Почему закат красный с точки зрения физики. Тема: «Почему закат красный…. Какого цвета Солнце, небо и тучи? Объяснение для детей с точки зрения физики
Одной из отличительных черт человека является любознательность. Наверное, каждый, будучи ребенком, смотрел на небо и задавался вопросом: «почему небо голубое?». Как оказывается, ответы на такие, кажется, простые вопросы требуют некоторой базы знаний в области физики, а потому не каждый родитель сможет верно объяснить ребенку причину указанного явления.
Рассмотрим данный вопрос с научной точки зрения.
Диапазон длин волн электромагнитного излучения охватывает почти весь спектр электромагнитного излучения, в который входит и видимое для человека излучение. На представленном ниже изображении показана зависимость интенсивности излучения Солнца от длины волны этого излучения.
Анализируя данное изображение, можно отметить тот факт, что видимое излучение также представлено неравномерной интенсивностью для излучения различных длин волн. Так относительно малый вклад в видимое излучение дает фиолетовый цвет, и наибольший – синий и зеленый цвета.
Почему небо голубое?
Прежде всего на этот вопрос нас наталкивает тот факт, что воздух – бесцветный газ и не должен излучать синий свет. Очевидно, что причиной подобного излучения является наша звезда.
Как известно, белый свет на самом деле является комбинацией излучения всех цветов видимого спектра. С помощью призмы можно явно разложить свет на весь диапазон цветов. Подобный эффект возникает в небе после дождя и образует радугу. Когда же солнечный свет попадает в земную атмосферу, он начинает рассеиваться, т.е. излучение меняет свое направление. Однако, особенность состава воздуха такова, что при попадании света в него, излучение с короткой длиной волны рассеивается сильнее, чем длинноволновое излучение. Таким образом, беря во внимание изображенный ранее спектр, можно заметить, что красный и оранжевый свет, практически не будут менять своей траектории, проходя через воздух, в то время как фиолетовое и голубое излучения будут заметно менять свое направление. По этой причине в воздухе возникает некий «блуждающий» коротковолновый свет, который постоянно рассеивается в этой среде. В результате описанного явления, кажется, что коротковолновое излучение видимого спектра (фиолетовый, голубой, синий) излучается в каждой точке неба.
Общеизвестный факт восприятия излучения состоит в том, что глаз человека может уловить, увидеть, излучение только в том случае, если оно непосредственно попало в глаз. Тогда, смотря в небо, Вы вероятнее всего будете видеть оттенки того видимого излучения, длина волны которого наименьшая, так как именно оно рассеивается в воздухе лучше всего.
Почему же смотря на Солнце Вы не видите отчетливо красный цвет? Во-первых, внимательно рассмотреть Солнце человеку вряд ли удастся, так как интенсивное излучение может повредить зрительный орган. Во-вторых, несмотря на существование такого явления как рассеяние света в воздухе, все же большая часть света, излучаемого Солнцем, доходит до поверхности Земли не подвергаясь рассеиванию. А потому все цвета видимого спектра излучения совмещаются, формируя свет с более выраженным белым цветом.
Вернемся к рассеянному воздухом свету, цвет которого, как мы уже определили, должен иметь наименьшую длину волны. Из видимого излучения наименьшей длиной волны обладает фиолетовый, следом идет голубой, и несколько длиннее волны имеет синий цвет. Принимая во внимание неравномерную интенсивность излучения Солнца, становится ясно, что вклад фиолетового цвета мизерный. Поэтому наибольший вклад в рассеянное воздухом излучение несет голубой цвет, а следом – синий.
Почему закат красный?
В случае, когда Солнце прячется за горизонт, мы можем наблюдать то самое длинноволновое излучение красного-оранжевого цвета. В данном случае свет от Солнца должен пройти заметно большее расстояние в атмосфере Земли, прежде чем достигнет глаз наблюдателя. В месте, где излучение Солнца начинает взаимодействовать с атмосферой, наиболее выраженными являются голубой и синий цвета. Однако, с расстоянием коротковолновое излучение теряет свою интенсивность, так как значительно рассеивается по пути. В то время как длинноволновое излучение отлично справляется с преодолением таких больших расстояний. Вот почему Солнце красное на закате.
Как было упомянуто раньше, хоть длинноволновое излучение и слабо рассеивается в воздухе, все же рассеяние имеет место быть. Поэтому находясь на горизонте, Солнце излучает свет, из которого до наблюдателя доходит лишь излучение красно-оранжевых оттенков, которое несколько успевает рассеяться в атмосфере, образуя ранее упомянутый «блуждающий» свет. Последний и окрашивает небо в пестрые оттенки красного и оранжевого цвета.
Почему облака белые?
Говоря об облаках, известно, что они состоят из микроскопических капелек жидкости, которая рассеивает видимый свет почти равномерно, независимо от длины волны излучения. Тогда рассеянный свет, направленный во все стороны от капельки, рассеивается вновь на других капельках. При этом комбинация излучений всех длин волн сохраняется, и облака «светятся» (отражаются) белым цветом.
Если погода пасмурная, то солнечное излучение доходит до поверхности Земли в незначительном количестве. В случае с большими облаками, или их большим количеством, некоторая доля солнечного света поглощается, потому небо тускнеет и принимает окрас серого цвета.
Свет любит подшучивать над нами, но, в результате, — разноцветное н ебо, ради которого стоит отправиться в путешествие.
Ответ на вопрос: «Почему небо голубое?» практически тоже, что и «Почему цвета существуют?» Цвет светлый, поскольку мы в состоянии принимать его. Небо состоит из множества цветов (доминирующий — синий), потому что пропитано светом.
Видимый свет — тип электромагнитной радиации — узкая часть широкого спектра энергии, которая включает радиоволны, микроволновые печи, ультрафиолетовый свет, рентген и гамма радиацию. Белый свет, который излучает солнце, является комбинацией всех различных длин электромагнитных волн, доступных для наших глаз.
Цвет проявляется, когда наши глаза сфокусированы только на некоторых волнах. Красный свет, например, является самой медленной волной, видимой нам: энергия перемещается в длинную и холмистую рябь. Синий, с другой стороны, представляется самым быстрым: энергия у которого дрожит в изменчивом и быстром ритме.
Небо меняет свой цвет на белый из-за солнца, которое поражает атмосферу Земли. Световые волны - наряду с остальной частью электромагнитного спектра — будут путешествовать по прямой линии, пока не наткнутся на что-нибудь.
Небо зачастую неподвластно нашему взору из-за присутствия сложных соединений газа и частиц. Белый свет проделывает огромный путь, чтобы пробраться от солнца к нашим глазам.
Самые пробиваемые — синие волны. За счёт маленьких размеров, эта волна имеет высокую вероятность быть поражённой в качестве препятствия и рассеяться по всем направлениям. В конечном итоге, небо с любой точки земного шара будет выглядеть голубым.
Когда целый спектр видимого цвета проникает сквозь небо, то едва различимы не только красные и синие волны, но и оранжевые, желтые, зелёные, фиолетовые..
Вглядываясь в небо в полдень, Вы заметите синее яйцо прекрасной малиновки, исполосованный сахарной ватой закат или драматический красный рассвет — это всё уловки света.
Так получается, что эти уловки облагораживают некоторые достопримечательности или помогают создать великолепные фотографии в путешествии.
Большую часть времени небо над поверхностью земли предстает в голубом окрасе. Но задумайтесь над этим: действительно ли небо такого цвета? Что на счёт дождливых дней или «красного неба ночью», что на радость морякам?
Небо синее из-за солнечного света, который взаимодействует с нашей атмосферой. Если Вы когда-нибудь играли с призмой или видели радугу, то наверняка знаете, что свет состоит из разнообразных цветов. Достаточно вспомнить известную фразу про охотника, желающего знать местоположение фазана. Таким образом, небо состоит из красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового цветов.
Эти цвета составляют мизерную часть электромагнитного спектра, который включает в себя ультрафиолетовые волны, микроволны и радиоволны. Соответственно, белый свет, который исходит от солнца, это комбинация различных длин электромагнитных волн, которые мы можем увидеть воочию.
Свет движет волнами абсолютно различных длин: короткими, создающие синий свет, и длинными, производящие красный свет. Благодаря тому, что солнечный свет достигает нашей атмосферы, молекулы в воздухе рассеивают синий цвет, позволяя пройти красному. Учёные называют это Рэлеевское рассеяние.
Когда солнце высоко в небе, оно проявляет свой истинный цвет: белый. На восходе солнца и закате, мы видим солнце в красных оттенках. Вызвано это тем, что солнечный свет проходит через толстый слой нашей атмосферы. Происходит рассеивание синего и зелёного света, что позволяет красному свету пройти и осветить облака великолепным алым, оранжевым и розовым.
Рэлеевское рассеяние может затронуть и Луну. Когда Луна проходит через отбрасываемую Землёю тень во время полного лунного затмения, синий и зелёный свет рассеяны в атмосфере Земли, уступая место красному свету. Наша атмосфера подобная лупе, которая отражает красный солнечный свет на Луну. Такое отображение может придать ей жуткий тёмно-красный оттенок.
Именно поэтому, многие культуры, включая австралийские коренные группы, связывают лунные затмения с кровью.
И наконец, где же начинается небо?
Это хитрый вопрос. Птица, летящая 50 метров над уровнем земли, находится в небе. Однако там же находятся и самолёты, но на высоте свыше 10.000 метров.
Небо — лишь часть нашей атмосферы. Огромное количество атмосферы простирается ввысь на 16 км, а это то место, где и происходит Рэлеевское рассеяние.
Расслабься и не дай змейке разюиться 😉
Для управления используй стрелки на клавиатуре ⌨
Существует миллионы вопросов, на которые будучи в детьми, мы не получаем ответа, а повзрослев просто стесняемся спросить. Одним из таких вопросов без ответа: «почему небо голубое». И все бы ничего, и без этих знаний можно прожить, но когда ребенок начинает задавать такие каверзные вопросы своим родителям — им часто становится стыдно, и они начинают менять тему. Далее ребенок вырастает не зная ответа, у него появляются свои дети и все снова повторяется. Давайте же разорвем этот «порочный круг» и разберемся в причинах почему небо синее. Рассмотрим вопрос со всех возможных точек зрения.
Явление голубого неба с точки зрения физики
Давайте сразу разберемся, небо голубое потому что атмосфера земли рассеивает свет солнца. Все исследования, проводимые последние 200-300 лет, сводятся именно к этому. Рассмотрим несколько аксиом, которые влияют на явление голубого неба:
- Белый свет солнца — это сочетание различных цветовых потоков. Белый цвет «отдельно» не существует. Как всем известно есть только 7 цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый), остальные цвета получаются только при их сочетании. Белый цвет получается при сочетании всех семи цветов. Стоит учесть, что имеются ввиду именно цвета, которые мы можем различить глазом.
- Атмосфера — не пустота, она состоит из многих газов: азот (78%), кислород (21%), углекислый газ, вода в различных ее состояниях (пар, кристаллы льда). Также вокруг нас витает много пыли, элементов различных металлов. Все они искажают белый свет солнца.
- Воздух, который нас окружает и которым мы дышим, на самом деле непрозрачный. Во всяком случае, в больших объемах. Мы же не в вакууме живем все-таки.
От этих трех фактов и будем отталкиваться далее.
История
Еще в 19-ом веке ученый по имени Джон Тиндалл провел исследования, которые доказали, что мы видим небо синим из-за частиц в атмосфере. У себя в лаборатории он искусственно создал туман с частицами пыли и направил на него яркий белый луч — цвет тумана поменялся на голубоватый. Спустя 30 лет, в 1899 году ученый-физик Рэлей опроверг исследования своего предшественника и опубликовал доказательства того, что небо голубое именно благодаря молекулам воздуха
, а не пыли в нем. Называется данное явление «диффузным излучением неба
» подробно об этом можно прочесть в «Википедии» .
Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. (Источник: Википедия)
Что такое свет? Свет — это поток фотонов, некоторые мы можем уловить глазом, а некоторые нет. Так, например, стандартный спектр цветов мы видим, а ультрафиолетовый, который также излучает солнце — нет. Какой цвет в итоге мы увидим зависит от «длины волны» этого потока. От этой длины волны и зависит какой цвет получится.
Так вот. Мы определили, что солнце посылает нам кванты с длиной волны, которая соответствует белому цвету, но как он проходя через атмосферу превращается в голубой цвет? Рассмотрим на примере радуги. Радуга — является прямым примером преломления света и разделения его на спектр. Создать свою радугу можно с помощью стеклянной призмы в домашних условиях. Разложение цвета на спектр называется дисперсией .
Так вот, наше небо выполняет функцию призмы. Большая часть белого света, проходя через молекулы газа в атмосфере, меняют длину своей волны. В итоге «выходя» из молекул фотоны имеют уже другой цвет. Этот цвет может быть как фиолетовый, красный, так и голубой и синий.
Почему мы видим именно голубой цвет, а не красный
Какой цвет мы в итоге увидим при прохождении света от солнца к земле зависит от того какие фотоны преобладают. Так например, при проходе света через атмосферу, количество квантов синего цвета в 8 раз больше чем красного, а фиолетового в 16 раз! Это связано с той самой различной длинной волны, так фиолетовый и синий сильно рассеиваются, а красный и желтый рассеиваются значительно хуже. Исходя из этой теории небо должно быть фиолетового цвета, но это не так. Это происходит из-за того, что фиолетовый гораздо хуже воспринимается глазом человека в отличии от синего. Вот поэтому небо голубого цвета .
Видео о том почему небо голубое:
Почему небо голубое днем, а закат красный
Все, опять-таки, связано с дисперсией цвета. Угол падения солнечного белого света становится меньше, и свет проходит большее количество молекул воздуха, увеличивается длина волны света. Такого количества достаточно для рассеивания до красного цвета.
Ответ на вопрос почему небо синее для детей
Если вопрос про голубое небо вам задал ребенок, вы конечно же не будете рассказывать ему про дисперсию, спектры и фотоны. Достаточно привести цитату из детской книги «100 детских «Почему» Яценко Татьяны:
Обычно мы рисуем солнечные лучи жёлтыми. А на самом деле свет солнца - белый и состоит из семи цветов. Это цвета радуги: красный , оранжевый , жёлтый , зелёный , голубой , синий , фиолетовый . Воздух пропускает не все цвета, только голубой, синий и фиолетовый. Они и раскрашивают небо.
Этого будет достаточно. У нас на сайте вы также можете скачать презентацию на тему: «Почему небо голубое» по ссылке: Она может пригодится на занятиях в школе.
Мир вокруг нас полон удивительных чудес, но мы нередко не обращаем на них внимания. Восхищаясь чистой голубизной весеннего неба или яркими красками заката, мы даже не задумываемся о том, почему небо меняет цвет с изменением времени суток.
Мы привыкли к яркой синеве в погожий солнечный день и к тому, что осенью небосвод становится мглисто-серым, теряя свои яркие краски. Но если спросить современного человека о том, почему так происходит, то подавляющее большинство из нас, когда-то вооруженных школьными знаниями физики, вряд ли смогут дать ответ на этот простой вопрос. Между тем, в объяснении нет ничего сложного.
Что такое цвет?
Из школьного курса физики нам должно быть известно, что различия в цветовом восприятии предметов зависят от длины световой волны. Наш глаз способен различать только довольно узкий диапазон волнового излучения, причем наиболее короткими являются волны синего цвета, а наиболее длинными – красного. Между этими двумя основными цветами лежит вся наша палитра цветового восприятия, выраженная волновым излучением в разных диапазонах.
Белый солнечный луч на самом деле состоит из волн всех цветовых диапазонов, в чем легко убедиться, пропустив его через стеклянную призму – этот школьный опыт вы наверняка помните. Для того, чтобы запомнить последовательность изменения длин волн, т.е. последовательность цветов спектра дневного света, придумана забавная фраза про охотника, которую каждый из нас выучил в школе: Каждый Охотник Желает Знать и т.д.
Поскольку красные световые волны наиболее длинные, то они меньше других подвержены рассеиванию при прохождении . Поэтому когда нужно визуально выделить какой-то предмет, используют преимущественно красный цвет, хорошо различимый издалека в любую погоду.
Поэтому запрещающий сигнал светофора или любой другой световой сигнал предупреждения об опасности – это красный, а не зеленый или синий цвет.
Почему на закате небо становится красным?
В вечерние часы перед закатом солнечные лучи падают на поверхность земли под углом, а не прямо. Им приходится преодолевать гораздо более толстый слой атмосферы, чем в дневное время, когда поверхность земли освещается прямыми лучами Солнца.
В это время атмосфера выполняет роль цветового фильтра, который рассеивает лучи практически всего видимого диапазона, кроме красных – наиболее длинных и поэтому наиболее устойчивых к помехам. Все остальные световые волны либо рассеиваются, либо поглощаются частицами водяных паров и пыли, присутствующими в атмосфере.
Чем ниже опускается Солнце по отношению к горизонту, тем более толстый слой атмосферы приходится преодолевать световым лучам. Поэтому их цвет все больше смещается в сторону красной части спектра. С этим явлением связана народная примета, говорящая о том, что красный закат предвещает сильный ветер на следующий день.
Ветер зарождается в высоких слоях атмосферы и на большом удалении от наблюдателя. Косые солнечные лучи высвечивают наметившуюся зону атмосферного излучения, в которой намного больше пыли и паров, чем в спокойной атмосфере. Поэтому перед ветреным днем мы видим особенно красный, яркий закат.
Почему днем небо голубое?
Различиями в длине световых волн объясняется и чистая синева дневного неба. При падении солнечных лучей прямо на поверхность земли преодолеваемый ими слой атмосферы имеет наименьшую толщину.
Рассеяние световых волн происходит при их столкновении с молекулами газов, составляющих воздух, и в этой ситуации наиболее устойчивым оказывается коротковолновой световой диапазон, т.е. синие и фиолетовые световые волны. В погожий безветренный день небо приобретает удивительную глубину и синеву. Но почему мы тогда видим синий, а не фиолетовый цвет неба?
Дело в том, что клетки человеческого глаза, отвечающие за цветовосприятие, намного лучше воспринимают синий, чем фиолетовый цвет. Все же фиолетовый слишком близок к границе диапазона восприятия.
Вот почему небо мы видим ярко-синим, если в атмосфере отсутствуют рассеивающие компоненты, кроме молекул воздуха. Когда в атмосфере появляется достаточно большое количество пыли – например, жарким летом в городе – небо будто выцветает, теряя свою яркую синеву.
Серое небо непогоды
Теперь понятно, почему осеннее ненастье и зимняя слякоть делают небо беспросветно серым. Большое количество водяных паров в атмосфере приводят к рассеиванию всех без исключения компонентов белого светового луча. Световые лучи дробятся в мельчайших капельках и молекулах воды, теряя свое направление и смешиваясь по всему диапазону спектра.
Поэтому до поверхности доходят световые лучи, будто пропущенные через гигантский рассеивающий плафон. Мы воспринимаем это явление как серовато-белый цвет неба. Стоит удалить влагу из атмосферы, как небосвод вновь становится ярко-синим.
16261 0
В ясный, солнечный день небо выглядит ярко-голубым.
Вечером, на закате, небо становится красным, розовым и оранжевым.
Почему небо голубое? Что окрашивает закат в красный цвет?
Отвечая на эти вопросы, мы должны изучить свет и земную атмосферу.
Атмосфера
Атмосфера - это смесь из молекул газа и других веществ, окружающих Землю. Главным образом это азот (78%) и кислород (21%). К другим наиболее распространенным веществам относятся аргон и вода (в виде пара, жидкости и кристаллов льда).Так же, в небольших количествах, присутствуют другие газы и маленькие твердые частички: пылинки, сажа, пыльца и соль из океана.
Состав атмосферы меняется в зависимости от местоположения, погоды и других вещей.
Например, воды может быть больше в воздухе после урагана или вблизи океана. Вулканы могут выбрасывать в атмосферу большое количество пепла. Загрязнение может добавить различных газов и сажи. Атмосфера плотно прижата ко всей поверхности Земли. Постепенно она становится тоньше, если подниматься все выше и выше. Нет четкой границы между атмосферой и космосом.
Световые волны
Свет - это часть энергии, которая излучается и перемещается в виде волн. Много видов энергии представлены волной. Для примера, звук - это колебания воздуха. Свет - это колебания электрических и магнитных полей. Это лишь небольшая часть огромного ряда электромагнитных колебаний. Этот ряд называется спектром.Электромагнитные волны движутся в космосе со скоростью близкой к 300.000 км/час. Это называется скоростью света.
Цвет света
Видимый свет - это часть электромагнитного спектра, который могут воспринять наши глаза. Свет Солнца или обычной лампочки состоит из разных цветов. Мы можем видеть эти цвета, преломив свет с помощью призмы. Также они видны в радуге на небе.Цвета постоянно перемешаны в один. С одного конца спектра находятся красный и оранжевый цвета. Они постепенно переходят в желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Цвета имеют различную длину волны, частоту и энергию. Фиолетовый цвет с самой короткой длиной волны из видимого спектра. Это значит, что у него самая высокая частота и энергия.
С красным цветом все наоборот: частота и энергия самые низкие, но длина волны самая длинная.
Свет в воздухе
Свет перемещается в космосе по прямой линии, до тех пор, пока не встретит препятствие на своем пути. Когда же свет движется в атмосфере, он продолжает двигаться по прямой линии, до тех пор, пока не натыкается на молекулы воздуха. Что происходит после столкновения, зависит от длины волны и частоты.Частички пыли и капли воды гораздо больше, чем длина волны видимого света. Свет, сталкиваясь с этими частичками, отражается и меняет траекторию движения. Различные цвета света одинаково отражаются от частичек. Отраженный свет остается белым, так как продолжает содержать в себе все цвета в перемешанном виде.
Молекулы газа гораздо меньше длины волны видимого света. Когда свет сталкивается с ними, может произойти что угодно. Например, он может быть поглощен молекулами. И тогда они начнут излучать его, но уже в другую сторону. Все цвета поглощаются, но голубой делает это сильнее, чем все остальные цвета. Этот процесс получил название «Рэлеевское рассеивание» (По имени английского физика Лорда Рэлея, кто первый открыл это явление в 1870г.)
Почему небо голубое?
Небо окрашено в голубой цвет благодаря Рэлеевскому рассеиванию. Когда свет проходит сквозь атмосферу, голубой цвет поглощается молекулами воздуха и отражается в разных направлениях. Это явление наблюдается вокруг всей Земли. Куда бы вы не посмотрели, везде вас настигнет отраженный синий цвет. Поэтому все небо выглядит голубым.У самого горизонта цвет неба не такой насыщенный, это связано с тем, что ему приходится пройти больший объем воздуха.
Черное небо и белое Солнце
С Земли Солнце выглядит желтым. Если вы окажетесь в космосе или на Луне, то Солнце станет белым. В космосе нет атмосферы и свет Солнца ни от чего не отражается. Не будь атмосферы, небо выглядело бы черным.Почему закат красный?
Солнце клонится к закату и свету придется пройти большое расстояние через атмосферу, прежде чем долететь до вас. Большая часть света отражается и поглощается. Чем меньше долетает света, тем менее ярким выглядит Солнце. Его цвет меняется от оранжевого до красного, так как эти цвета имеют самую большую длину волны.Вокруг заходящего Солнца небо может принимать различные цвета.
Особенно зрелищно это выглядит, когда в небе взвешено много мелких частичек. Они отражают свет в различных направлениях, и небо окрашивается в красный, оранжевый и розовый цвета.