Zjawiska optyczne



Zjawisko optyczne - każde zjawisko
dotyczące oddziaływania światła z materią.
W szczególności dotyczy to zjawisk
towarzyszących przechodzeniu światła
przez atmosferę ziemską.

Zjawisko Brockenu

Zjawisko Brockenu



Zjawisko Brockenu jest
zjawiskiem świetlnym rzadko
występującym w atmosferze
ziemskiej. Powstaje w górach,
przy niskim położeniu Słońca
nad horyzontem, gdy
powiększony do
nadnaturalnej wielkości cień
obserwatora pojawia się na
rozpostartych wprost przed
nim, albo niżej od niego
chmurach warstwowych,
zalegających w dolinach.



Zjawisko nazywane "widmem
Brockenu" po raz pierwszy
opisał Johann Esaias
Silberschlag w 1780 r. Nazwa
zjawiska pochodzi od szczytu
Brocken w górach Harz, gdzie
było ono obserwowane.

Słup światła

Słup światła



Pionowe słupy świetlne
przechodzą przez tarczę
Słońca lub Księżyca i
obserwowane powyżej i
poniżej tych ciał niebieskich,
oraz bezbarwny poziomy
krąg przysłoneczny,
położony na tej samej
wysokości kątowej co
Słońce.



W bezwietrzny mroźmy
poranek można czasami
zobaczyć, jak nad Słońcem
widać w powietrzu igły
połyskujące w jego
promieniach oraz słupy
świetlne. Słupy świetlne
bywają także czasami
widoczne podczas
bezwietrznej, mroźnej
pogody nad latarniami.

Słup światła



Aby można było
zaobserwować to
zjawisko musi w
powietrzu znajdować
się obłok kryształków
lodu, których ścianki
znajdują się w
poziomie. Wtedy
promienie odbijają się
od nich, jednak nie
widać słupów. Aby były
one widoczne, płytki
muszą być lekko
odchylone od linii
horyzontu. Wtedy
następuje załamanie
promieni słonecznych

Iryzacja

Iryzacja



Iryzacja to układy barw
przeważnie zielonych i
różowych, często o odcieniach
pastelowych, obserwowane na
chmurach, niekiedy
pomieszane, niekiedy zaś w
postaci smug prawie
równoległych do brzegów
chmur. Barwy iryzacji są często
błyszczące i przypominają
barwy masy perłowej.



Obłoki iryzujące są rzadkim
zjawiskiem. Były one
obserwowane głównie w Szkocji
i Skandynawii, ale również
donoszono o ich pojawianiu się
we Francji i na Alasce. Pomiary
wykazały, że obłoki iryzujące
obserwowane nad południową
Norwegią występowały na
wysokościach od 21 do 30 km.

Wieniec

Wieniec



Wieniec – to zjawisko
zachodzi wówczas, gdy
Słońce lub Księżyc są
przesłonięte cienką,
półprzeźroczystą warstwą
chmury lub mgły, zwykle ma
postać barwnej poświaty
(aureoli) wokół tarczy Słońca
lub Księżyca, niebieskiej od
strony wewnętrznej,
czerwonej na zewnątrz.



Często poświata jest otoczona
słabo zabarwionymi,
koncentrycznymi kręgami o
tym samym układzie barw,
niekiedy pojawiają się tylko
pierścienie, a poświata nie
występuje. Wieńce powstają
wskutek dyfrakcji światła w
warstwie chmury lub mgły.

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 padało. Uwaga. Jeśli chmura lub mgła
są dość blisko obserwatora, jego cień wydaje się
bardzo duży; nazywa się to wówczas zjawiskiem
Brockena, niezależnie od tego czy jest otoczony,
czy też nie jest otoczony barwną glorią.

Tęcza



Tęcza jest to zjawisko optyczne i meteorologiczne
występujące w postaci charakterystycznego
wielobarwnego łuku, widocznego gdy Słońce
oświetla krople wody w ziemskiej atmosferze. Tęcza
powstaje w wyniku rozszczepienia światła
załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli
wody (np. deszczu) o kształcie zbliżonym do
kulistego.



Rozszczepienie światła jest wynikiem zjawiska
dyspersji, powodującego różnice w kącie załamania
światła o różnej długości fali przy przejściu z
powietrza do wody i z wody do powietrza.



Pomimo faktu, że w tęczy występuje niemal ciągłe
widmo kolorów, tradycyjnie uznaje się, że kolorami
tęczy są: czerwony (na zewnątrz łuku),
pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i
fioletowy (wewnątrz łuku).

Tęcza wtórna i następne



Czasami można
zaobserwować drugą
(wtórną) mniej jasną tęczę,
znajdującą się na zewnątrz
tęczy właściwej. Tęcza
wtórna tworzy łuk o kącie
widzenia 50-53° i powstaje w
wyniku dwukrotnego odbicia
światła wewnątrz kropli wody.
Ponieważ odbicie zachodzi
dwukrotnie, a różnice w kącie
rozproszenia światła w
zależności od miejsca
padania światła na kroplę są
większe, tęcza wtórna jest
mniej intensywna i szersza
od tęczy pierwotnej.



Trzecia (potrójna) tęcza może być
zaobserwowana, jeśli spełnione są
odpowiednie warunki takie jak optymalny kąt
i intensywność padania promieni
słonecznych, dobra widoczność itp. W
niektórych przypadkach możliwe jest również
występowanie tęczy poczwórnych, w których
najbardziej zewnętrzny łuk jest niejednolity, a
kolory ułożone w specyficzny, "pulsacyjny"
sposób. Co ciekawe, tęcze tego typu
występują po tej samej stronie nieba co
Słońce, co czyni je trudnymi do dostrzeżenia
z uwagi na intensywność światła samego
Słońca.

Tęcze wielokrotne

Tęcza wielokrotna



Czasami występują przepiękne zjawiska
tęczowe składające się z szeregu mniej
widocznych łuków znajdujących się
wewnątrz tęczy właściwej, a bardzo
rzadko również i na zewnątrz łuku tęczy
wtórnej. W łukach tych kolory są położone
blisko siebie, tak że trudno w nich
rozróżnić pełną gamę kolorów tęczy. Tęcze
takie noszą nazwę wielokrotnych, a ich
występowanie nie jest możliwe do
wytłumaczenia przy użyciu optyki
geometrycznej układu optycznego jakim
jest kropla wody.



Tęcze takie tworzą się w wyniku
interferencji promieni światła załamanych
pod mniejszym kątem, bo padły bliżej
środka kropli, oraz promieni z maksimum,
które uległy dyfrakcji (teoria Airy'ego).
Gdy te dwa promienie po wyjściu z kropli
będą w fazie fali, wzajemnie wzmocnią się
(powstaną jaśniejsze kręgi), gdy fale będą
miały przeciwne fazy, wytłumią się (kręgi
ciemniejsze). Warunki fazowe zależą od
długości fali, dlatego kręgi są kolorowe.

Halo

Halo



Halo powstaje na skutek
załamania światła w
chmurze zawierającej
kryształki lodu. Występuje,
jako barwny, biały lub w
przeważającej części biały,
świetlisty pierścień, w
którego środku znajduje
się tarcza Słońca lub
Księżyca.



zwykle słabo widoczne
zabarwienie czerwone od
wewnątrz i w rzadkich
przypadkach fioletowe na
zewnątrz. Część nieba
wewnątrz kręgu jest
wyraźnie ciemniejsza niż
na zewnątrz.

Miraż

Miraż na pustyni



Miraż, fatamorgana –
zjawisko powstania
pozornego obrazu
odległego przedmiotu w
wyniku różnych
współczynników załamania
światła w warstwach
powietrza o różnej
temperaturze, a co za tym
idzie, gęstości. Początkowo
fatamorganą nazywano
miraże pojawiające się w
Cieśninie Mesyńskiej, gdzie
są one najefektowniejsze.
W Polsce pojawiają się na
Pustyni Błędowskiej oraz na
Wyżynie Śląskiej. Miraże
dzielą się na 2 rodzaje –
miraż dolny i górny.

Rodzaje mirażu

Miraż dolny

Miraż dolny



Miraż dolny obserwuje się
pod horyzontem.
Decydującym czynnikiem
warunkującym jego
powstawanie jest
dostatecznie silne
nagrzanie dużej
powierzchni podłoża (np.
piasku na pustyni,
asfaltowej szosy, ściany
dużego budynku itp.).
Promienie świetlne są
wówczas zakrzywiane w
górę, ku chłodniejszemu, a
więc gęstszemu powietrzu

Miraż górny

Powstawanie mirażu

górnego



Miraż górny to zjawisko
załamania występujące
wielokrotnie w kolejnych
warstwach powietrza,
powodujące że światło
rozchodzi się po linii
krzywej. Jeżeli
obserwator znajdzie się w
miejscu, gdzie dochodzi
światło odbite od statku,
to na przedłużeniu
promieni wpadających do
jego oka, zobaczy prosty
obraz statku na tle nieba.

Zorza polarna

Zorza polarna



Zorze polarne
występują w postaci
wstęg (intensywne) lub
plam (mniej
intensywne) podobnych
do obłoków.



W większości
przypadków mają
odcień zielony lub
niebieskoszary.

Powstawanie zorzy
polarnej

Zorza polarna wokół

bieguna południowego



Linie pola magnetycznego
Ziemi wychodzą z obszaru
przylegającgo do
północnego bieguna,
opasują kulę ziemską i
wchodzą w obszarze
południowego bieguna
magnetycznego. Cząstka
naładowana wpadając w
pole magnetyczne Ziemi
porusza się ruchem
spiralnym wokół linii pola.



Zorza polarna powstaje tam,
gdzie wzbudzone atomy
gazów oddają otrzymaną
energię w postaci światła.

Zaćmienie Słońca



Zaćmienie Słońca
powstaje, gdy Księżyc
znajdzie się pomiędzy
Słońcem a Ziemią i
tym samym przesłoni
światło słoneczne.

obrączkowe

Rodzaje zaćmień



zaćmienie częściowe – występuje, gdy obserwator nie znajduje się
wystarczająco blisko przedłużenia linii łączącej Słońce i Księżyc, by znaleźć
się całkowicie w cieniu Księżyca, lecz na tyle blisko, że znajduje się w
półcieniu.



zaćmienie całkowite – występuje, gdy obserwator znajduje się w cieniu
Księżyca. W takim przypadku widoczna staje się korona śłoneczna. Jest to
możliwe dzięki temu, że obserwowane rozmiary kątowe Księżyca są tylko
nieznacznie większe od rozmiarów kątowych Słońca i w przypadku zaćmienia
całkowitego, Księżyc przysłania całkowicie powierzchnię Słońca, ale nie
przysłania korony słonecznej. Na kilka chwil przed całkowitym przesłonięciem
Słońca przez Księżyc powstaje przepiękne zjawisko nazywane poetycko
pierścieniem z diamentem.



zaćmienie obrączkowe – zwane również zaćmieniem pierścieniowym
występuje wtedy, gdy, podobnie jak w przypadku zaćmienia całkowitego,
obserwator znajduje się bardzo blisko przedłużenia linii łączącej Słońce i
Księżyc. W odróżnieniu jednak od zaćmienia całkowitego, w przypadku
zaćmienia pierścieniowego rozmiary kątowe Księżyca są mniejsze niż
rozmiary kątowe Słońca. Dzieje się tak, wtedy, gdy zaćmienie ma miejsce w
czasie, gdy Księżyc znajduje się w pobliżu apogeum swojej orbity, czyli w
pozycji najbardziej oddalonej od Ziemi.



zaćmienie hybrydowe – zachodzi wówczas, gdy w pewnych miejscach
Ziemi to samo zaćmienie jest całkowite, a w innych obrączkowe. Tylko około
5% wszystkich zaćmień jest hybrydowych.

Zaćmienie Księżyca



Zaćmienie Księżyca
zachodzi, gdy Ziemia
znajduje się między
Słońcem a Księżycem
i Księżyc (naturalny
satelita Ziemi)
"wejdzie" w stożek
cienia Ziemi.

Zjawisko cienia i

półcienia

Powstanie cienia i

półcienia



Światło rozchodzi się po
linii prostej, więc gdy
napotka przeszkodę o
rozmiarach podobnych
z długością fali λ , to z
tyłu za nią pojawi się
cień. Jeżeli źródło
światła jest punktowe
to utworzy się cień
pełny, a jeżeli źródło
światła będzie miało
duże rozmiary liniowe,
to z tyłu przedmiotu
utworzą się obszary
cienia i półcienia.

Błyskawica



Błyskawica to zjawisko
świetlne towarzyszące
nagłemu wyładowaniu
elektryczności
atmosferycznej,
przejawiających się
krótkim i silnym
błyskiem, to potężna
iskra elektryczna o
długości kilku
kilometrów.
Wyładowanie to może
występować z chmury
lub wewnątrz chmury,
a znacznie rzadziej z
wysokich budynków i
ze szczytów gór.

Rodzaje błyskawic

Prezentacje przygotowała
Magdalena Łukomska
Kl. III b g