Валерия Черепенчук - 99 секретов физики

Удивительное зрелище – радуга. Огромный многоцветный «мост», словно связывающий землю и небо! Но как возникает это явление?

Наверняка вы замечали, что в большинстве случаев радуга возникает во время дождя или после него, в то время, когда воздух насыщен микроскопическими водяными каплями. Солнечный свет преломляется в капельках, которые играют роль призмы: они разбивают белый солнечный свет на его составляющие – спектр, который мы и наблюдаем. Такое «разбивание» света в физике принято называть дисперсией.

Почему иногда мы видим две радуги, например, одну над другой? Она возникает, когда свет отражается капельками воды дважды. В этом случае цвета спектра второй радуги будут как бы зеркально отражать первую. Есть упоминания и о более многочисленных радугах, но это крайне редкое явление.

Миражи восхищали, завораживали и пугали путешественников. Их можно понять! Каково это: устремиться по раскаленным пескам пустыни к прекрасному оазису с пальмами и родниками, а добежав до цели, увидеть, как она тает в воздухе… Так что же представляет собой мираж глазами физика?

Прежде всего это оптическое явление. Мираж возникает тогда, когда в атмосфере присутствуют слои воздуха, резко отличающиеся друг от друга температурой и плотностью. Пустыня – идеальный вариант: благодаря солнцу и горячему песку возникает слой разогретого воздуха. Его плотность по сравнению с другими слоями понижена. На границе этих слоев солнечные лучи преломляются, и на нижний слой воздуха как бы проецируется «отражение» голубого неба. В итоге нам кажется, что перед нами возникла водная гладь: колышущийся горячий воздух усиливает эффект. Но это, пожалуй, самый «примитивный», так называемый «нижний» мираж.

Более интересны и сложны миражи верхние, когда в результате благоприятных условий в виде разнородных слоев воздуха лучи света многократно отражаются от них и перемещаются на большие расстояния, «неся» с собой изображение объекта, который может находиться за сотни километров от наблюдателя! Тогда-то и возникают перед ошеломленным путником дворцы, оазисы и стоящие прямо на песке парусные корабли… Сложные миражи, в которых подчас еще и искажены пропорции реальных объектов, принято именовать «фата-моргана».

Существуют также миражи боковые, когда в роли «теплового экрана» выступает нагретая стена.

Описаны случаи, когда человек, попавший в благоприятные для появления миража условия, видел неподалеку… самого себя

А в самом деле, почему? Объяснений на протяжении многих веков изучения физики было дано немало. Но большинство из них впоследствии были признаны несостоятельными. Начнем с того, что во всем, что касается солнечного света и атмосферы, принимают участие явления дисперсии и преломления. Значит, какое-то влияние они оказывают и на цвет неба? Первоначально на этот вопрос отвечали так: мол, атмосфера, состоящая из газов, частиц воды и других микрочастиц, хорошо пропускает только синий цвет спектра. А красные и оранжевые задерживает. Но почему тогда небо не зеленое или фиолетовое, например? Было и такое объяснение: взвешенные в воздухе мелкие частицы пыли, цветочной пыльцы, золы и прочего рассеивают все лучи спектра, кроме синих. Но этот вариант тоже вызывал закономерные сомнения.

Более правдоподобное и обоснованное заключение сделал британский физик Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей) (1842–1919). Он заявил: на цвет неба оказывают влияние в первую очередь не твердые частицы, а молекулы газа. Когда с ними «сталкивается» белый луч солнца, он разделяется на компоненты, которые впоследствии начинают рассеиваться. Из всех цветов спектра самые «длинные» волны у красного, оранжевого и желтого. А самые короткие – у синего и фиолетового. Длина волны влияет на рассеиваемость света, и в итоге в атмосфере остается в восемь раз больше элементов синего цвета, нежели любого другого.

Осталось только придумать, как доступно объяснить это ребенку…

Джон Уильям Стретт является обладателем Нобелевской премии по физике за открытие газа аргон

Туман, который выглядит так загадочно и романтично, с точки зрения физика или метеоролога представляет собой просто частички водяного пара, мельчайшие капельки, «взвешенные» в воздухе. Но при каких условиях он возникает?