Post on 31-Mar-2016
description
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------- 1
Nelu Fănăţan
Baia Mare,2012
ISBN: 978-973-0-12436-1
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
INTRODUCERE
Nu le este tocmai uşor elevilor să înveţe, şi mai ales nu este uşor să
înveţi o materie percepută ca pretenţioasă cum e FIZICA. Dar pentru că
nu s-a inventat o „pastilă de învăţat” pe care să o înghiţi şi să beneficiezi
toată viaţa de efectele ei, profesorii trebuie să vină cu soluţiile … cele mai
bune.
Cine, întrebat fiind de ce are nevoie de Fizică, răspunde cu
seninătate “pentru nimic”, nu vrea sau nu poate să cunoască însăşi viaţa.
Mecanismul care ne permite să trăim, adică să ne mişcăm, să
gândim, să avem iniţiative se datorează în mare măsură unor procese
fizice. Transmiterea impulsurilor nervoase este, de fapt, o problemă de
electricitate.
Am putea oare număra câte procese mecanice implică o zi din
viaţa noastră, sau …un minut? Inutilă încercare! ….o frântură de clipă în
care inima nu ar putea să se destindă sau să se contracte ne-ar fi fatală.
Funcţionarea organismului implică fenomene termice ca
termoreglarea sau degajarea de căldură din mitocondrii, “termocentralele”
celulei.
Fenomenele fizice ne pun în relaţie cu lumea înconjurătoare, căci
ele “guvernează” organele de simţ. Ochiul este un instrument optic,
urechea un oscilator în miniatură. Întâlnim la fiecare pas iluzii create de
fizică, care ne fac viaţa mai frumoasă şi mai colorată.
-------------------------------------------------------------------------------------- 2
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Fizica a dat lumii, explorând universul microparticulelor, o sursă
extraordinară de energie, aceea ascunsă în atom.
Fizica intervine, mai mult sau mai puţin invitată, în viaţa noastră ori
de câte ori se topeşte o bucată de gheaţă, de câte ori aprindem instalaţia
pentru Pomul de Crăciun sau ascultăm muzică!
Fizica ne învaţă să gândim inductiv, să trecem permanent de la
particular la general, să ne punem întrebări.
Atât de importantă este FIZICA încât "nu există nici o cucerire
sau descoperire a ştiinţei şi tehnicii moderne care să nu aibă la bază un
fenomen explicat de Fizică” (Anatole France).
Domeniile FIZICII sunt variate şi multiple, de aceea nu mi-am
propus să tratez exhaustiv un anume domeniu sau capitol din FIZICĂ.
Dar… am să încerc să fac mai multă LUMINĂ asupra unor fenomenelor
optice din natură.
Înţelegerea fenomenelor optice din natură implică şi un minim de
cunoştinţe teoretice de specialitate, de aceea în prima parte a lucrării am
introdus noţiunile de teorie considerate de mine a fi necesare, înţelese şi
însuşite.
-------------------------------------------------------------------------------------- 3
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Ce este mai familiar decât lumina ? Ce este mai puţin familiar
decât lumina ? Ce este lumina ? Din ce este făcută ? Are greutate ? Vă
daţi seama că nu puteţi vedea lumina însăşi ? Puteţi vedea Soarele, puteţi
vedea o pasăre, puteţi vedea ce este în jurul dv. – dar asta nu înseamnă
că vedeţi lumina însăşi ! Lumina este un fel de “materie” care trebuie să
se mişte ca să existe. Dacă s-ar opri vreodată, chiar pentru un singur
moment, ea ar înceta să existe ! Într-adevăr , este uluitor că s-a studiat
atât de mult această materie – fantomă.
[Gândiţi FIZICA!, Lewis Carroll Epstein]
-------------------------------------------------------------------------------------- 4
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
LUMINA … în viziunea altora1. Dăruind lumina pe care nu o ai, o vei dobândi şi tu. Nicolae Steinhardt
2. De unde-şi are raiul lumina, ştiu: îl lumineaz iadul cu
flăcările lui.
Lucian Blaga
3. Umbrele seamnă, ce-i drept, cu intunericul, dar sunt
fiicele luminii.
Lucian Blaga
4. Nici noaptea pământului, noaptea cea mai mare, nu e
noapte, ci doar o umbră într-un univers de lumină.
Lucian Blaga
5. Pentru ca lumina să strălucească atât de intens,
întunericul trebuie să fie prezent.
Francis Bacon
6. Când este prea puternică, lumina doare. Vasile Ghica
7. Lumină, mai multă lumină! J. W. Goethe
8. Nimic nu ţi se pare mai strălucitor, după ce ai stat o
viaţă cu ochii închişi, decât lumina de la un licurici.
Radu Herjeu
9. Viteza luminii, oricât de mare este, va fi mereu egală
cu cea a întunericului.
Valeriu Butulescu
10. Lumina diurnă este aureola minusculă a planetei, faţa
adevărată a Universului înseamnă noapte.
Valeriu Butulescu
11. Setea de lumină scurtează adesea aripile fluturilor. Valeriu Butulescu
12. Unele corpuri absorb lumina, setea de lumină le face
puţin vizibile.
Valeriu Butulescu
13. Lumina îl răneşte pe cel trăit în întuneric. Valeriu Butulescu
14. Strălucind, îţi risipeşti lumina. Valeriu Butulescu
15. Oferă din lumina ta celor din jur, vei străluci mai tare. Valeriu Butulescu
16. Arderea este preţul luminii: pentru ca organicul să
răzbată prin noaptea neputinţei sale, ceva organic
Valeriu Butulescu
-------------------------------------------------------------------------------------- 5
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
trebuie să ardă.
17. Elocinţa este lumina ce face să strălucească
inteligenţa.
Marcus Tullius
Cicero
18. Azi, ştiu că în lumină există şi umbre şi că fericirea e
uneori dureroasă.
Octavian Paler
19. Dacă nu ai iubi, cum ai putea preţui orbitoarea lumină
a soarelui şi mângâietoarea lumină a lunii?
- Eseuri despre dragoste -
Octavian Paler
20. Lumina a fost la început a pictorilor. Nu exista obiect
pe care lumina intensă să nu îl facă frumos.
Ralph Waldo
Emerson
21. Lumina poate fi şi ea o cortină, ca şi tenebrele. Mary Ann Evans
22. Esenţa lumânării nu este ceara are lasă urme, ci
lumina.
Antoine de Saint
Exupery
23. Există două feluri de a împrăştia lumina: să fii
lumânarea, sau să fii oglinda care o reflectă.
Edith Wharton
24. Lumina nu vine din lumină, ci din întuneric. - Isabel şi
apele diavolului -
Mircea Eliade
25. Timpul este lumină. Dar lumina, ce este lumina? Nichita Stănescu
26. Lumina nu străluceşte în lumină, ci doar în întuneric.
– Trei camarazi. -
Erich Maria
Remarque
27. A spune adevărul este ca şi cum ai radia de lumină.
Atenţie! Lumina poate fi prea puternică. Adevărul, ca
şi razele Soarelui, poate răni. – Gândeşte bine,
vorbeşte frumos, fii drept. -
Octavian
Sărbătoare
28. Închideţi o plantă la întuneric şi veţi vedea ce monstru
diform se va produce din pricina setei sale de lumină.
Oare viaţa omenească nu produce şi ea astfel de
Lucian Blaga
-------------------------------------------------------------------------------------- 6
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
monstruozităţi în tendinţa sa spre lumină?
29. Există o lumină care străluceşte dincolo de toate
lucrurile de pe pământ, dincolo de cel mai înalt dintre
cerurile cele mai înalte. Aceasta este lumina care
străluceşte în inima ta.
citat din
Chandogya
Upanishad
30. Lumina este tot ceea ce este. – În căutarea armoniei Ioan Gyuri Pascu
31. Deasupra umbrei oricărui nor se află lumina unei
stele.
Pitagora
32. Liniştea ne dezvăluie că lumina stelelor şi lumina din
noi sunt făcute din aceeaşi iubire.
- Mănăstire fără ziduri -
Bruce Davis
33. Când stingem focul, unde se duce lumina? Confucius
34. E din neamul mare al licuricilor - omul: un vierme ce
se transformă în lumină când iubeşte.
Lucian Blaga
35. Învăţătura îţi dă lumină, dar nu te înalţi decât prin
caracter.
Ovid Densuşianu
36. În fiecare minut în care închid ochii, pierd 60 de
secunde de lumină.
Gabriel Garcia
Marquez
37. Lucrurile ce par imposibile devin posibile dacă le vezi
în altă lumină.
citat din Hannibal
38. Rămas bun, suflet din fântâna nopţii. Cocoşii cântă.
Lumina zilei aşteaptă minciuna.
Ionel Teodoreanu
39. Fabula câinelui. Un câine, voind să evadeze din arşiţa şi lumina
soarelui, încearcă să se culce în propria sa umbră.
Lucian Blaga
- Elanul insulei –
1977
40. Umbra. Lucian Blaga
-------------------------------------------------------------------------------------- 7
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Umbra este o punte pe care lumina ne-o dăruieşte ca
să trecem cândva peste ea în ultima noapte
- Elanul insulei –
1977
41. Întotdeauna îndrăgostiţii au o lumină ciudată pe faţa
lor, care-i deosebeşte pe unul dintr-o mie de oameni.
– Invitaţie la vals -
Mihail Drumeş
42. Numai lipsa unui obiect ori a unei fiinţe, care ne-a
aparţinut o dată, ne pune în lumină adevăratul preţ. –
Invitaţie la vals -
Mihail Drumeş
43. Viaţa înseamnă a transforma constant în lumină şi
flacără tot ceea ce suntem şi tot ce întâlnim.
Friedrich Nietzsche
44. Licuricii spuneau stelelor: “Învăţaţii afirmă că lumina
voastră se va stinge odată”.
Stelele n-au răspuns.
Rabindranath
Tagore
45. Bazinul se umple cu apă, focul se aprinde cu foc, iar sufletul cuiva se modelează datorită sufletului altcuiva.
Rabindranath
Tagore
46. În momentele cele mai întunecate trebuie să ne
concentrăm pentru a vedea lumina.
Taylor Benson
47. Dacă accept lumina şi căldura soarelui, trebuie să
accept şi tunetul şi fulgerul. – Darul iubirii -
Kahlil Gibran
48. Educaţia este mişcarea din întuneric spre lumină. Allan Bloom
49. Când am dat de lumină şi de căldură, n-am avut
decât un singur gând: Ce minune! Ce minune
desăvârşită!
Richard Bird
50. Consideră elevul o făclie pe care să o aprinzi astfel
încât mai târziu să lumineze cu o lumină proprie.
Plutarh
-------------------------------------------------------------------------------------- 8
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------51. Rugăciunea este lumina sufletului. Cuviosul Isaia
Pustnicul
52. Pentru ca lumina să strălucească atât de intens, întunericul
trebuie să fie prezent.
Francis Bacon
53. “La steaua care-a răsăritE o cale-atât de lungă,Că mii de ani i-au trebuitLuminii să ne-ajungă.
Poate de mult s-a stins în drumÎn depărtări albastre,Iar raza ei abia acum Luci vederii noastre”
La steaua,
Mihai Eminescu
Cu adevărat, mare este importanţa luminii în viaţa omului!
“Să se facă lumină” – spune un vechi citat biblic definind importanţa vitală
a luminii. Din această cauză lumina a fost mereu asociată cu divinitatea; în
antichitate unele popoare se rugau la fiecare apus de soare ca astrul suprem
să rasară mereu în zori.
Goethe, pe patul de moarte, la data de 22 martie 1832 cerea : “Lumină,
mai multă lumină !”
Oare a existat vreodată un adolescent care să nu alerge după o rază de lumină ?
-------------------------------------------------------------------------------------- 9
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Capitolul 1.Noţiuni teoretice de bază
1.1. Natura electromagnetică a luminiiPotrivit teoriei lui Maxwell şi a dovezilor experimentale ale lui
Hertz, lumina este o undă electromagnetică transversală în care
vectorii intensitate a câmpului electric şi inducţia câmpului magnetic,
şi, respectiv vibrează perpendicular între ei şi perpendicular pe
direcţia de propagare a undei:
Proprietăţile luminii, ca undă electromagnetică:a) Lumina se propagă sub formă de unde electromagnetice cu
viteza :
,
unde : este permitivitatea electrică a mediului, [F/m] – permitivitatea electrică a vidului (este o
constantă universală), - permitivitatea electrică relativă,- este permeabilitatea magnetică a mediului,
[H/m sau N/A2] – permeabilitatea absolută a vidului,- permeabilitatea magnetică relativă
Pentru orice mediu şi , deci v < c.
-------------------------------------------------------------------------------------- 10
v
E
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
: indicele de refracţie al substanţei în care se
propagă lumina
Experimental se constată că indicele de refracţie al unui mediu
depinde de lungimea de undă a radiaţiei luminoase şi de temperatura
mediului. De aceea, valorile indicilor de refracţie se dau (în condiţiile
următoarei convenţii) : pentru radiaţia cu lungimea de undă
(emisă de o lampă cu vapori de sodiu la temperatura
de 20 0C).
Mediul n Mediul n
Hidrogen 1,0001 Glicerină 1,473
Aer 1,003 Sticlă 1,5 – 1,62
Apă 1,333 Sulfură de carbon 1,6277
Acetonă 1,362 Diamant 2,4173
Determinaţi viteza luminii prin sticlă, apă, aer şi diamant. Ce
observaţi ?
b) Undele electromagnetice sunt transversale, adică vectorii şi
sunt perpendiculari pe direcţia de propagare a luminii: ,
c) Vectorii şi sunt totdeauna perpendiculari între ei : .
d) Vectorii şi , în undele electromagnetice plane monocromatice
vibrează în fază, adică concomitent şi în aceleaşi puncte din spaţiu
ating valorile maxime, respectiv minime.
e) Intensitatea luminii ca undă electromagnetică, adică energia
transportată în unitatea de timp prin unitatea de arie a unei
-------------------------------------------------------------------------------------- 11
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
suprafeţe perpendiculară pe direcţia de propagare aluminii este
dată de formula :
Datele experimentale au arătat că interacţia luminii cu substanţa, ca
impresionarea emulsiei fotografice, senzaţia de vedere, etc. Se datorează
vectorului intensitate a câmpului electric şi, de aceea, el se numeşte şi
vector luminos.
Undele , respectiv , unde
-reprezintă nr. de undă, se numesc unde plane
monocromatice, adică de aceeaşi culoare, deoarece sunt caracterizate printr-o singură pulsaţie , respectiv printr-o singură lungime de undă. ( ).
Viteza dată de formula reprezintă viteza de fază, adică viteza de
propagare a suprafeţelor de aceeaşi fază :
.,
Rezultă că undele monocromatice pot fi caracterizate printr-o singură
viteză, viteza de fază.
Undele monocromatice nu există în mod real. Obţinerea unor fascicule
de lumină riguros monocromatice este, principial, imposibilă. Termenul
“monocromatic”derivă din combinarea cuvintelor greceşti : “monos” =
unu / unuia şi “chroma” = culoare. Ar însemna, deci, că imposibilitatea
obţinerii fasciculelor de lumină monocromatice este echivalentă cu
afirmaţia că nu este posibil să obţinem lumină de o anumită culoare.
-------------------------------------------------------------------------------------- 12
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Observaţie : Lumina albă, care reprezintă suprapunerea undelor
electromagnetice cu toate pulsaţiile cuprinse între este,
evident, nemonocromatică, şi, în consecinţă, nici de o singură culoare.
Fasciculele de lumină pot fi numai aproximativ monocromatice. Acest
lucru se are în vedere când se vorbeşte de unde monocromatice, chiar
dacă adjectivul “aproximativ” este, de regulă, omis.
-------------------------------------------------------------------------------------- 13
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
1.2. Principiile opticii geometriceOptica geometrică s-a dezvoltat în strânsă legătură cu necesitatea
practică a construirii aparatelor optice, cu ajutorul cărora se pot obţine
imagini mărite ale obiectelor, oferindu-ne posibilitatea să obţinem unele
detalii inaccesibile ochiului liber. Optica geometrică se bazează pe legile
propagării luminii şi operează cu noţiunile de fascicul şi rază de lumină.
Nu cunoaştem cu exactitate ce ştiau din optică vechii egipteni şi
babilonienii. După unele sculpturi, a căror vechime este socotită la 4000
de ani î.Hr., se poate deduce că ei admiteau propagarea luminii în linie
dreaptă. Astronomii babilonieni, cu 2000 de ani î.Hr., explicau foarte bine
eclipsele, iar egiptenii se serveau de umbra piramidelor pentru a
determina înălţimea Soarelui. În Grecia, cunoştinţele asupra opticii au fost
mult mai avansate şi aceste cunoştinţe se găsesc expuse în cărţile lui
Euclid, Arhimede, Heron şi Ptolomeu.
În textul lui Euclid se găseşte scris : “raza luminoasă merge în linie
dreaptă, pentru că ea trebuie să meargă pe drumul cel mai scurt”. El a
ajuns la această idee observând că un proiectil merge cu atât mai mult cu
cât viteza lui este mai mare ; viteza luminii fiind nemăsurabilă, raza de
lumină trebuie să fie dreaptă. –V.V. Bianu, Optica geometrică-
Raza de lumina = direcţia de propagare a luminii
Fascicul de lumină = totalitatea razelor de lumină dintr-un contur închis
(“mănunchi” de raze de lumină)
Definiţie. Raza de lumină reprezintă limita unui fascicul de lumină,
când dimensiunea lui tinde la zero. Raza de lumină nu reprezintă un
aspect fizic al fenomenului luminos, ci este o noţiune abstractă, iar optica
geometrică este un caz limită al opticii ondulatorii.
-------------------------------------------------------------------------------------- 14
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Tipuri de fasciculi de lumină :
Luând ca sursă un punct luminos S, razele care pornesc din el
formează un fascicul divergent. Dacă se întâmplă ca razele să fie
paralele, vom zice că fasciculul este paralel. Dacă mai multe raze de
lumină, venind din direcţiii diferite, se întâlnesc într-un punct P, vom avea
în acest caz un fascicul convergent. Fascicul convergent :
Fascicul paralel :
Fascicul divergent :
Fasciculele convergente şi divergente se numesc fascicule conice
(omocentrice sau izogene).
Raza din mijlocul fasciculului se numeşte axa fasciculului sau raza
principală.
obs. Soarele – sursă independentă - …fascicul paralel
La baza opticii geometrice stau următoarele principii :
-------------------------------------------------------------------------------------- 15
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------Principiul propagării rectilinii a luminii : “Intr-un mediu omogen, transparent şi izotrop, lumina se propagă în linie
dreaptă”. Direcţiile de-alungul cărora se propagă lumina reprezintă razele
de lumină (segmente de dreaptă).
Principiul independenţei fasciculelor de lumină :
“Prin intersecţia fasciculelor de lumină acestea nu se perturbă reciproc
(efectul produs de un fascicul de lumină nu depinde de acţiunea simultană
a altor fascicule)”. Ex. stadion, teatru,…
Principiul lui Fermat : “Pentru a străbate distanţa dintre două puncte, unda luminoasă alege
drumul şi timpul cel mai scurt”.
Principiul reversibilităţii razelor :
“Traiectoriile razelor de lumină nu depind de sensul acestora”
(Receptorul, imaginea într-un sistem optic poate fi sursă având ca
imagine sursa iniţială).
Observaie. În propagarea lor, razele de lumină – la interacţiunea cu
suprafeţele de separare dintre 2 medii – se supun fenomenelor de reflexie
şi refracţie.
-------------------------------------------------------------------------------------- 16
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
1.3. Reflexia luminii
Definiţie. Reflexia luminii reprezintă fenomenul de întoarcere a
luminii în mediul din care provine atunci când întâlneşte suprafaţa de
separare a altui mediu.
Foto: Nelu Fănăţan,
Cheile Râmeţilor, iulie 2011
Legea I. Raza incidentă, normala la suprafaţa de reflexie şi raza
reflectată sunt coplanare
(se găsesc toate în planul de incidenţă).
Legea a II-a. Unghiul de incidenţă este egal cu unghiul de reflexie:
-------------------------------------------------------------------------------------- 17
i r
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Mulţi cred că peisajul reflectat într-o apă liniştită nu se deosebeşte
prin nimic de peisajul real şi este nunmai răsturnat. Aceasta este
foarte departe de adevăr !
-------------------------------------------------------------------------------------- 18
Foto: Nelu Fănăţan,Peştera Gheţarul Scărişoara, iunie 2011
Foto: Nelu Fănăţan,Cheile Râmeţilor, iulie 2011
Încercaţi să fotografiaţi un balon de săpun şi reflexiile pe balon !
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
1.4. Refracţia luminii
Definiţie. Refracţia luminii reprezintă fenomenul de schimbare a
direcţiei de propagare a luminii când traversează suprafaţa de
separare a două medii diferite.
Legea I. Raza incidentă, normala la suprafaţa de refracţie în punctul
de incidenţă şi raza refractată sunt coplanare.
Legea a II-a. Raportul dintre sinusul unghiului de incidenţă şi sinusul
unghiului de refracţie este o constantă specifică unei perechi de medii
date :
.
n21 – se numeşte indice de refracţie relativ al mediului 2 faţă de mediul 1.
-------------------------------------------------------------------------------------- 19
in1
n2
r
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
1.5. Reflexia totală
Se spune despre un mediu că este cu atât mai refringent, cu cât
indicele de refracţie este mai mare.
Dacă se consideră că o rază de lumină trece dintr-un mediu mai
refringent (apă) într-un mediu mai puţin refringent (aer), unghiul de refracţie
este mai mare decât unghiul de incidenţă şi se poate ajunge la situaţia când
pentru o anumită valoare a unghiului de incidenţă, numit unghi limită (l),
unghiul de refracţie devine 900. La valori ale unghiului de incidenţă mai mari
decât valoarea unghiului limită, raza incidentă se reflectă total în mediul din
care a venit (apa), fenomenul numindu-se reflexie totală.
Din Legea a II-a a refracţiei, pentru reflexia totală, se obţine:
, adică
Unghiul limită al apei (n1) faţă de aer (n2) este : , adică l = 490.
-------------------------------------------------------------------------------------- 20
i
r
n1 > n2
n2
l
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------Refracţia şi reflexia totală sunt întâlnite des în natură şi în tehnică.
Astfel, cu ajutorul legilor refracţiei luminii putem explica de ce aştrii
cereşti se observă mai sus decât sunt în realitate pe bolta cerească
(refracţie atmosferică), de ce o linguriţă introdusă într-un pahar cu apă
pare frântă la suprafaţa de separare sau de ce un corp aflat în apă se
observă mai aproape de suprafaţa apei decât în realitate.
Reflexia totală explică fenomenul numit miraj : privind, în zilele
călduroase de vară, un obiect ( un pom, de ex.) aflat pe un drum drept, îl
vom vedea răsturnat, ca şi când ar fi imaginea obiectului respectiv pe
suprafaţa unei ape. Fenomenul se datoreşte încălzirii straturilor de aer de
la suprafaţa Pământului, astfel încât indicii lor de refracţie devin mai mici
decât cei ai straturilor de aer superioare.
Fântânile luminoase sunt aplicaţii ale fenomenului de reflexie
totală : lumina provenită de la sursa S trece printr-un filtru F (sticlă de o
anumită culoare), iar razele de lumină colorate suferă mai multe reflexii
totale în lichid, astfel încât jetul de apă “conduce” lumina dintr-un punct în
altul.
-------------------------------------------------------------------------------------- 21
--------- -------- --------- -------- --------- --------
------------------------------------------------------------------- --------- --------
---------
--------
S F
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Nu se ştie exact cine a descoperit legile reflexiei. Euclid le
cunoştea (aşa reiese din Optica lui Theon) ; de asemenea şi
Aristotel. În cărţile lui Ptolomeu se tratează despre reflexia în oglinzi
plane, convexe şi concave.
La arabi găsim un important tratat de optică scris de Alhazen Ibn
Alhaitam (mort în 1038). În cărţile 4, 5 şi 6 el studiază oglinzile plane,
concave, convexe, sferice, conice şi cilindrice. Studiul se bazează pe
legile reflexiei care sunt explicate în mod clar, indicându-se pentru
prima dată că planul de incidenţă se confundă cu planul de reflexie.
În ordine cronologică, putem cita, înainte de epoca modernă,
tratatele de optică scrise de Vitello (aprox. 1290), Roger Bacon (1214-
1294) şi Maurolycos (1494-1577).
Ştiaţi că…?1. “Deasupra norilor cerul este veşnic albastru!”
Holger Henrik Herholdt Drachmann
(n. 9 octombrie 1846 - d. 14 ianuarie 1908) a fost un poet, prozator, dramaturg și pictor danez. Creația sa literara este marcată atât de romantism, cât și de realism și are ca inspirație problemele sociale și viața dură a pescarilor și marinarilor.
2. Cine s-a ridicat deasupra înnorării ştie că seninul nu mai
este absenţa norilor.
-------------------------------------------------------------------------------------- 22
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
3. lumina cerului este pur şi simplu lumina difuzată a
Soarelui !Pământul este înconjurat de frumuseţea fără margini a cerului
albastru, care pare fără sfârşit. Diversitatea sa de tente se schimbă de la
zi la zi, de la un punct al cerului la altul.
Care este cauza acestei culori albastre uimitoare ? Desigur, nu
lumina emisă chiar de admosferă, deoarece în acest caz culoarea trebuie
să se vadă şi noaptea ! Nu poate fi nicio sursă de lumină albastră situată
undeva dincolo de atmosferă, deoarece noaptea vedem, în toată măreţia
sa, acel fond negru în care se află atmosfera. Prin urmare, cauza trebuie
să se găsească în însăşi atmosferă. Nu poate fi vorba nici de o absobţie
de culoare obişnuită, deoarece Soarele şi Luna sunt mai curând galbene decât albastre. Ţinând seama de cele arătate mai sus, s-a ajuns
la ipoteza că lumina cerului este pur şi simplu lumina difuzată a
Soarelui !Reflexia razelor pe o sufrafaţă cu mici denivelări determină
împrăştierea razelor reflectate în toate direcţiile (difuzia luminii).
Ştim că difuzia pe particule mici creşte odată cu apropierea de
capătul violet al spectrului. Culoarea cerului conţine într-adevăr mult violet
(faţă de care ochiul nostru nu este prea sensibil), o cantitate apreciabilă de
albastru, puţin verde şi foarte puţin galben şi roşu. Combinaţia tuturor
acestor culori dă albastrul cerului.
-------------------------------------------------------------------------------------- 23
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
4. “Tot ce e viu aspiră spre culoare.” (Goethe)
Când vorbim despre strălucirea unei culori (întunecată sau
luminoasă), avem în vedere densitatea ei, care nu modifică
nuanţa
5. Privind fulgii de zăpadă care cad lin cerul cenuşiu – aceşti
fulgi par întunecaţi.
Observaţie. Culorile albă, cenuşie şi neagră diferă numai prin
strălucire, iar măsura acesteia o constituie fondul înconjurător.
-------------------------------------------------------------------------------------- 24
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
1.6. Dispersia luminiiFiecare undă electromagnetică armonică, de pulsaţie ,
componentă a fasciculului de lumină considerat, este caracterizată de
viteza de fază : , iar trenul de undă, în ansamblul său, se
propagă cu viteza de grup : .
Se poate demonstra că :
Concluzii :
a) dacă , adică , atunci toate undele monocromatice
ce formează pachetul de undă au aceeaşi viteză de fază, egală cu
viteza de grup. În astfel de medii, , pachetul de unde se
propagă fără să se destrame, adică îşi formează forma în timp, iar
mediile respective se numesc nedispersive.
Observaţie. Singurul mediu riguros nedispersiv este vidul, pentru care n =
1. Desigur că, cu o aproximaţie destul de bună, putem considera şi aerul ,
în condiţii obişnuite, tot un mediu nedispersiv. Celelalte medii materiale
sunt medii dispersive.
Toate mediile transparente pentru radiaţiile vizibile (apa, sticla,
cuarţul, etc.) prezintă fenomenul de dispersie.
b) Dacă , , undele monocromatice ce formează
pachetul de unde se vor propaga cu viteze de fază diferite şi ca
urmare pachetul de unde se destramă în timp.
-------------------------------------------------------------------------------------- 25
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Mediile pentru care , adică , se numesc dispersive, iar
fenomenul de dependenţă a indicelui de refracţie de lungimea de undă se
numeşte dispersie.
Fenomenul de dispersie a luminii conduce la faptul că la trecerea
luminii prin prisma optică fasciculele de lumină albă se descompun în
celelalte componente. De asemenea, curcubeul este rezultatul efectelor
combinate de reflexie, refracţie şi dispersie a luminii Soarelui de către
picăturile de ploaie.
ROGVAIV
Dispersia luminii prin prismă
Deoarece lumina provenită de la orice sursă (Soare, bec, etc.)
reprezintă o suprapunere de unde monocromatice cu pulsaţie diferite,
respectiv cu lungimi de undă diferite, este important să se definească
noţiunea de spectru :
În optică, prin spectru se înţelege ansamblul pulsaţiilor, sau
lungimilor de undă, ale undelor electromagnetice monocromatice care
constituie lumina emisă de o sursă oarecare.
Observaţie : Dacă sau , dispersia se numeşte
normală ; dacă sau dispersia se numeşte anormală.
-------------------------------------------------------------------------------------- 26
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
1.7. Absorbţia luminiiÎn procesul de trecere a luminii prin diferite substanţe are loc
fenomenul de absorbţie a luminii, adică de scădere a intensităţii
fasciculului de lumină incident.
dx – grosimea stratului de substanţă
- coeficient liniar de absorbţie
………
Observaţie.
.
- depinde de natura substanţei prin care se propagă lumina, de
şi
-------------------------------------------------------------------------------------- 27
I0
I
dx
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
1.8. UMBRĂ. PenumbrăPrin umbră înţelegem o regiune în care nu pătrunde lumina (adcă
radiaţiile luminoase nu pot să ajungă din cauza unui obstacol). Dacă
radiaţiile provin dintr-un punct, ele sunt oprite de acel obstacol, creând o
porţiune întunecată numită umbră.
UMBRA este o consecinţă a faptului că lumina se propagă în linie dreaptă.
Regiunea umbrei va fi limitată de tangentele duse de la sursa
punctiformă la obstacol.
-------------------------------------------------------------------------------------- 28
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Dacă lumina provine de la o sursă mai mare, în jurul umbrei se
formează o zonă de semiumbră, numită penumbră.
Limita penumbrei va fi determinată de tangentele interioare sursei
şi obstacolului.
-------------------------------------------------------------------------------------- 29
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------PERSPECTIVA
Un nor aruncă o umbră pe sol, după cum se arată în desen. Dacă măsuraţi dimensiunile norului şi dimensiunile umbrei, veţi găsi că norul este :
a) cu mult mai mare decât umbra lui ;b) cu mult mai mic decât umbra lui ;c) cam de aceeaşi mărime cu umbra lui.
Răspuns : c)Soarele este atât de departe, încât razele de lumină de la Soare sunt
practic paralele atunci când ajung pe Pământ. Atunci, de ce par că se răspândesc, când un mănunchi de raze vine printre nori ? Pentru acelaşi motiv pentru care şinele de cale ferată par să se depărteze una de a lta, când se apropie de dv., deşi ele sunt, de fapt, perfect paralele.
CE CULOARE ARE UMBRA ?
Într-o zi de iarnă senină şi insorită, vă priviţi umbra de pe zăpadă. Observaţi că are nuanţa :
a) roşie ; b) galbenă ; c) verde ; d) albastră ; e) nici una.
Răspuns : d)
Zăpada iluminată direct de la Soare are culoarea Soarelui : galben-alb. Zăpada pe care cade umbra dv. Nu primeşte direct lumina Soarelui, dar ea este iluminată de cerul albastru. (Poate culoarea albastră a umbrelor face ca lumea să asocieze albastrul cu ceva rece).
-------------------------------------------------------------------------------------- 30
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Capitolul 2. FOTOMETEORI
Reflexia, refracţia, difractia sau interferenta razelor de lumină
ale Soarelui sau ale Lunii cu vaporii de apă cristalină contaminaţi cu
particulele de praf din atmosferă generează fenomene cu aură
aparte şi pline de mister cunoscute sub numele de FOTOMETEORI:
1. Curcubeul2. Gloria3. Haloul4. Mirajul optic5. Sclipirea stelelor6. Soarele fals7. Lumina anticrepusculară8. Lumina crepusculară9. Umbra munţilor10. Cercul lui ULLOA11. Norii irizaţi12. Flashul verde13. Aurolele14. Eclipsele
-------------------------------------------------------------------------------------- 31
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.1. CURCUBEUL
Observaţie. Dacă veţi auzi vreodată că cineva a văzut un curcubeu
pe timp de ninsoare, sau când cerul era complet senin, fiţi convinşi că
zăpada era semitopită sau cădea acea burniţă măruntă care apare uneori
în absenţa oricăror nori.
Picăturile pe care apare curcubeul se găsesc de obicei la 1-2 km
de noi. Se cunosc cazuri când curcubeul era vizibil la o distanţă de 3-4 m!
După o veche superstiţie engleză, la poalele fiecărui curcubeu
poate fi găsit un vas cu aur. Mai sunt încă şi astăzi oameni care-şi
închipuie că pot ajunge într-adevăr la poalele curcubeului şi că acolo se
vede o lumină care străluceşte într-un mod deosebit. Este absolut evident
că curcubeul nu se află într-un loc anumit, ca un obiect real. El nu este altceva decât lumina care vine dintr-o anumită direcţie.
Credinţa populară mai spune că dimineaţa, curcubeul prevesteşte ploaie, iar seara vreme frumoasă. Această credinţă nu conţine prea mult adevăr. Curcubeul este totdeauna legat de ploaie şi, în majoritatea cazurilor, ploaia continuă şi după curcubeu.
-------------------------------------------------------------------------------------- 32
Oricând ar apare curcubeul, el se formează totdeauna datorită jocului de lumină pe picăturile de apă. De obicei acestea sunt picături de ploaie, rareori – mici picături de ceaţă. Pe picăturle cele mai mici, ca acelea din care sunt compuşi norii, nu se vede curcubeul.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------ Curcubeul reprezintă un cerc complet, dar noi nu-l putem urmări până dincolo de orizont datorită faptului că nu putem vedea picăturile de ploaie care cad sub noi. S-a stabilit că dintr-un avion sau dintr-un balon se poate vedea circumferinţa întreagă a curcubeului cu umbra observatorului în centru. Aceasta este o privelişte măreaţă care a fost într-adevăr observată. (C. Flammarion, op. cit., p. 214)
Mulţi consideră că apariţia unui al doilea curcubeu deasupra primului este un fenomen neobişnuit. În realitate, curcubeul al doilea se observă aproape întotdeauna, deşi mai slab decât primul. El este concentric cu primul, având dea asemenea, drept centru punctul antisolar, însă razele sale formează cu axa care trece prin Soare şi
ochi un unghi de .
Ordinea culorilor în curcubeul al doilea este inversată faţă de ordinea
din primul; cele două curcubeie se mărginesc prin benzile lor roşii. Al
doilea curcubeu apare rareori suficient de strălucitor pentru ca să devină
vizibile arcurile sale secundare: ele sunt dispuse dincolo de banda violetă,
adică la marginea exterioară a celui de-al doilea curcubeu.
-------------------------------------------------------------------------------------- 33
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Cele „şapte culori ale curcubeului” există numai în
imaginaţie. Aceasta este o figură de stil, care s-a menţinut timp atât de
îndelungat datorită faptului că uneori noi nu vedem lucrurile aşa cum sunt
ele în realitate. De fapt, culorile curcubeului trec treptat una în cealaltă, şi
numai ochiul le uneşte în mod arbitrar în grupuri.
S-a stabilit că curcubeiele diferă sensibil unul de celălalt; chiar şi
acelaşi curcubeu poate varia în timpul cât îl observăm; vârful său poate să
difere de părţile sale inferioare. Înainte de toate, au fost observate
diferenţe mari în lărgimea totală a benzii colorate. Apoi, deşi ordinea
culorilor este totdeauna aceeaşi – roşu, portocaliu (orange), galben,
verde, albastru, indigo, violet (ROGVAIV)– lărgimea relativă a benzilor
diferitelor culori şi strălucirea lor variază în modul cel mai arbitrar posibil.
Observatori diferiti nu vor descrie totdeauna în acelaşi mod acelaşi
curcubeu.
-------------------------------------------------------------------------------------- 34
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Curcubeul este un fenomen optic şi meteorologic care se
manifestă prin apariţia pe cer a unui spectru de forma unui arc colorat
atunci cand lumina soarelui se refractă în picăturile de apă din
atmosferă.
De cele mai multe ori curcubeul se observă după ploaie, când
soarele este apropiat de orizont.
Conform unei frumoase legende arabe, curcubeul ar avea doar 4
culori, reprezentand cele 4 semne ale pamanrului (rosu-foc, galben-
pamant, verde-aer, albastru-apa). Ochii nostri percep 7 culori: rosu, oranj’
galben, verde, albastru, indigo, violet.
-------------------------------------------------------------------------------------- 35
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Simboluri şi legenede ale curcubeului
în Biblie, curcubeul reprezintă împăcarea lui Dumnezeu cu Noe după
potop; credinţa ebraică susţinând că dacă Yahve îşi lăsa de-o parte arcul şi-l
agăţa în nori, acesta era semn că i-a trecut mânia.
mitologia chineză prezintă curcubeul ca o fantă în cer, făcută de zeiţa
Nuwa, care a folosit pietre de şapte culori diferite pentru crearea acestuia. În
Tibet, curcubeul reprezintă un pod pe care sufletele ajung în cer.
pentru finlandezi şi laponi, curcubeul era arcul Zeului Tunetului, un iscusit
arcaş, a cărui săgeată era fulgerul.
în mitologia multor popoare, curcubeul este podul pe care sufletele celor
drepţi urcă spre cer.
Incaşii credeau despre curcubeu că era un dar de la Zeul Soare.
Arabii vedeau curcubeul ca pe o tapiţerie cerească ţesută de vântul ce
bătea dinspre sud.
un mit germanic susţine: curcubeul este vasul pe care l-a folosit
Dumnezeu când a creat penajul păsărilor.
pentru japonezi curcubeul este podul plutitor al cerului.
povestea malayeziană spune că un curcubeu marchează sfârşitul unei
perioade de ploi torenţiale sau una în care s-au petrecut mari nenorociri.
Tipuri de curcubee:
ScurtJosRoşuPerecheLunarProdus în cascadă
Produs în valurile marine
-------------------------------------------------------------------------------------- 36
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.2. GLORIAGloria este un fenomen atmosferic optic sub forma unor multiple inele
colorate în jurul părţii superioare a unui obiect situat între Soare şi nori sau ceaţă;
De obicei Gloria este însoţită de umbra celui ce o observă sau de umbra
avionului, dacă este observată din avion.
Gloria se formează întotdeauna în direcţia opusă Soarelui, mai jos de
orizont, cu două excepţii: răsăritul şi apusul Soarelui. Poate fi observată atunci
când te afli deasupra norilor sau a ceţii, iar Soarele luminează direct pe
observator. Fenomenul este observabil la munte, din avion sau la mare când
este ceaţă. Se formează atunci când lumina de la Soare este împrăştiată, în
direcţia opusă astrului, de picăturile de apă din atmosferă.
-------------------------------------------------------------------------------------- 37
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.3. HALOUL Haloul constituie un arc de cerc sau un cerc luminos, slab colorat
în jurul razelor Soarelui sau Lunii, format prin refracţia şi reflexia razelor
luminoase în cristalele de gheaţă foarte fine din norii Cirrostratus, rareori
în norii cirrus, cirrocumulus sau altocumulus. Halourile pot fi observate şi
pe vârfurile norilor cirrus de furtună, aceasta însă foarte rar. Toţi norii pe
care apar halourile sunt constituiţi din cristale de gheaţă mici, a căror
formă regulată determină simetria remarcabilă a acestui fenomen.
Soarele triplu sau soarele înconjurat de un inel luminos nu este
altceva decât fenomenul de halo. Fenomenul se datorează reflexiei şi
refractiei luminii în cristalele de gheaţă din atmosferă. Simetria
hexagonală a cristalelor de gheaţă face ca haloul să aibă mereu aceeaşi
dimensiune. Dacă concentraţia de cristale de gheaţă din atmosferă este
mare, atunci haloul este foarte intens şi soarele apare înconjurat de încă
2 sau 3 copii, care se numesc “câinii de pază ai soarelui”[SUNDOGS]
Ştiaţi că … ?Haloul lunii anunţă schimbarea timpului, popular i se mai spune
Luna îmbujorată.
-------------------------------------------------------------------------------------- 38
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Haloul mic este un inel strălucitor cu o rază ceva mai mare de
, în jurul Soarelui. Alte fenomene de halo au dimensiuni mult mai mari.
În afară de haloul mic , există şi alte arcuri şi pete luminoase,
fiecare cu denumirea sa, care se combină dând naştere la diverse
fenomene de halo.
Fotografiile halourilor au o mare importanţă din punct de vedere
ştiinţific. Ele se folosesc pentru măsurători precise ale unghiurilor şi
pentru determianrea intensităţii luminii.
Haloul mic apare în urma refracţiei luminii solare într-un nor de
mici cristale de gheaţă care, precum se ştie, au adeseori forma unor
prisme hexagonale.
După credinţele populare, haloul mic constituie un semn de vreme
ploioasă şi, când se spune cu cât este mai intens haloul cu atât mai repede va ploua , se presupune că tocmai haloul mic şi nu coroana
prevesteşte ploaia. Într-adevăr, deseori prezenţa norilor cirrostratus
prevestesc o scădere a presiunii atmosferice ; ploaia începe cam la 36 de
ore după apariţia haloului.
-------------------------------------------------------------------------------------- 39
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.4. Mirajul opticMirajul este generat de imaginile unor obiecte îndepărtate ce apar
sub formă simplă sau multiplă, dreaptă sau răsturnată, mărită sau redusă
în plan vertical. Se explică prin refracţia luminii prin straturi de aer cu densitati diferite. Mirajul este de două feluri:
2.4.1. MIRAJUL INFERIOR
Mirajul în general reprezintă imaginea distorsionată a unui obiect
real şi el se produce după modul în care lumina penetrează anumite
straturi de aer ce nu au aceeaşi temperatură.
Este denumit inferior deoarece imaginea văzută este în realitate
sub obiectul real, care de cele mai multe ori este cerul sau un obiect din
depărtare. El apare ca un lac sau o oază de palmieri. Acelaşi miraj îl
întâlnim de obicei pe şosea unde apare ca o pată de ulei sau de apă.
Mirajul inferior se produce în deşert deoarece nisipul se încinge,
iar aerul imediat de lângă acesta este cu cel puţin 10ºC mai cald decât cel
de deasupra lui.
2.4.2. MIRAJUL SUPERIOR
Mirajul superior se formează atunci când stratul de aer de lângă
sol este mai rece decât cel de deasupra lui. Imaginea apare deasupra
obiectului real lăsând impresia că obiectul respectiv pluteşte în aer.
Mirajele superioare pot fi văzute de regulă în zonele polare.
-------------------------------------------------------------------------------------- 40
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Când straturile de aer inferioare sunt mai reci (ex. dimineaţa, in
desert; pe marile de la latitudini mari), imaginea se vede deasupra
obiectului - miraj superior. In acest caz, daca obiectul se află sub linia
orizontului, este posibil să se vadă numai imaginea lui.
Uneori, curbarea razelor în sus produce reflexii multiple; raza se
propagă nestingherită pe drumul ei (spre deosebire de reflexia inferioară,
când raza întâlneşte în calea ei pământul) şi se observă imagini ciudate,
drepte şi răsturnate, care variază din clipă în clipă, în funcţie de distanţa
observatorului de obiect şi de distribuţia temperaturii în atmosferă. Acest
miraj este cunoscut sub denumirea de fata morgana.
-------------------------------------------------------------------------------------- 41
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
O regulă de formare a mirajului a fost prezentată de Marcel
Minneart în cartea sa „Natura luminii şi culorii în natură”. În funcţie de
diferenţa de temperatură dintre aerul la suprafaţă şi cel de la un metru,
avem:
Dacă la 1 m temperatura este cu mai puţin de 1.7 °C mai mică, nu se
formează nici un miraj.
Dacă diferenţa este în jurul a d 2.8°C se formează un miraj moderat.
Dacă diferenţa de temperatură este mai mare de 4.4°C atunci se
formează un miraj intens.
Pentru a avea o idee despre cât de mare poate fi diferenţa de
temperatură deasupra unui drum asfaltat bătut de soare, măsurători au
indicat diferenţe de 11 până la 17 °C între suprafaţă şi la înălţimea de 1
cm de suprafaţă!
-------------------------------------------------------------------------------------- 42
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.5. SCLIPIREA STELELOR
-------------------------------------------------------------------------------------- 43
Este datorată neuniformităţii indicelui de refractie al
atmosferei, fenomen cauzat de turbulentele aerului.
Stelele sunt atât de îndepărtate încât apar pe cer ca puncte
de lumină ce par să "danseze" când traversează straturi ale
atmosferei ce au temperaturi şi/sau densităţi diferite.
Planetele sunt suficient de apropiate ca să poată apărea pe
cer ca discuri de lumină chiar dacă în unele cazuri ochiul
neajutat de instrument nu poate să perceapă acest lucru.
Spotul de lumina venit de la planete tinde să formeze o medie
relativ stabilă la traversarea atmosferei aşa încât şi imaginea
lor pare a fi stabilă.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------- 44
2.6. SOARELE FALS
Apare de regula dupa ploaie, înainte de apusul
Soarelui, sub forma unei pete strălucitoare pe nori sau pe un
ecran de particule de apă care plutesc în atmosfera.
Fenomenul este imaginea Soarelui proiectata pe acel
ecran.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.7. LUMINA ANTICREPUSCULARĂ
-------------------------------------------------------------------------------------- 45
Lumina antisolară sau anticrepusculară se poate
observa sub forma unor raze ce pornesc din punctul antisolar,
regiunea de pe cer opusă Soarelui.
Toate razele sunt paralele între ele datorită distanţei
mari la care este situat Soarele, dar efectul de perspectivă
crează impresia că ele izvorăsc dintr-un singur punct, punctul
antisolar.
Acest fenomen atmosferic optic este datorat împrăştierii
luminii ce provine de la Soare de către aerosoli, precum par-
ticule de praf sau vapori de apă.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.8. LUMINA CREPUSCULARĂ
-------------------------------------------------------------------------------------- 46
Lumina crepusculară este asemănătoare cu lumina
anticrepusculară, singura diferenţă fiind punctul de origine al
razelor, respectiv Soarele.
Lumina crepusculară este un fenomen optic mai des
întâlnit spre deosebire de razele antisolare. Iar dacă ai un cer
curat şi mult noroc poţi observa cum cele două lumini se
întâlnesc formând un semicerc complet de raze paralele ce
străbat cerul de la est la vest.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.9. UMBRA MUNŢILOR
-------------------------------------------------------------------------------------- 47
Apare imediat după răsăritul Soarelui sau înainte de
apus, în chip de imagine fantastică, întunecată, ce se îndreaptă
cu repeziciune spre noi atunci când soarele se ridică pe boltă.
Viteza fenomenului este destul de mare şi se poate observa
datorită umbrei muntilor peste ecranul de ceaţă din vale.
Imaginea de o frumuseţe ieşită din comun, arată cum, la
apusul soarelul, razele de lumină “dublează” peisajul de pe
Caraiman, pe nori. Salvamontistii din zonă susţin că astfel de
imagini sunt extrem de rare şi pot fi văzute mai ales când
muntele este acoperit de ceaţă sau nori.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.10. CERCUL LUI ULLOA
-------------------------------------------------------------------------------------- 48
Cercul lui Ulloa ii
apare alpinistului ajuns
dupa răsăritul soarelui pe
creasta unui munte şi care,
privind spre apus în ceaţa
care se risipeşte, îşi vede
imaginea înconjurată de trei
cercuri viu colorate şi pe un
al patrulea, mai mare şi mai
albicios.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.11. NORII IRIZAŢI
-------------------------------------------------------------------------------------- 49
Difractia luminii pe straturi subtiri şi uniforme de nori
încărcaţi cu vapori de apă sau cristale fine de gheaţă poate
provoca nori irizati.În prezenţa lunii sau a soarelui, când lumina lor trece prin
această barieră fină de nori, apar zone circulare luminoase sau
benzi colorate în diverse nuanţe.
Spre deosebire de curcubee şi coroane, iridiscenţele nu au
o formă sau un model specific. Pot fi văzute oriunde pe glob, tot
timpul anului, dar apariţia lor este foarte rară.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.12. FLASHUL VERDE
-------------------------------------------------------------------------------------- 50
Este cel mai bine văzut la latitudini mari pe un orizont plan,
cum ar fi oceanul. Cu toate că flashul verde poate fi văzut tot timpul
anului, este totuşi foarte rar. Cel mai lung flash verde înregistrat a
fost de 35 de minute, dar pot fi şi de câteva secunde.
Atmosfera poate fi considerată ca fiind formată dintr-o
mulţime de straturi de densitate din ce în ce mai mică (de la pământ
spre straturile superioare) astfel încât lumina suferă, la trecerea de
suprafeţele de separaţie, refracţii.
O rază monocromatică va fi curbată de aceste refracţii
succesive, dând ceea ce numim refracţie astronomică. La orizont ea
ajunge la niţel mai mult de 1/2 de grad, adică cam cât diametrul
unghiular al Soarelui. Asta face ca, atunci când vedem Soarele
atingând cu marginea inferioară a discului orizontul, el să fi apus
deja complet, de fapt.
Lumina albă de la Soare refractându-se pe atmosferă suferă
şi dispersie şi împrăştiere. Dispersia face ca marginea de sus a
discului să apară verde iar marginea inferioară, roşie (lumina
albastră e în mare măsură împrăştiată).
Astfel, atunci când Soarele a apus deja coborând la aproape
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.13. AURORA BOREALĂSoarele emite un flux de particule încărcate, care constituie vântul
solar. El interacţionează cu câmpul magnetic terestru şi astfel particulele
încărcate sunt orientate (pe traiectorii spirale în jurul liniilor de câmp
magnetic) spre poli.
La intrarea în atmosferă, vântul solar produce excitarea atomilor de
azot şi oxigen care, prin dezexcitare, emit radiaţie percepută de noi ca
auroră. Funcţie de tipul / energia particulelor incidente, aurora poate fi
mai mult sau mai puţin luminoasă şi divers colorată. Mişcarea aurorei,
când se produce, se datorează faptului că vântul solar ajunge treptat în
diferite zone ale atmosferei, funcţie de presiunea sa.
Aurorele sunt mai dese şi mai luminoase în perioade de activitate
solară mare.
-------------------------------------------------------------------------------------- 51
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
La temperatura înaltă din Soare, materia este ionizată, adică
mulți dintre electroni au prea multă energie pentru a fi captați de nucleele
atomice. Astfel materia există într-o stare numită plasmă, un ocean de
particule încărcate electric. Mișcarea acestor particule produce un câmp
magnetic foarte puternic care influențează Soarele în toate modurile
posibile.
Soarele emite continuu în spațiu particulele incărcate electric
(electroni și protoni). Această emisie de particule elementare a primit
numele de vânt solar. Vântul solar se deplasează dinspre Soare înspre
sistemul solar și intreacționează cu toate planetele. Viteza acestuia la
ecuator este de 400 km/s iar părțile mai active ating și 750 km/s.
Numărul total de particule emise de Soare prin vântul solar este de
1,3x1031 în fiecare secundă. Aceasta înseamnă că în fiecare oră Soarele
pierde 6,7 miliarde de tone de materie.
Particulele încărcate electric nu pot trece de câmpul magnetic al
Soarelui cu ușurință. Astfel vântul solar este reglat de câmpul magnetic.
-------------------------------------------------------------------------------------- 52
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
2.14.
-------------------------------------------------------------------------------------- 53
Eclipsa (din greaca veche εκλειψης ekleipsis: dispariţie, abandon) este un eveniment astronomic care are loc atunci când un corp ceresc trece prin umbra altuia si deci este lipsit de lumina soarelui.In functie de modul in care sunt aliniate Soarele, Pamantul si Luna, eclipsele pot fi: de Luna (daca Pamantul este situat intre Soare si Luna) si de Soare (daca Luna se afla intre Soare si Pamant.)
Eclipsele de Luna totale - cand Luna intra in intregime in conul de umbra al Pamantului. partiale - cand Luna intra numai in parte in conul de umbra al
Pamantului.Eclipsele de Soare partiale - cand discul Lunii acopera partial discul Soarelui. totale – cand discul Lunii in intregime discul solar inelare - cand discul lunar acopera numai regiunea centrala a discului
solar.
Foto: Nelu Fănăţan, 16.06.2011, Baia Mare
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------- 54
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------- 55
FAZELE ECLIPSEI TOTALE DE SOARE
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------------- 56
O frumoasă legendă povesteşte că Soarele şi Luna ar fi
întruchiparea unor tineri foarte frumoşi care se iubeau nespus. Povestea
lor de dragoste însă nu s-a putut împlini niciodată. Exista o mare
piedică în calea fericirii lor: eru fraţi. Cerul i-a blestemat ducându-i în
cele două capete ale pământului pentru ca niciodată să nu-şi mai vadă
faţa unul altuia. De atunci Soarele arde ziua întreagă de dorul Lunii, iar
Luna străluceşte noaptea gândindu-se la mândrul ei Soare. Şi pentru ca
să le mângâie sufletele i-a dăruit Soarelui curcubeul şi Lunii puzderie de
stele. Nu s-au mângâiat însă; şi atunci i s-a făcut Cerului milă de ei şi
le-a îngăduit să se apropie uneori unul de altul şi să-şi privească faţa. Şi
a numit apropierea lor ECLIPSA.
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
ŞTIAŢI CĂ …?1. Propagarea în linie dreaptă a luminii este o aproximaţie. Lumina (şi
orice undă electromagnetică, în general) are un caracter ondulator.
2. Difracţia apare ca fenomen normal, propagarea în linie dreaptă
fiind un caz particular de propagare.
3. Înţelegerea corectă a fenomenelor presupune de multe ori
depăşirea impresiilor şi observaţiilor directe, care pot fi încadrate în
termenul de “experienţă omenească” sau “bun simţ experimental”.
Realitatea este ceva mai complexă decât pare la prima vedere.
Putem spune astfel că, conceptul de rază de lumină este utilizabil în
mod aproximativ ca într-un model simplificator pentru descrierea
fenomenelor de propagare a ei, la fel cum conceptual de punct
material este utilizabil în mecanică ca un model de primă aproximaţie.
4. Orice corp la o temperatură mai mare de 0 K emite un spectru larg
de radiaţie electromagnetică.
5. Soarele este principala sursă de radiaţie pentru Pământ.
6. Flacăra este o recţie chimică (cu miltă degajare de energie) între
două substanţe dintre care una arde (carburant) şi cealaltă
întreţine arderea (corburant). Flacăra unei lumânăricorespunde
reacţiei de ardere a carbonului în oxygen (din aer) cu formare de
CO2. Orice corp incandescent arde, dar flacăra apare doar dacă
corpul este volatile sau dacă este gazos. Gazul sau vaporii
incandescenţi formează flacăra. Luminozitatea flăcării se datoreşte
particulelor de cărbune aduse la incandescenţă, temperature lor
fiind în jur de 1800 0C.
-------------------------------------------------------------------------------------- 57
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
7. Becul electric este cea mai folosită sursă de iluminat. Becul electric
cu incandescenţă este construit dintr-un balon de sticlă în care se
face vid sau se introduce un gaz inert. Corpul incandescent este
un filament de wolfram încălzit cu ajutorul curentului electric la o
temperatură de 2500…3000 0C. Energia electrică consumată de
bec se repartizează în trei procese: a) radiaţie luminoasă ( 12%),
b) radiaţie termică ( 74%), c) pierderi prin conducţie termică (
14%).
8. “Este primejdios să te adăposteşti sub un copac în timpul unei
furtuni cu trăznete. Aceasta a fost fatal pentru mulţi oameni sau
multe animale. Este mai sigur să fii în camp deschis …. Când
hainele sunt ude şi o descărcare în drumul ei spre pământ va lovi
capul, ea poate să se scurgă pea pa de la suprafaţa capului, dar
dacă hainele sunt uscate, fulgerul va trece prin corp deoarece
sângele şi alte organe conţin atât de multă apă încât sunt mult mai
buni conductori.” [ Benjamin Franklin ]
-------------------------------------------------------------------------------------- 58
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
9. Vorbim despre ceaţă atunci când obiectele nu pot fi distinse la
distanţe mai mari de 1 km. Dacă însă ele rămân vizibile la o
distanţă de până la 2 km, vorbim despre pîclă.
10. Luna nu emite lumină. Cum explicaţi că vedem Luna ? (Luna reflectă
lumina primită de la Soare).
11. . Intunericul nu există.- Intunericul există?
- Bineînţeles!
- Vă înşelaţi, ... Întunericul nu există. Ceea ce există de fapt este
doar absenţa luminii. Lumina poate fi studiată, întunericul nu. Nici
nu poate fi fracţionat întunericul, lumina da. O simplă rază de
lumină alungă întunericul de pe suprafaţa pe care ajunge raza de
lumină. Întunericul este un termen inventat de oameni pentru a
descrie ce se întâmplă când nu avem lumină.(Dialog între studentul Albert Einstein şi profesorul său).
12. Când stelele sclipesc noaptea pe cer, sclipesc şi planetele?
a. da, sclipesc
b. nu, numai stelele sclipesc
R: Sclipirea este rezultatul variaţiilor de densitate a aerului din atmosfera Pământului. Aceste variaţii sunt evidente ziua, când observăm
pâlpâirea obiectelor prin straturile încălzite ale aerului de deasupra unei
suprafeţe fierbinţi.
Orice sursă de lumină aflată la distanţă va pâlpâi, dacă o separă
de observator destul aer cu curenţi, ce fac neîncetat vârtejuri. Această
mişcare în straturile turbulente ale atmosferei deviază direcţia după care
priviţi.
-------------------------------------------------------------------------------------- 59
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
BIBLIOGRAFIE
1. Mircea-Mihail Popovici, Fenomene termice, Ed. Nemira, 1995,
Bucureşti
2. Doina Turcitu (coord.), Fizică – manual pt clasa a X-a, Ed.
Radical, 2005, Craiova
3. Panaiotu L. (coord.), Fizică – manual experimental pt clasa a
XII-a, Ed. didactică şi pedagogică, 1980, Bucureşti
4. Vasile Fălie, Rodica Mihalache, Fizică – manual pt clasa a XI-a, Ed. didactică şi pedagogică, 2004, Bucureşti
5. Armand Popescu (coord.), Fizică – manual pt clasa a IX-a, Ed.
Petrion, 2004, Bucureşti
6. Corinne Stockley (coord.), Dicţionar ilustrat de fizică, Ed. Aquila
’93, 2002, Oradea
7. D. Ciobotaru (coord.), Fizică – manual pt clasa a XII-a, Ed.
didactică şi pedagogică, 1996, Bucureşti
8. Didona Niculescu, Fizică – Sinteze şi complemente, Ed.
Naţional, 2009, Bucureşti
9. Mariana Ivan, Florentina Brandibur, Evaluare şi testare, Ed.
Aramis, 2000, Bucureşti
10. Lewis Carroll Epstein, Gândiţi Fizica!, Ed. All Educational,
2004, Bucureşti
11. Anatolie Hristev (coord.), Probleme de fizică pentru clasele IX-X, Ed. didactică şi pedagogică, 1983, Bucureşti
12. Anatolie Hristev, Probleme de termodinamică, fizică
-------------------------------------------------------------------------------------- 60
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
moleculară şi căldură, Ed. Tehnică, 1988, Bucureşti
13. Mihai Popescu (coord.), FIZICĂ XII, Ed. LVS Crepuscul, 2007,
Poieşti
14. Gh. Moisil (coord.), Fizică – manual pentru şcoli profesionale şi
complementare, Ed. D. P., 1996, Bucureşti
15. E. Dobre (coord.), Fizică – manual pt clasa a XI-a, Ed.
didactică şi pedagogică, 1979, Bucureşti
16. E. Toader, V. Spulber, Optică pentru tehnicieni, Ed. Tehnică,
Bucureşti, 1985
17. Ministerul Metalurgiei şi industriei chimice, Căldura şi aplicaţiile ei, Ed. Tehnică, 1951
18. Richard P. Feynman, Şase lecţii uşoare, Ed. Humanitas,
Bucureşti, 2007
19. M. Minnaert, Lumina şi culoarea în natură, Ed. Ştiinţifică, 1962
20. I. Negrescu, Din secretele luminii, 1964
21. Iosif Goldhaar, Lumina neagră, Ed. Ştiinţifică, 1965
22. C. Popovici, Lumina rece, Ed. Ştiinţifică, 1964
23. Manda Dumitru, Legătura fizicii cu viaţa, Editura Didactică şi
Pedagogică, 1974
-------------------------------------------------------------------------------------- 61
FOTOMETEORI ------------------------------------------------------------------------------------------
Nr. crt. Nr. cap. Denumire capitol Pg.
1. Introducere 22. Lumina …în viziunea altora 53. 1 NOŢIUNI TEORETICE DE BAZĂ 104. 1.1. Natura electromagnetică a luminii 105. 1.2 Principiile opticii geometrice 146. 1.3. Reflexia luminii 177. 1.4. Refracţia luminii 198. 1.5. Reflexia totală 209. 1.6. Dispersia luminii 2510. 1.7. Absorbţia luminii 2711. 1.8. Umbra. Penumbra 2812. 2 FOTOMETEORI 3113. 2.1. Cucubeul 3214. 2.2. Gloria 3715. 2.3. Haloul 3816. 2.4. Mirajul optic 4017. 2.5. Sclipirea stelelor 4318. 2.6. Soarele fals 4419. 2.7. Lumina anticrepusculară 4520. 2.8. Lumina crepusculară 4621. 2.9. Umbra munţilor 4722. 2.10. Cercul lui Ulloa 4823. 2.11. Norii irizaţi 4924. 2.12. Flashul verde 5025. 2.13. Aurora boreală 5126. 2.14. Eclipsele 5327. Ştiaţi că …? 5728. Bibliografie 6029. Cuprins 62
CUPRINS
-------------------------------------------------------------------------------------- 62