真っ赤な太陽が昇る。図面、説明

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赤い太陽が昇ります。子ども科学実験室

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空の色、太陽と月の色、多くの光学現象と音響現象は、異なる長さの電磁波と弾性波がレイリーの法則に従い、異なる方法で大気中に散乱するという事実によって決まります。

夏には、昇るのが早すぎるため、朝日を見る人はほとんどいません。しかし、夕日はその栄光のうちに私たちの前に現れます。巨大な球体が、その色を真っ赤からあずき色に変えながら、ゆっくりと青空を横切り、黄色、緑、ピンクの色調に染めながら、地平線の彼方に消えていきます。 - 空気自体は青色をしているため、大気は赤色光を吸収すると考えられていました。しかし、その場合、地平線の太陽と月は、天頂にあるものよりも青く見えるでしょう。それらからの光線は、観測者に届く前に、空気の厚さが厚ければ厚いほど通過し、発光体は下に降りていきます。光の電磁気理論の出現後、大気中の光波は、水面の波のように、空中に浮遊する粒子、つまり邪魔になる石や岩によって散乱されるに違いないことが明らかになりました。これは、1868 年にイギリスの物理学者 J. ティンダルによって提案され、実験的に証明されました。しかし、その XNUMX 年後、J.W. レイリーは、理想的に清浄な大気中でも光学的不均一性、つまり密度の変動に基づいて光の散乱が起こるはずであることを示しました。これらの不均一性は、熱運動中の分子のランダムな蓄積の結果として継続的に発生し、別の場所で再び形成するために即座に溶解します。

空隙や完全に均質な媒体を通過する光は散乱しません。分子の寸法は光の波長よりも数千分の0,1であり、光は分子に「気づかず」に進みます。媒質の不均一性は一種のプリズムとなり、媒質内の空気密度が平均値と異なるほど光をより強く散乱します。そしてもちろん、そのような不均一性はさらに多くなります。光の平均波長の 0,2 ～ XNUMX の光学的不均一性を持つ媒体は、濁っていると呼ばれます。

混濁した媒体では、長さの異なる光波は散乱の仕方が異なります。つまり、短波放射ではスペクトルの青色部分がより強く、長波放射では赤色がより弱くなります。散乱の波長依存性は非常に強く、波長の 0,5 乗に反比例します。これは、波長 (1,4 μm) が赤色光の波長 (0,7 μm) の 1,4 倍小さい青色光が (XNUMX) の混濁媒質中で散乱されることを意味します。⁴＝4倍強い！

赤い太陽が昇る

物質の分子に当たる電磁波は、その電子と相互作用します。原子に非常に弱く結合しているため、波の作用によって著しく移動する電子 (したがって、「光電子」と呼ばれます) は、周波数の XNUMX 乗に比例する周期的な加速を受け、交流磁場を生成します。二次電磁波が場内に発生し、その振幅は電子の加速度に比例し、強度は振幅の二乗に比例します。

したがって、放出される二次光の強度は、入射光の周波数の XNUMX 乗に比例するか、または同じことですが、その波長の XNUMX 乗に反比例します。この二次放射は、混濁した媒体内で散乱された光であり、その強度の波長依存性はレイリーの法則と呼ばれます。

赤い太陽が昇る

光の波長より大きい粒子（0,5～0,7μm）は主に入射光の方向に光を散乱させ、その強度分布は非常に複雑になります。

赤い太陽が昇る

サイズ約 0,1 μm の粒子は、入射光を前方と後方に均等に散乱させ、横方向の散乱は縦方向の XNUMX 倍になります。

この関係はレイリーの法則と呼ばれます。夕日の赤、空の青、海の色（浅瀬では、砂底から反射した黄色に青い拡散光が加わり、水は緑色に変化します）を説明しています。。同じ理由で、警告灯、ブレーキ灯、その他の危険標識は赤色になり（遠くからでも見えます）、カメラのレンズに赤いフィルターが付いているので、霧の中での撮影に役立ちます。このような写真では、空は非常に暗く、ほとんど黒く、木の葉は明るく、遠くにある物体の細部が非常にはっきりと見えます。（ちなみに、写真家や映画監督は、明るい晴れた午後に撮影するときに、月明かりの夜を描写するために赤いフィルターを使用することに注意してください。）

逆にブルーのフィルターを使うと、霧のベールに包まれた神秘的な世界感が写真に生まれます。戦時中、家の入り口は青いススキで照らされていましたが、その光はすぐに大気中に消えてしまい、上空からは見えませんでした。

非常に小さな粒子は、入射ビームに沿って光を同様に強く散乱しますが、垂直方向では 2 倍弱くなります。空の色の彩度もそれに応じて変化します。粒子が大きくなると、この依存関係はさらに複雑になります。光は主に前方、つまり入射光の方向に散乱し始め、スペクトル構成も変化します。波長依存性は Rapey (Lambda4) ではなく、2 次 (LambdaXNUMX) になります。さらに大きくなると、粒子はすべての波長を均等に散乱し始めます。これは、軽いもやが濃くなり、乳白色の霧に変わるときに発生します。このため、黄オレンジ色の「霧」車のライトは霧の中では実際には機能しません。その光は白と同じくらい霧の中で散乱します。さらに、強いもやの中では赤みがかかり、遠ざかる車の後部のライトと混同されることがあります（時には最も不幸な結果を招くこともあります）。草原や砂漠では、白っぽい空は警戒すべき兆候です。彼は、細かい砂や塵の雲を空中に巻き上げるハリケーン、強風が近づいていると言う。そして、空気を「洗う」雨だけが空を青く戻すことができます。「風と悪天候のため、月が赤く染まる」という標識も適切です。風は異なる温度の空気の層を集中的に混ぜます。この場合、変動の数は急激に増加します。

簡単な実験を設定すると、透過光と散乱光の色がどのように変化するかを確認できます (図を参照)。次亜硫酸塩の弱い溶液をガラス瓶に注ぎます。スライドプロジェクターからの白色光のビームが容器を通過し、紙のスクリーン上に焦点を合わせて光の輪を形成します。次に、希塩酸を瓶に滴下します (溶液の濃度は経験的に選択されます)。数分後、反応生成物である細かく分散した硫黄が溶液から沈殿し始めます。硫黄の粒子が大きくなり、同時に画面上の光点が黄色、次に赤、そして最後に夕日を思わせる深紅に変わります。実験当初は完全に透明だった容器内の溶液は青色を帯び、やがて霧のように白っぽくなります。硫黄粒子が底に沈むまで待つと、溶液は再び透明になり、光点は白くなります。

音波と水上の波は同様に動作します。低周波も高周波よりもはるかに弱く散乱されます。音の振動は、電磁振動とはまったく異なる方法で媒体と相互作用します。音の振動は、空気分子内の個々の電子ではなく、密度が増加した領域全体とその中に浮遊する粒子を「揺動」します。霧は音を特に強く消散および吸収します。霧の中では音はくぐもって低くなり、どこから聞こえてくるのかを判断するのが難しくなります。

遠くの物体から反射した音、つまりエコーによって興味深いことが起こることがあります。 J. レイリーは、松林の壁から反射した声の音が XNUMX オクターブ上昇する場合を調査しました。動かない障害物からの反射だけによって音の振動の周波数が増加するわけがないことは明らかです。しかし、人間の声には、基本音に加えて、通常は知覚できない、より高い周波数の追加の倍音が多く含まれています。松の木は、針が細くまばらで、音の「濁った媒体」として機能し、低音域をよく伝達し、高音域を反射します。彼の声の倍音だけが観察者に戻り、全体の音が急に高くなったように見えます。

作家、詩人、作曲家など、創造的な認識が高まっている人は、大気音響のこの特徴をよく知っています。 A.P.チェーホフの物語「ドクター」には、次のような注目すべきフレーズがあります。

「このとき、ダーチャサークルで演奏するオーケストラの音が庭からはっきりと聞こえました。トランペットだけでなく、ヴァイオリンやフルートさえも聞こえました。」屋外では、フルートとヴァイオリンの音が遠くから実際に聞こえるのは、特に条件が良い場合のみです。

そして、作曲家たちは、出発する軍のオーケストラを描いて、その音の音量を下げるだけでなく、まず最初にすべての高音を徐々に削除します。音楽は静かになり、メロディーは徐々に消え、バスドラムのくぐもったビートとバスヘリコンの消えゆくため息だけが残ります。連隊は去った… 赤い太陽が昇る…

白色光が色を変える

赤い太陽が昇る

私たちが日常的に目にする光学現象の多くは、異なる波長の光がその経路に沿って異なる散乱をするという事実によるものです。

地平線近くの太陽は、日の出と日の入りのとき、常に赤いです。夕方の空が青くなることは非常にまれですが、それは表層の空気に塵や湿気が完全に含まれていない場合に限られます。夜明けの色が混ざり合い、埃っぽい雰囲気の中に散らばる、さまざまな長さの光の波を生み出します。

地下鉄マヤコフスカヤ駅のエスカレーターにあるランプのミルクボールとテーブルランプのつや消しキャップ。非常に細かい不透明な染料を含む乳白色のガラスは、光の「濁った媒体」として機能し、スペクトルの短波長部分を強く散乱します。したがって、白熱したランプのフィラメントは暗赤色に見えます。すりガラスの粗い傷が電磁波をどんな長さでも均等に散乱させ、ランプカバー全体が白く光ります。

赤い太陽が昇る

著者: S.トランコフスキー

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ポイントは、ゼラチン繊維の異なる積み重ねが卵胞の生存率にどのように影響するかをテストすることでした. 繊維は、互いに異なる角度で層状に置かれ、異なる多孔度を有するゼラチンベースの異なる変種が得られた。

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