trong không khí và có hình lăng trụ chính xác với sáu cạnh. Mọi người đều quen thuộc với các băng xuất hiện ở các tầng khí quyển thấp hơn. Ở phía trên, các kim băng như vậy rơi tự do theo phương thẳng đứng. Các tảng băng tinh thể đang quay, rơi xuống mặt đất, trong khi chúng có sự sắp xếp song song dọc theoquan hệ với trái đất. Một người hướng tầm nhìn qua các tinh thể, hoạt động như thấu kính và khúc xạ ánh sáng.
Các lăng kính khác phẳng hoặc trông giống như những ngôi sao có sáu tia. Các tia sáng rơi vào tinh thể có thể không bị khúc xạ hoặc trải qua một số quá trình khác. Điều hiếm khi xảy ra là tất cả các quá trình đều có thể nhìn thấy rõ ràng, thường thì một phần hoặc một phần khác của hiện tượng xuất hiện rõ ràng hơn, trong khi những phần khác được thể hiện kém.
Một vầng hào quang nhỏ là một vòng tròn xung quanh mặt trời với bán kính khoảng 22 độ. Màu sắc của hình tròn là đỏ từ bên trong, sau đó chảy thành màu vàng, trắng và hòa với bầu trời xanh. Vùng bên trong của hình tròn là vùng tối. Nó được hình thành do hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong các kim băng bay trong không khí. Các tia trong lăng kính bị lệch đi một góc 22 độ, do đó tia đi qua tinh thể đối với người quan sát bị lệch đi 22 độ. Do đó, bên trong có vẻ tối.
Màu đỏ ít khúc xạ hơn, ít bị ánh nắng làm lệch hướng nhất. Tiếp theo là màu vàng. Các tia khác trộn lẫn và xuất hiện màu trắng.
Có một vầng hào quang 46 độ xung quanh vầng hào quang 22 độ. Vùng bên trong của nó cũng có màu đỏ vì ánh sáng bị khúc xạ trong các kim băng có hướng 90 độ đối diện với mặt trời.
Quầng sáng 90 độ hay còn gọi là quầng sáng mờ, gần như không có màu hoặc có màu đỏ bên ngoài. Các nhà khoa học vẫn chưa nghiên cứu đầy đủ về giống này.
Vầng hào quang quanh Mặt trăngvà các loài khác
Hiện tượng quang học này thường được nhìn thấy khi có những đám mây nhẹ và nhiều băng kết tinh nhỏ trôi nổi trên bầu trời. Mỗi tinh thể như vậy là một loại lăng kính. Về cơ bản, hình dạng của chúng là những hình lục giác thuôn dài. Ánh sáng đi vào vùng tinh thể phía trước và đi ra khỏi phần đối diện, bị khúc xạ 22 độ.
Vào mùa đông, có thể nhìn thấy quầng sáng trong không khí lạnh gần đèn đường. Nó xuất hiện từ ánh sáng của một chiếc đèn lồng.
Vầng hào quang xung quanh Mặt trời cũng có thể hình thành trong không khí băng giá có tuyết. Những bông tuyết bay trong không khí, ánh sáng xuyên qua những đám mây. Vào buổi tối hoàng hôn, ánh sáng này chuyển sang màu đỏ. Trong những thế kỷ trước, những người mê tín đã rất kinh hoàng trước những hiện tượng như vậy.
Vầng hào quang có thể trông giống như một vòng tròn màu cầu vồng xung quanh Mặt trời. Nó xuất hiện nếu có nhiều tinh thể có sáu mặt trong khí quyển, nhưng chúng không phản xạ mà khúc xạ các tia sáng mặt trời. Hầu hết các tia sáng bị phân tán, không đến được mắt của chúng ta. Phần còn lại của các tia tới mắt người, và chúng ta nhận thấy một vòng tròn óng ánh xung quanh Mặt trời. Bán kính của nó là khoảng 22 độ hoặc 46 độ.
Mặt trời giả
Các nhà khoa học đã ghi nhận rằng vòng tròn hào quang luôn sáng hơn ở các phía. Điều này được giải thích bởi thực tế là các quầng sáng theo chiều dọc và chiều ngang gặp nhau ở đây. Mặt trời giả có thể xuất hiện tại các giao lộ của chúng. Điều này đặc biệt xảy ra khi Mặt trời ở gần đường chân trời, lúc đó chúng ta không còn có thể nhìn thấy một phần của vòng tròn thẳng đứng.
Mặt trời giả cũng là một hiện tượng quang học, một loại vầng hào quang. Nó xuất hiện docác tinh thể băng có sáu mặt, hình móng tay. Những tinh thể như vậy bay lơ lửng trong khí quyển theo hướng thẳng đứng, ánh sáng bị khúc xạ ở mặt bên của chúng.
"Mặt trời" thứ ba cũng có thể hình thành nếu chỉ nhìn thấy phần bề mặt của vòng tròn hào quang phía trên mặt trời thật. Nó có thể là một đoạn của một vòng cung hoặc một điểm sáng có hình dạng khó hiểu. Đôi khi Mặt trời giả sáng đến mức không thể phân biệt được với Mặt trời thật.
Cầu vồng
Đây là một hiện tượng quang học trong khí quyển ở dạng một vòng tròn không hoàn chỉnh với các màu sắc khác nhau.
Các tôn giáo thời cổ đại coi cầu vồng là cầu nối từ trời xuống đất. Aristotle tin rằng cầu vồng xuất hiện do sự phản chiếu của những giọt ánh sáng mặt trời. Hiện tượng quang học nào vẫn có thể làm hài lòng một người nhiều như cầu vồng?
Vào thế kỷ 17, Descartes đã nghiên cứu bản chất của cầu vồng. Sau đó, Newton đã thử nghiệm với ánh sáng và bổ sung lý thuyết của Descartes, nhưng không thể hiểu được sự hình thành của một số cầu vồng, do không có các sắc thái màu riêng lẻ trong chúng.
Lý thuyết hoàn chỉnh về cầu vồng được trình bày vào thế kỷ 19 bởi một nhà thiên văn học người Anh, D. Erie. Chính ông là người đã tiết lộ tất cả các quá trình của cầu vồng. Lý thuyết mà ông phát triển vẫn được chấp nhận cho đến ngày nay.
Cầu vồng xuất hiện khi ánh sáng của Mặt trời chiếu vào một bức màn nước mưa trên bầu trời đối diện với Mặt trời. Tâm của cầu vồng nằm ở một điểm ở phía xa của Mặt trời, tức là mắt người không thể nhìn thấy nó. Cung của cầu vồng là một phần của vòng tròn xung quanh điểm trung tâm này.
Các màu trong cầu vồng được sắp xếp theo một thứ tự nhất định. Anh ấy không đổi. Màu đỏ ở cạnh trên, màu tím ở cạnh dưới. Giữa chúng, màu sắc đi theo một sự sắp xếp chặt chẽ. Cầu vồng không chứa tất cả các màu hiện có. Màu xanh lá cây chiếm ưu thế cho thấy sự chuyển đổi sang thời tiết thuận lợi.
Aurora Borealis
Đây là sự phát sáng trong các lớp từ tính phía trên của khí quyển do ảnh hưởng lẫn nhau của các nguyên tử và nguyên tố của gió mặt trời. Cực quang thường có màu xanh lá cây hoặc xanh lam với chút hồng và đỏ. Chúng có thể ở dạng dải băng hoặc vết đốm. Các vụ nổ của chúng thường kèm theo âm thanh ồn ào.
Mirage
Những trò lừa dối ảo ảnh đơn giản quen thuộc với bất kỳ người nào. Ví dụ, khi lái xe trên đường nhựa nóng, một ảo ảnh xuất hiện dưới dạng mặt nước. Điều này không có gì ngạc nhiên đối với bất kỳ ai. Hiện tượng quang học nào giải thích sự xuất hiện của mirage? Hãy xem xét vấn đề này một cách chi tiết hơn.
Mirage là một hiện tượng vật lý quang học trong khí quyển, do đó mắt nhìn thấy các vật thể bị che khuất tầm nhìn trong điều kiện bình thường. Điều này là do sự khúc xạ của chùm ánh sáng khi nó đi qua các lớp không khí. Các vật thể ở một khoảng cách đáng kể có thể tăng hoặc giảm so với vị trí thực của chúng hoặc có thể bị bóp méo và có hình dạng kỳ lạ.
Brocken Ghost
Đây là hiện tượng trong đó, vào lúc hoàng hôn hoặc bình minh, bóng của một người đang ở trên cao thu được những tỷ lệ không thể hiểu được, khi nó rơi xuống những đám mây gần đó. Điều này được giải thíchsự phản xạ và khúc xạ của tia sáng bởi các giọt nước trong điều kiện sương mù. Hiện tượng này được đặt tên theo một trong những độ cao của dãy núi Harz ở Đức.
St. Elmo's Fire
Đây là những bàn chải dạ quang có màu xanh lam hoặc tím trên cột buồm của tàu biển. Đèn có thể xuất hiện trên các độ cao đồi núi, trên các tòa nhà có độ cao ấn tượng. Hiện tượng này xảy ra do phóng điện ở hai đầu vật dẫn do lực căng điện tăng lên.
Đây là các hiện tượng quang học được xét trong các bài học lớp 8. Hãy nói về các thiết bị quang học.
Thiết kế trong quang học
Thiết bị quang học là thiết bị chuyển đổi bức xạ ánh sáng. Thông thường, các thiết bị này hoạt động trong ánh sáng nhìn thấy.
Tất cả các thiết bị quang học có thể được chia thành hai loại:
- Thiết bị thu được hình ảnh trên màn hình. Đây là máy ảnh, máy quay phim, thiết bị chiếu.
- Thiết bị tương tác với mắt người, nhưng không tạo hình ảnh trên màn hình. Đây là kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn. Những thiết bị này được coi là trực quan.
Máy ảnh là một thiết bị quang học dùng để thu hình ảnh của một vật thể trên phim. Thiết kế của máy bao gồm camera và các thấu kính tạo thành ống kính. Thấu kính tạo ra hình ảnh thu nhỏ ngược của vật thể được chụp trên phim. Điều này là do tác động của ánh sáng.
Hình ảnh ban đầu không thể nhìn thấy được, nhưng nhờ giải pháp đang phát triển, nó sẽ hiển thị. Hình ảnh này được gọi làâm, trong đó nơi sáng trông tối, và ngược lại. Tạo dương từ cực âm trên giấy cảm quang. Sử dụng trình phóng to ảnh, hình ảnh sẽ được phóng to.
Kính lúp là một thấu kính hoặc hệ thống thấu kính được thiết kế để phóng đại các vật khi nhìn vào chúng. Kính lúp đặt cạnh mắt cách mắt nhìn rõ vật là khoảng nào. Việc sử dụng kính lúp dựa trên việc tăng góc nhìn từ đó vật thể được quan sát.
Để có độ phóng đại góc hơn, hãy sử dụng kính hiển vi. Trong thiết bị này, sự phóng đại của các đối tượng xảy ra do hệ thống quang học, bao gồm một thấu kính và thị kính. Đầu tiên, góc xem được tăng lên bởi thấu kính, sau đó là thị kính.
Vì vậy, chúng tôi đã xem xét các hiện tượng và thiết bị quang học chính, giống và tính năng của chúng.
