Окт 8, 2016
960
Комментарии к записи Почему небо голубое с точки зрения физики? Ответ для детей. отключены
0 0

Почему небо голубое с точки зрения физики? Ответ для детей.

Статья добавлена пользователем

Почему небо голубое? Разные цвета небес

Вопрос о том, почему небо голубое, интересует человечество с очень далеких времен. Тогда, когда люди просто не имели правильного представления о строении мира, они находили для этого самые разные объяснения, зачастую лежащие в плоскости веры, религии или поверий разных народов. В целом, вопрос «Почему небо голубое?» задавался тогда не слишком часто. Было намного больше различных приземленных проблем, из области чего бы покушать или как защититься от различных опасностей. Давно отмечено, что человечество может развиваться только в двух состояния – в непрерывной войне, когда постоянно совершенствуется оружие (и попутно – развиваются остальные сферы жизни человека) или же в спокойное время, когда человек может не переживать о том, что бы ему поесть и может остановиться и начать думать. И хотя воевали люди друг с другом всегда, непосредственно вопрос о том, почему небо голубое, был наименее интересным в плане развития вооружений. Как следствие, задаваться им более детально и специализированно начали уже значительно позже, когда общее понимание о строении мира стало приближенным к тому, что знаем мы о нем сейчас.

Особенности атмосферы

Чтобы дать ответ на сложный вопрос «Почему небо голубое?», первым делом нужно понять что вообще такое атмосфера нашей планеты, ведь именно от этого нужно отталкиваться и начинать разбираться. Итак, атмосфера представляет собой определенную смесь из газов  и некоторых других элементов. Она плотно окружает Землю со всех сторон, образуя как бы сферу газа вокруг планеты. Не смотря на то, что люди (да и большинство остальных форм жизни), как считается, дышат кислородом, по факту, атмосфера в основном состоит из азота в его газообразной форме (примерное количество – 78% от общей массы). А вот на кислород приходится только 21%. Остальной объем – более мелкие и менее значительные вещества типа аргона (которого 0,93%), вода (меньше 0,01%) и другие частички, которых также невероятно много. Естественно, атмосфера не всегда стабильна и однородна. На нее влияет текущий регион нахождения наблюдателя, погодные условия, природные или техногенный катастрофы, вспышки на солнце и многие другие факторы, перечислить которые практически невозможно. Кроме всего прочего, чем дальше от поверхности планеты, тем более разряженной является атмосфера. Это первый элемент, который следует понять для того, чтобы разобраться в том, почему небо голубое.

Свет, волны и вкратце о важном

Второй важный элемент нужный для объяснения того, почему небо голубое – понимание природы солнечного света. Это элемент, по своей сути – энергия. Она переносится или распространяется специальными волнами. Простейшим примером или аналогом, который можно привести, чтобы точнее понять, почему небо голубое, является звук. Он тоже распространяется волнами, которые человеку не видны, но фактически они существуют. Скорость перемещения такой волны невероятно высока, она определяется световыми годами и составляет скорость 299,792 километра в секунду. Отдельно нужно отметить, что волна эта неоднородна и может иметь разную длину, частоту и многие другие параметры. Это очень важно для понимания сути проблемы о том, почему небо голубое.

Спектр цветов

Общий цвет всей волны является белым. Это сочетание всех цветовых вариаций вместе. Но на самом деле, этот белый цвет не однороден и может разделяться на достаточно большое количество расцветок. Простейший тому пример – радуга. Именно она показывает все цвета, на который разбивается «базовый» белый цвет. Этот момент важно понять, так как именно он играет существенное значение для понимания вопроса о том, почему небо голубое. Также, отдельное внимание следует обратить на тот факт, что в зависимости от цвета, отличаются и характеристики волны.

Небо голубое и распространение в нем волн света

Мы практически вплотную подошли к вопросу о том, почему небо голубое. Осталось только определить, каким образом распространяются световые волны. Так, этот процесс происходит постоянно и непрерывно. Волна света двигается строго по прямой линии, пока не столкнется с каким-либо препятствием. В космосе таких препятствий не так много, а вот в атмосфере нашей планеты – огромное количество. Как следствие, в космосе небо будет черным, а у нас на планете – небо голубое. Так, когда свет достигает самых верхних слоев атмосферы, он уже вступает во взаимодействие с молекулами, из которых она состоит. Также, могут попасться и мельчайшие частички пыли или другие мелкие элементы, но это практически никогда не играет существенной роли. Как следствие, разные типы волн, в зависимости от их характеристик, по-своему реагируют на такие препятствия. Это главный элемент, нужный для понимания вопроса о том, почему небо голубое. Когда столкновение происходит со сравнительно крупными частичками пыли, то свет отражается в том виде, в котором он был изначально – то есть, он остается белым. Тут суть в том, что такие  частички больше чем фактическая волна света. А вот при взаимодействии с молекулами, отражается только часть видимого спектра, а другая часть проходит без изменений. Подобный эффект был назван рассеянием Рэлея и он является главным фактором, объясняющим почему небо голубое.

Почему небо голубое с точки зрения физики

Итак, непосредственный ответ на проблему «Почему небо голубого цвета?» с точки зрения точных наук будет достаточно прост. Длинные волны, среди которых красный и другие подобные цвета, проходят практически без искажений до самой поверхности планеты. А вот более короткие волны, среди которых большую роль играет именно голубой или синий цвет, активно начинают рассеиваться и отражаться в невероятно громадном количестве молекул атмосферы. В конечном итоге, этот голубой цвет заполняет все небо и окрашивает его именно в такую расцветку, привычную нам. Голубое небо, вполне возможно, присуще только нашей планете. Ученые пока не имеют точного ответа на этот вопрос, так как до других звезд мы пока не долетели, а для чистоты эксперимента нужно планета примерно с тем же составом атмосферы, что и наша.

Эффект отсутствия атмосферы или небо голубое не всегда

Если бы у нас был другой состав атмосферы (или не было ее вообще), то вопрос о том, почему небо синее вообще не возникал бы. Правда, мог появляться другой, типа, почему небо черное, зеленое, красное или любое другое. В целом, тут огромное значение имеет именно атмосфера. К примеру, на Луне небо будет черным. Там нет  атмосферы, как следствие, свет ничем не задерживается и попадает на поверхность в своем идеально белом варианте. Чем разреженней атмосфера, тем меньше будет вопросов, почему небо голубое. Почему так? Очень просто – свет отражается только частично и ещё не успевает «насытить» окружающие именно синим (или голубым оттенком). Вследствие этого, чем выше поднимается человек, тем более черным будет для него небо.

Красный цвет на закате

С вопросом о том, почему небо синее, разобрались, но это не единственный возможный цвет. Люди заметили, что на закате небо приобретает больше красных тонов, чем синих. В целом, тут примерно та же ситуация. Единственным отличием является тот факт, что когда начинается закат, наша планета находится в таком положении от солнца (точнее та часть планеты, на которой располагается наблюдатель), что солнечным лучам приходится преодолевать намного больший слой атмосферы. И вот тут его лучи начинают рассеиваться ещё больше и ещё активней. Получается, что в данном случае начинает доминировать именно красный цвет, который вытесняет остальные, не столь яркие тона из гаммы освещения неба и окрашивает его именно в красный, оранжевый, желтоватый и другие подобные оттенки. Следует отметить, что это верно только для той местности, где происходит закат. В остальном мире, где сейчас день, будет вполне себе небо голубое.

Белый свет от Солнца

Есть ещё один элемент, также заслуживающий отдельного внимания. Дело в том, что если смотреть прямо на нашу звезду в солнечный день, то можно отметить что чем ближе к ней, тем более блеклым и белым является небо. Этот эффект возникает из-за угла, под которым наблюдатель смотрит на солнечный свет. Так, если смотреть прямо на звезду, то свет будет идти по прямой. Как следствие, большая его часть будет попадать в глаз человека (назовем это так, для простоты) в чистом, не рассеянном виде. А вот все, что в округе – уже следствие отражения от молекул и там – небо голубое. Пример подобного – отражение света от зеркал. Но тут будет отражаться практически тот же самый свет, который и поступает на зеркало. А вот если бы оно его частично искажало (к примеру, через ту же призму), тогда после нескольких отражений от разных зеркал и прохода света через призму человек бы увидел абсолютно другие расцветки, которые отдаленно помогут представить, почему небо голубое.

Пасмурное небо голубое или белое?

Странно, но когда на небе тучи, то небо голубое только весьма условно. Скорее его можно назвать серым или белым. Тут тоже все достаточно просто. Большая концентрация влаги, которой по сути и являются облака и тучи, или практически полностью поглощает солнечный свет (черные тучи) или полностью его отражает (белые облака. Как следствие, когда день пасмурный, большая часть света поглощается и отражается. Получается, что не только голубой свет рассеивается, но и все остальные, что в конечном итоге приводит к тому же цвету, который был изначально – к белому. Просто не настольно яркому. Небо голубое при этом все равно остается, просто его не видно.

Почему небо голубое? Для детей

Объяснить все указанное выше детям будет достаточно затруднительно. Есть два основных варианта решения этой проблемы. Самый просто – соврать. Как бы это не звучало, но пока ребенок не подрастет, ему вполне достаточно будет довольствоваться информацией о том, что на самом деле солнышко светит именно синим цветом. Это поможет избежать постоянных вопросов малыша о том, почему небо синее. Для самых любознательных, сначала нужно объяснить строение атмосферы. Можно взять любую подходящую призму и пропустить через нее свет от фонарика (или любого другого подходящего источника освещения). Наглядный пример всегда более понятный, и ребенок сразу увидит, как белый свет превращается в радугу. Потом нужно показать, что вот эти цвета проходят практически беспрепятственно (в причины можно не вдаваться), а вот эти – голубой и так далее, активно рассеиваются и именно поэтому небо голубое. Ну а если ребенок будет упорствовать и задавать массу уточняющих вопросов, тогда уже можно и детально вникнуть в молекулярную теорию, принцип волнового света, его разделение по длине и так далее. Такой любознательный малыш вполне будет способен понять, почему небо голубое и без всяких сказок и упрощений. При условии, что ему это действительно будет очень интересно.

Эксперимент о том, почему небо голубое

Вопросы детей о том, почему небо голубое, достаточно сложный. Самый простой способ объяснить – наглядный пример. Выше уже был описан пример с призмой, но это не единственный вариант. Можно очень точно и достаточно детально смоделировать весь процесс, который фактически протекает в нашей атмосфере днем, и касающийся того, что небо голубое. Для этого нужно взять прозрачную стеклянную банку и налить в нее воды. Наполнять нужно не полностью, а примерно треть оставить незаполненной. Туда же нужно налить молока. Зависит от размеров банки, но редко когда надо больше 1 ложки. Если брать пол-литровую банку, то может хватить и половины ложки молока. Полученный состав тщательно размешивается. Теперь берем любой фонарик и переходим в темное помещение. Чем меньше будет сторонних источников света – тем лучше. Если светить фонариком сверху и при этом смотреть на банку сбоку, то цвет жидкости будет голубоватым. Именно это происходит в нашей атмосфере. Посветив сбоку и смотря с другого боку, увидим красноватый свет, схожий по аналогии с цветом неба на закате. Собственно, это достаточно простой эксперимент, зато он автоматически снимет массу вопросов о том, почему небо голубое.

Комментарии отключены.