Aizkavēta saulriets • Hayk Hakobyan • Tautas zinātnes uzdevumi "Elementi" • Fizika

Aizkavēta saulriets

Uzdevums

Ja pēkšņi visa atmosfēra uz Zemes pazūd vienlaicīgi, tad Saule šajā svešajā dienā pārsniegs horizontu nedaudz agrāk nekā tas būtu bijis. Tas ir tāpēc, ka atmosfēras dēļ mēs redzam saulrietu ar zināmu kavēšanos. Fakts ir tāds, ka gaismas starus atmosfērā pārtrauc, jo dažādu augstumu slāņi to optiskajās īpašībās nedaudz atšķiras (sk. Diagrammu). Kāds ir maksimālais laiks tāpēc var aizkavēt saulrietu? Vienkāršības labad pieņem, ka atmosfēra sastāv no viena sfēriska slāņa ar pastāvīgu refrakcijas indeksu n = 1,0003.

Zīm. 1


Padoms

Skaitlis shēmā parāda SB saules gaismas lūzumu, ieejot atmosfērā. Ja novērotājs atrodas punktā A, tad lūkstais bumba BA nāks pie viņa. Tādēļ viņam likās, ka Saule atrodas punktā S *.

Zīm. 2


Šķīdums

Kā redzams no uzziņas figūras, pēdējā brīdī, pirms Saule pilnīgi paslēpjas no skata (šajā brīdī novērotājs, kas stāv A punktā, redz Sauli punktā S *), reālā Saules gaisma (gaisma SB) nokrīt taisnā leņķī uz EB normālu (punkts E ir Zemes centrs).

Refrakcijas likums šajā gadījumā ir šāds:

\ [\ sin {90 ^ (\ circ)} = n \ sin (\ beta), \]

kur n – atmosfēras lūšanas indekss.

Ja atmosfēra nebūtu, tad saulriets (situācijā, kas attēlots attēlā no instrumenta padoma) būtu redzams citam novērotājam, kurš atrodas uz Zemes punktā B. Tādēļ laika aizture ir vienkārši laiks, kad Zeme leņķim pagriež leņķi δ = 90 ° – β (jo ∠BAE = 90 °).

No pirmās vienlīdzības mēs atklājam, ka β ≈ 88,6 °, un tādēļ δ ≈ 1,4 °.

Dienas laikā Zeme pilnīgi rotē (360 °), un minūtē tā griežas ceturtdaļu grādu. Tāpēc, δ leņķī, zeme pārvērtīsies apmēram 5,6 minūtes. Tas ir vēlamais kavēšanās saulrieta dēļ atmosfēras.


Pēcvārds

Faktiski atmosfēra nav vienmērīgs slānis ar pastāvīgu lūzuma indeksu (uzdevumā atlasītā vērtība 1.0003 ir tuvu vidējam sausuma gaisa koeficients okeāna līmenī), bet daudzi slāņi uzlikti viens pret otru ar nedaudz atšķirīgiem koeficientiem. Šāda neviendabība rodas tāpēc, ka dažādos augstumos atmosfēras gaisam ir atšķirīgs sastāvs un blīvums. Tāpēc patiesībā saulrieta kavēšanās ir apmēram 2 minūtes. Dawn tādiem pašiem iemesliem notiek 2 minūtes agrāk, un tādējādi "diena" ilgst 4 minūtes ilgāk, salīdzinot ar hipotētisko Zeme bez atmosfēras.

Aizkave ir tālu no vienīgā atmosfēras optisko efektu izpausmes saulrieta laikā.Piemēram, tieši pirms saulrieta, Saule šķiet nedaudz izliekta vertikāli (3. att.). Tas ir saistīts ar faktu, ka gaisma no Saules apakšējās malas ir pārblīvēta nedaudz vairāk nekā gaisma no augšējās malas, tāpēc apakšējā mala šķietamā stāvoklī ir nedaudz augstāka salīdzinājumā ar augšējo virsmu nekā tā būtu bijusi.

Zīm. 3 Pilns saulrieta cikls Mojaves tuksnesī. Pirmajos divos kados ir pamanāms, ka saules disks ir nedaudz izliekts vertikāli. Attēls no en.wikipedia.org

Atmosfēra ir arī atbildīga par saulrieta sarkanu krāsu. Un tas pats fiziskais efekts, kas "padara" saulrietus sarkanu, "padara" dienas gaismu zilā krāsā. Šo fenomenu sauc par Rayleju izkliedi: gaismas izkliedēšana ar daļiņām, kas daudzas reizes ir mazākas par gaismas viļņa garumu.

Gaisa molekulu un ūdens tvaiku (<1 nm) atmosfērā raksturīgie izmēri ir daudz mazāki nekā redzamās gaismas viļņa garumi (~ 380-780 nm). Tas nozīmē, ka saules gaismas uzvedību pilnīgi raksturo Releja izkliede. Kā redzams 4. attēlā, zilā gaisma ir izkliedēta 2-3 reizes spēcīgāka nekā sarkana. Tāpēc pēcpusdienā debesis izskatās zilas, jo mēs redzam zilu krāsu, kas izkaisīta dažādos atmosfēras punktos, bet sarkans iet cauri gandrīz bez izkliedes no Saules.No otras puses, kad Saule ir tuvu horizontam, mēs varam redzēt tikai vāji izplūdušu gaismu (sarkanu), bet zilā komponente ir gandrīz pilnībā izkliedēta.

Zīm. 4 Izkliedētās gaismas procentuālais daudzums Rayleju izkliedē, atkarībā no viļņa garuma. Attēls no ru.wikipedia.org

Saulriets ir vēl viens ļoti interesants fenomens – zaļā zibspuldze (dažkārt to sauc par zaļo staru). Šī zibspuldze notiek ļoti pēdējās sekundēs, pirms Saule pārsniedz horizontu: zaļš spīdums uz brīdi kļūst redzams. Bet kāpēc viņš ir tieši zaļš? Vēl var saprast, vai zibspuldze ir zilā krāsā: zilā gaisma visbiežāk tiek aizvērtēta, un tas būtu loģiski, lai to redzētu. Šeit viss izskaidrojams ar apspriežamo efektu apvienojumu – refrakciju un Rayleju izkliedi: zilā krāsa ir ļoti izkliedējusies, jo īpaši caur horizontu notiek biezs atmosfēras slānis, bet zaļā krāsa jau ir diezgan spēcīga refrakcējoša, bet nav pietiekami izkliedējoša.

Zīm. 5 Zaļā zibspuldze saulrieta laikā Jūs varat vērot šo fenomenu saulrieta vai saullēkta laikā, ja saule kļūst par atvērtu horizontu, un gaiss ir tīrs.Ar neapbruņotu aci, lai redzētu zibspuldzi, ir diezgan grūti, jo saule, pat saulrieta laikā, ir diezgan spilgta. Attēls no en.wikipedia.org


Like this post? Please share to your friends:
Atbildēt

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: