Колір неба - це явище, яке ми бачимо щодня, виходячи з дому. Він може бути різними відтінками від ніжно-блакитного до глибокого синього. Ми часто задаємося питанням, чому саме такий колір має наше небо. Відповідь на це питання криється в розсіянні світла.
Розсіяння світла - це фізичне явище, при якому падаючий на об'єкт світло відбивається на всі боки. Коли світло від сонця потрапляє в атмосферу Землі, воно взаємодіє з усіма молекулами і частинками в повітрі.
Повітря складається з різних молекул і частинок, таких як азот, кисень, водяні пари та інші. Коли світло проходить через атмосферу, воно стикається з цими молекулами та частинками. Молекули повітря розбивають світло на різні складові, або кольору. Саме ці різні кольори і формують видимий нам спектр кольорів неба.
Що таке розсіювання світла і як воно пояснює колір неба?
Основним механізмом розсіювання світла в атмосфері є Розсіювання Релея. В його основі лежить залежність інтенсивності розсіяного світла від його довжини хвилі. Короткохвильове Світло (синє та фіолетове) розсіюється сильніше, ніж довгохвильове світло (оранжеве та червоне).
Коли Сонце випромінює світло, воно включає всі кольори спектру, включаючи фіолетовий, синій, зелений, жовтий, оранжевий та червоний. Коли світло Сонця проходить через атмосферу, воно взаємодіє з його частинками, а короткохвильові (сині та фіолетові) промені розсіюються у всіх напрямках.
Протягом дня, коли Сонце знаходиться високо на небі, світло проходить через меншу кількість атмосфери і синій колір розсіюється більше інших. Це призводить до того, що небо виглядає блакитним.
Однак, коли Сонце знаходиться ближче до горизонту, світло проходить через велику кількість атмосфери, а коротші промені хвилі розсіюються ще сильніше. В результаті, сонячне світло стає червоним або помаранчевим, і тому небо в ці моменти набуває красиві відтінки рожевого і оранжевого кольору під час заходу і сходу сонця.
Таким чином, розсіювання світла пояснює колір неба: блакитний колір неба під час дня пов'язаний з розсіюванням синього і фіолетового світла, а червоні і помаранчеві відтінки неба під час заходу і Сходу - з розсіюванням довгохвильового світла.
Розсіювання світла: визначення та принципи
Головними принципами розсіювання світла є закони збереження енергії та імпульсу. Кожна частинка речовини, на яку падає світло, відчуває вплив електромагнітного поля світлової хвилі. В результаті цього впливу відбувається зміна траєкторії руху фотонів.
При розсіюванні світла можливі два основних типи процесів: еластичне та нееластичне розсіювання. У разі еластичного розсіювання фотон змінює напрямок свого руху, але зберігає свою енергію та частоту. Нееластичне розсіювання, в свою чергу, призводить до зміни як напрямку, так і енергії світла.
| Тип розсіювання | Опис |
|---|---|
| Релеєвське розсіювання | Виникає при взаємодії світла з частинками повітря і молекулами газів в атмосфері. Розсіяне світло має більш коротку довжину хвилі, що призводить до появи синього кольору неба. |
| Міївське розсіювання | Пов'язано з розсіюванням світла на мікроскопічних частинках, таких як пил або дощові краплі. Розсіяне світло має різні кольори залежно від розміру частинок, викликаючи такі ефекти, як сутінкове сяйво або веселка. |
Розсіювання світла відіграє не тільки важливу роль у формуванні кольору неба, але також є основою для створення оптичних явищ, таких як голограми, дифракція та інтерференція світла.
Інтерференція та Дифракція світла: основні фактори розсіювання світла
Інтерференція являє собою явище, при якому зустрічаються два або більше світлових хвиль їх амплітуди підсумовуються або віднімаються. Це відбувається через їх різниці фаз і довжини хвиль. Інтерференція світла впливає на розсіювання світла – в результаті цього процесу одні частоти світла стають більш видимими, а інші – менш.
Дифракція світла-це явище, коли світлові хвилі проходять через бар'єри або отвори і згинаються, утворюючи інтерференційні смуги. Дифракція також впливає на колір неба – тривимірну перешкоду, через яку проходить світло сонця. Через дифракцію та інтерференцію світлові хвилі різної довжини проходять по-різному через атмосферу. Як результат, різні частоти світла розсіюються по-різному, що призводить до зміни кольору неба.
В цілому, розсіювання світла обумовлено декількома факторами, такими як інтерференція і дифракція світлових хвиль. Вони пояснюють, чому небо змінює свій колір у різний час доби. Це захоплююче явище, яке досі викликає інтерес і вивчається вченими.
Вплив атмосфери на розсіювання світла
Атмосфера відіграє важливу роль у розсіюванні світла і визначає колір неба, який ми бачимо. Розсіювання світла відбувається, коли світлові хвилі від сонця стикаються з молекулами і частинками в атмосфері, змінюючи їх напрямок і розсіюючись в різні боки.
Розсіювання світла залежить від довжини хвилі світла. Світло коротшої довжини хвилі, таке як синє та фіолетове, розсіюється сильніше, ніж світло довшої довжини хвилі, таке як червоне та оранжеве. Саме тому ми бачимо небо блакитним в більшості випадків: короткохвильове синє світло розсіюється більше, ніж інші кольори, і відбивається на всі боки, створюючи блакитне небо.
Іншим фактором, що впливає на розсіювання світла, є кількість і тип частинок в атмосфері. Наприклад, в блакитному небі велику роль відіграють частинки води і кисню, які розсіюють короткохвильове синє світло. У той же час, Схід і захід сонця, коли Сонце знаходиться низько над горизонтом, створює червоні і помаранчеві відтінки неба, тому що світло повинен пройти через більш товстий шар атмосфери, що містить більше частинок.
Розсіювання світла також може бути змінено різними факторами, такими як забруднення атмосфери та погодні умови. Наприклад, при наявності великої кількості пилу або диму в атмосфері, світло буде розсіюватися сильніше, що може створити різні відтінки неба. Також, при зміні погодних умов, таких як хмарність або опади, колір неба може змінюватися.
| Блакитне небо | Червоне небо при заході сонця |
Біле світло та його складові кольори
Відомо, що біле світло може бути розкладений на спектральні складові за допомогою призми або дифракційної решітки. При проходженні через ці оптичні елементи, білий світ розщеплюється на всі кольори веселки - червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий.
Кожен з кольорів у спектрі має свою довжину хвилі: червоний має найдовшу, а фіолетовий - найкоротшу. Крім того, кожен колір має свою інтенсивність або яскравість. Разом, всі ці кольори змішуються і створюють враження білого світла для нашого ока.
Однак, ми можемо бачити не тільки біле світло. Якщо один з кольорів спектра відсутній або має низьку інтенсивність, то ми бачимо світло з забарвленням. Наприклад, коли бачимо червоне світло, значить що всі інші кольори спектра відфільтровані або поглинені, залишивши тільки червоний. Таким чином, кольори спектра - це основні складові білого світла, і саме їх комбінація створює широкий спектр всіляких відтінків і кольорів, яких ми можемо бачити.
- Червоний колір має найдовшу хвилю і найбільшу довжину хвилі, близьку до 700 нм.
- Помаранчевий колір розташований між червоним і жовтим і має довжину хвилі близько 620 нм.
- Жовтий колір має довжину хвилі близько 580 нм.
- Зелений колір має довжину хвилі близько 550 нм.
- Блакитний колір має довжину хвилі близько 490 нм.
- Синій колір розташований між блакитним і фіолетовим і має довжину хвилі близько 450 нм.
- Фіолетовий колір має найкоротшу довжину хвилі під 400 нм.
Поєднання різних інтенсивностей і співвідношень між цими основними кольорами створюють величезну кількість кольорів, які ми бачимо в повсякденному житті. Крім того, за допомогою кольорових фільтрів або екранів ми можемо змінювати пропорції та інтенсивність кольорів, створюючи нові відтінки та ефекти.