Zjawiska fizyczne

1. Zjawiska fizyczne Opracowała: Elżbieta Gawron

2. Zorza polarna Jedno z najwspanialszych zjawisk optycznych w przyrodzie, to owiane tajemnicą przez wiele stuleci, świecenie górnych warstw atmosfery ziemskiej, charakterystyczne dla obszarów arktycznych (zorza północna) i antarktycznych (zorza południowa). Światło zorzy pulsuje, zmienia barwy i natężenie, przybiera kształt świetlistych smug, wstęg, promienistych koron, firanek czy też draperii.

3. Naukowcy rozwiązali zagadkę jej powstawania. To spektakularne zjawisko, występujące w okresie „burz magnetycznych” na dużych szerokościach geomagnetycznych. Zorza polarna pojawia się w tak zwanych „strefach zorzowych”, około 20-25 stopni od bieguna magnetycznego Ziemi i rozciąga się z zachodu na wschód, niemal prostopadle do kierunku wskazywanego przez igłę magnetyczną. Pozwala to wnioskować, że jest związana z ziemskim polem magnetycznym.

4. To pole magnetyczne powoduje, że elektrony i protony wyrzucane przez Słońce z dużymi prędkościami są przechwytywane przez ziemskie pole i wnikają w atmosferę ziemską w pobliżu biegunów magnetycznych z prędkością 1000-2000 kilometrów na sekundę. W jonosferze pobudzają tlen, azot, a także wodór i hel w taki sposób, że dochodzi do zjawiska świecenia, emitowania charakterystycznego promieniowania, odbieranego przez obserwatora jako zorza polarna. Uczeni stwierdzili, że istnieje związek między występowaniem zórz a 11-letnim okresem aktywności Słońca. Najbardziej widowiskowe zorze pojawiają się w dwa, trzy lata po okresie największej aktywności plam słonecznych.

5. Widmo Brockenu Zjawisko Brockenu jest zjawiskiem świetlnym rzadko występującym w atmosferze ziemskiej. Powstaje w górach, przy niskim położeniu Słońca nad horyzontem, gdy powiększony do nadnaturalnej wielkości cień obserwatora pojawia się na rozpostartych wprost przed nim, albo niżej od niego chmurach warstwowych, zalegających w dolinach (tzw. morze chmur, morze mgieł).

6. Inaczej mówiąc, obiekt znajdujący się pomiędzy Słońcem, a spełniającymi rolę potężnego ekranu chmurami, rzuca cień wnikający głęboko w chmury.

7. Cień często otoczony jest barwną aureolą. Jeżeli w "widowisku" bierze udział kilka osób, to każda z nich widzi jedynie swoją aureolę. Nazwa zjawiska pochodzi od wzniesienia Brocken (1142 m) w górach Harz (Niemcy), gdzie zaobserwowano je po raz pierwszy.

8. Gloria Gloria powstaje na skutek dyfrakcji światła (ugięcia fal) na kroplach wody lub kryształkach lodu. Jest zjawiskiem optycznym polegającym na wystąpieniu barwnych pierścieni wokół cienia obserwatora widocznego na tle chmur lub mgły, przy czym niebieski pierścień ma mniejszą średnicę od czerwonego. Gloria podobna jest do wieńca, jednak powstaje nie dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu, położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego.

9. Zjawisko to występuje na chmurach, położonych na wprost przed obserwatorem, albo niżej od niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy. Gloria powstaje wskutek ugięcia się światła, uprzednio odbitego od kropelek chmur, tak że powraca ono od chmur w tym samym kierunku, w jakim na nie padało. Jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora, jego cień wydaje się bardzo duży; nazywa się to wówczas zjawiskiem Brockenu, niezależnie od tego czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony barwną glorią. Najczęściej występuje przy chmurach średnich Altocumulus i Altostratus.

10. Wieniec Wieniec jest to jedna lub kilka (rzadko więcej niż trzy) serii barw pierścieni o stosunkowo małym promieniu, otaczających bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (lub sztucznego źródła światła).

11. W każdej serii pierścień wewnętrzny jest fioletowy lub niebieski, a pierścień zewnętrzny - czerwony; między nimi mogą występować inne barwy. Najbardziej wewnętrzna seria, mająca promień na ogół nie większy niż 5 stopni i nosząca nazwę aureoli, wykazuje zwykle wyraźny pierścień zewnętrzny o czerwonawej lub kasztanowej barwie. Wieńce wywołane są ugięciem światła w znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach, zbudowanych z drobnych, jednorodnych kropelek wody, zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste - Cirrocumulus, Altocumulus i Stratocumulus.

12. Iryzacja Iryzacja, to tęczowe barwy powstające czasem na powierzchni przezroczystych ciał w wyniku interferencji światła (oświetlenia światłem białym), przez co uzyskuje się wygaszenie pewnych, oraz wzmocnienie innych barw. Obserwuje się je, jako mieniące się, tęczowe plamy barwne na wodzie. Układy barw przeważnie zielonych i różowych, często o odcieniach pastelowych, są obserwowane na chmurach.

13. Barwy te bywają niekiedy pomieszane, niekiedy zaś w postaci smug prawie równoległych do brzegów chmur. Barwy iryzacji są często błyszczące i przypominają kolor masy perłowej. Zjawisko iryzacji chmur w istocie jest tego samego pochodzenia co wieńce i występuje przy chmurach kłębiastych Cirrocumulus, Altocumulus i Stratocumulus.

14. Tęcza Tęcza powstaje, gdy promienie słoneczne padające zza pleców obserwatora ulegają rozszczepieniu na kroplach deszczu padającego przed nim.

15. Krople wody i kryształki lodu obecne w atmosferze załamują i rozszczepiają światło słoneczne.

17. Schemat powstawania tęczy. Krople wody i kryształki lodu obecne w atmosferze załamują i rozszczepiają światło słoneczne. Tęcza powstaje, gdy promienie słoneczne padające zza pleców obserwatora ulegają rozszczepieniu na kroplach deszczu padającego przed nim. Wewnętrzny, intensywniejszy łuk tęczy, o promieniu 42° powstaje, gdy światło ulega jednokrotnemu wewnętrznemu odbiciu. Drugi — zewnętrzny, rzadziej obserwowany łuk o promieniu 50° powstaje, gdy światło odbija się we wnętrzu kropli dwukrotnie. Tęcze te nazywane są odpowiednio pierwotną i wtórną. W tęczy pierwotnej kolory układają się od czerwonego na zewnątrz łuku, do fioletowego wewnątrz. We wtórnej układ kolorów jest odwrotny.

18. Burza Burza. O burzy mówimy wtedy, gdy obserwujemy jedno lub kilka nagłych wyładowań elektryczności atmosferycznej (piorunów) manifestujących się krótkim, silnym, błyskiem (błyskawica) i suchym trzaskiem lub głuchym dudnieniem (grzmot). Wyładowania mogą występować zarówno pomiędzy chmurą i powierzchnią ziemi, jak i wewnątrz chmury.

19. Na rysunku przedstawiono przebieg pierwszego z nich. Na skutek procesów mikrofizycznych zachodzących podczas wzrostu kropli wody i kryształów lodu wewnątrz chmury następuje rozdzielenie ładunków elektrycznych: mniejsze krople i kryształki o ładunku dodatnim unoszone są w górne partie chmury, a w dolnych pozostają te większe o ładunku ujemnym. Na skutek indukcji elektrostatycznej powierzchnia gruntu pod ujemnie naładowaną częścią chmury ładuje się dodatnio. Powstaje sytuacja podobna jak pomiędzy rozdzielonymi dielektrykiem okładkami kondensatora.. Gdy różnica potencjałów elektrostatycznych między chmurą i gruntem przekroczy wartość krytyczną dochodzi do „przebicia kondensatora” i następuje wyładowanie. Jego pierwszą fazą jest tzw. wyładowanie wstępne, które jonizuje powietrze na swojej drodze. Dopiero jonizacja zmienia powietrze w ośrodek przewodzący i umożliwia przepływ ładunków elektrycznych, ich rekombinację i zanik. Prąd przepływający w takim wyładowaniu może osiągać natężenie 100 000 A. Gwałtowne ogrzanie powietrza podczas jonizacji i przepływu prądu (nawet do 30 000°C) powoduje jego rozszerzenie i wywołuje falę uderzeniową i towarzyszącą jej falę dźwiękową — grzmot.

20. Piorun kulisty Pojawia się nagle, zwykle podczas lub tuż po burzy. Ma kształt płonącej kuli, mieni się jasnym, choć nie oślepiającym światłem barwy czerwonej, pomarańczowej, żółtej lub białej. Rzadziej jest zielony lub błękitny.

21. Jest najczęściej wielkości brzoskwini lub piłki do koszykówki, choć obserwowano też takie o średnicy centymetra oraz kilku metrów. Rozpada się po kilku lub kilkudziesięciu sekundach. Czasem przy tym głośno grzmi, jak zwykły piorun, a czasem nic się nie dzieje - znika bez śladu.

22. Najdziwniejszy jest sposób, w jaki się porusza. Piorun kulisty najczęściej leci poziomo nad powierzchnią Ziemi, kilka metrów na sekundę. Lubi nagle i przypadkowo zmieniać kierunki, a zdarza się, że zastyga na krótki czas w miejscu.

23. Miraż MIRAŻ , zjawisko opt. w atmosferze ziemskiej polegające na powstawaniu obrazów (pojedynczych lub wielokrotnych, prostych lub odwróconych) przedmiotów oddalonych od obserwatora i zwykle normalnie niewidocznych; powstaje wskutek różnej wartości współczynnika załamania światła w powietrzu o różnej temperaturze — promienie świetlne, biegnące przez nierównomiernie nagrzaną warstwę powietrza, ulegają tak silnej refrakcji, że warstwa ta zachowuje się w stosunku do nich jak zwierciadło; m. występuje np. wtedy, gdy powierzchnia Ziemi (piasek pustyni, asfaltowa szosa) jest silnie nagrzana przez Słońce i zalegająca nad nią bezpośrednio warstwa powietrza jest znacznie cieplejsza niż warstwy leżące wyżej lub odwrotnie — gdy ciepłe powietrze zalega nad chłodniejszym morzem.

24. W Polsce m. pojawiają się na Pustyni Błędowskiej; miraż pojawiający się w Cieśn. Mesyńskiej na M. Śródziemnym (niekiedy również w innych miejscach) jest zwany fatamorganą.

25. Miraż pustynny (dolny)powstaje nad silnie nagrzaną powierzchnią. Promienie światła ulegają zakrzywieniu w mniej gęstych, nisko położonych warstwach powietrza. W tym przypadku obserwator widzi obraz przedmiotów jakby odbitych w lustrze leżącym na ziemi. Zjawisko to jest powszechnie obserwowane przez kierowców prowadzących samochód po rozgrzanej w upalny słoneczny dzień szosie, zwłaszcza pokrytej czarnym asfaltem. „Zwierciadlane odbicie” od cienkiej warstewki gorącego powietrza daje złudzenie drogi zalanej wodą.

26. Miraż

28. Miraż morski. Zjawisko mirażu morskiego (górnego) powstaje wtedy, gdy nad chłodnym morzem temperatura powietrza rośnie z wysokością (inwersja) co oznacza, że gęstość powietrza szybko maleje z wysokością. Wtedy światło odbite od przedmiotu ulega zakrzywieniu ku powierzchni morza w warstwach o mniejszej gęstości i obserwator widzi przedmiot (np. statek znajdujący się za horyzontem) uniesiony ponad rzeczywisty poziom. Podobne zjawisko można czasem zaobserwować nad lądem, szczególnie w strefach polarnych. Z podobnej przyczyny położone nisko nad horyzontem Słońce wydaje się znajdować wyżej niż jest w rzeczywistości.

29. Prezentację przygotowano w oparciu o:Fizyka - A.W.Pieryszkin, W.P. Czemakin http://www.fizyka.net.pl/ http://www.ceper.com.pl/meteo/zjawiska.