> > Perché il cielo è azzurro

Sarà interessante che i bambini lo sappiano Perchè il cielo è blu con foto: L'atmosfera terrestre, l'influenza della composizione, il movimento della luce lungo un'onda, la riflessione, l'assorbimento e la dispersione.

Parliamo del perché il cielo è azzurro in una lingua accessibile ai bambini. Queste informazioni saranno utili ai bambini e ai loro genitori.

quando figli guarda il cielo, vedono un blu infinito. Molti addirittura passano tutto il giorno sull'erba a guardare le nuvole e il colore del cielo. Ora è il momento spiegare ai bambini Perché il cielo è ancora blu?

Dare completo spiegazione per i bambini, genitori dovrebbe considerare le ragioni che possono portare a un tale fenomeno. Ma può essere difficile. A scuola avete sentito parlare dell'esistenza di un'atmosfera. È una miscela di molecole (vari gas) che circondano il pianeta. A seconda della posizione del tuo paese e della tua città, potrebbe esserci più acqua nell'atmosfera (vicino all'oceano) o polvere (se c'è un vulcano o un deserto nelle vicinanze).

Più lontano per i più piccoli necessario spiegare concetto di onde luminose. La luce è energia trasmessa in onde. Ogni tipo definisce la propria onda, oscillante nei campi magnetici ed energetici. La luce si divide in moltissimi tipi, che possono avere una lunghezza maggiore (o minore). Figli bisogna ricordare che la luce è inclusa in un grande gruppo - "campi elettromagnetici". Il visibile (che osserviamo con i nostri occhi) ne fa parte. Consiste in un intero flusso di colori, ovvero l'intero spettro dell'arcobaleno: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola.

La luce viaggia in linea retta, chiamata "velocità della luce". Viaggia finché non incontra un ostacolo sotto forma di un granello di polvere o di una goccia d'acqua. Quindi tutto dipende dalla dimensione della lunghezza d'onda e dall'oggetto. Polvere e acqua sono più lunghe della lunghezza d'onda, quindi la luce rimbalza - "riflessione". Si diffonde in diverse direzioni, ma rimane bianco perché continua a contenere l'intero spettro dell'arcobaleno. Ma le molecole di gas sono più piccole. Pertanto, è necessario spiegare ai bambini che questa collisione porta a risultati diversi.

In questo caso la luce non viene riflessa ma assorbita dalla molecola. Quindi si riempie e inizia a irradiare parte del colore. Sebbene ora contenga ancora l'intero spettro, ne evidenzia uno specifico. L'alta frequenza (blu) viene assorbita più velocemente della bassa frequenza (rosso). Questo processo scientifico fu scoperto e descritto nel 1870 dal fisico inglese Lord John Rayleigh. Ecco perché il fenomeno è stato chiamato "scattering di Rayleigh".

Questo è il motivo per cui ammiriamo il cielo blu. Quando la luce viaggia nell'aria, la parte rossa o gialla non è coinvolta. Ma il blu viene assorbito e riflesso. Ciò è particolarmente evidente quando si guarda l'orizzonte da lontano. Il colore blu appare quindi più chiaro. Ora sai di che colore è il cielo e come appare.

In una limpida giornata di sole, il cielo sopra di noi ha un colore blu brillante. La sera, al tramonto, il cielo assume un colore rosso intenso con numerose sfumature che è gradevole alla vista. Allora perché il cielo è azzurro durante il giorno? Cosa rende rosso un tramonto? In che modo l'aria trasparente brilla di sfumature blu e rosse in diversi momenti della giornata?

Presenterò qui 2 risposte: la prima è più semplificata per il lettore generico, la seconda è più scientifica e accurata. Scegli tu stesso quale ti piace.

1. Perché il cielo è azzurro e non verde? Risposta per manichini

La luce del sole o di una lampada sembra bianca, ma il bianco è in realtà una miscela di tutti e 7 i colori esistenti: rosso, arancione, giallo, verde, ciano, indaco e viola (Figura 1). Il cielo (atmosfera) è pieno d'aria. L'aria è una miscela di minuscole molecole di gas e piccoli pezzi di materiale solido come la polvere. Perché luce del sole attraversa l'aria, si scontra con le particelle d'aria. Quando un raggio di luce colpisce le molecole di gas, può "rimbalzare" nell'altra direzione (scatter).

Alcuni colori componenti della luce bianca, come il rosso e l'arancione, passano direttamente dal Sole ai nostri occhi senza disperdersi. Ma la maggior parte dei raggi blu "rimbalza" sulle particelle d'aria in tutte le direzioni. Pertanto, l'intero cielo è letteralmente trafitto da raggi blu. Quando alzi lo sguardo, parte di questa luce blu raggiunge i tuoi occhi e vedi la luce blu da tutta la tua testa! Qui, infatti, perchè il cielo è azzurro!

Naturalmente tutto è semplificato al massimo, ma di seguito c'è un paragrafo in cui viene descritta più fondamentalmente la proprietà del nostro amato cielo sopra le nostre teste e le ragioni che spiegano perché il colore del cielo è blu e non verde dopotutto!

2. Perché il cielo è azzurro? risposta avanzata

Diamo un'occhiata più da vicino alla natura della luce e del colore. Il colore, come tutti sanno, è una proprietà della luce che i nostri occhi e il nostro cervello possono percepire e definire. La luce del sole è un gran numero di raggi bianchi, che consistono in tutti e 7 i colori dell'arcobaleno. La luce ha la proprietà di dispersione (Fig. 1). Tutto è illuminato dal Sole, ma alcuni oggetti riflettono i raggi di un solo colore, ad esempio il blu, mentre altri oggetti riflettono solo i raggi del giallo, ecc. È così che una persona definisce i colori. Quindi, il Sole brilla sulla Terra con i suoi raggi bianchi, ma l'atmosfera (uno spesso strato d'aria) lo avvolge, e quando questo raggio bianco (composto da tutti i colori) passa attraverso l'atmosfera, è l'aria che si disperde (si diffonde ) tutti e 7 i raggi colorati del raggio di sole bianco, ma con maggiore forza, sono i suoi raggi blu-blu (in altre parole, l'atmosfera inizia letteralmente a brillare di blu). Altri colori cadono direttamente dal Sole nei nostri occhi (Fig. 2).

Perché il blu è il colore più diffuso nell'atmosfera? esso un fenomeno naturale, ed è descritto dalla legge fisica di Rayleigh. Per dirla più semplicemente, esiste una formula che Rayleigh dedusse nel 1871 e che determina come la diffusione della luce (un raggio) dipenda dal colore di questo raggio (cioè da una tale proprietà del raggio come la sua lunghezza d'onda) . Ed è proprio successo che il colore azzurro abbia la lunghezza d'onda più corta e, di conseguenza, la maggiore dispersione.

Perché il cielo è rosso durante l'alba e il tramonto? Al tramonto o all'alba, il sole è basso all'orizzonte, che i raggi del sole cadere obliquamente

già sulla Terra. La lunghezza del raggio, ovviamente, aumenta molte volte (Fig. 3), e quindi, a una distanza così grande, quasi l'intera parte dello spettro a lunghezza d'onda corta (blu-blu) è dispersa nell'atmosfera e non raggiunge il Superficie terrestre. Solo onde lunghe, giallo-rosse, ci raggiungono. Questo è esattamente il colore che assume il cielo durante l'alba e il tramonto. Ecco perché il cielo, oltre al blu e al blu, è anche giallo e rosso!

E ora, per una comprensione completa di tutto quanto sopra, qualche parola su come è l'atmosfera.

Qual è l'atmosfera (volta celeste)?

L'atmosfera è una miscela di molecole di gas e altri materiali che circondano la Terra. Fondamentalmente, l'atmosfera è composta da gas di azoto (78%) e ossigeno (21%). I gas e l'acqua (sotto forma di vapori, goccioline e cristalli di ghiaccio) sono i costituenti più comuni dell'atmosfera. Ci sono anche piccole quantità di altri gas, oltre a molte particelle fini come polvere, fuliggine, cenere, sale degli oceani, ecc. La composizione dell'atmosfera cambia con posizione geografica, il tempo e molto altro. Da qualche parte potrebbe esserci più acqua nell'aria dopo un temporale o vicino all'oceano, da qualche parte i vulcani eruttano grandi quantità di particelle di polvere in alto nell'atmosfera.

L'atmosfera è più densa nella sua parte inferiore, vicino alla Terra. Si assottiglia gradualmente con l'altezza. Non c'è un netto divario tra atmosfera e spazio. Ecco perché vediamo straripamenti di blu e blu nel cielo, proprio perché l'atmosfera nel cielo è diversa ovunque, ha una struttura e proprietà diverse.

In una limpida giornata di sole, il cielo sopra di noi appare di un blu brillante. La sera, il tramonto colora il cielo di rossi, rosa e arancioni. Perchè il cielo è blu? Cosa rende rosso un tramonto?

Per rispondere a queste domande, devi sapere cos'è la luce e in cosa consiste l'atmosfera terrestre.

Atmosfera

L'atmosfera è la miscela di gas e altre particelle che circondano la terra. Fondamentalmente, l'atmosfera è composta da azoto gassoso (78%) e ossigeno (21%). Il gas argon e l'acqua (sotto forma di vapore, goccioline e cristalli di ghiaccio) sono i secondi più comuni nell'atmosfera, la loro concentrazione non supera rispettivamente lo 0,93% e lo 0,001%. L'atmosfera terrestre contiene anche piccole quantità di altri gas, così come le più piccole particelle di polvere, fuliggine, cenere, polline e sale che entrano nell'atmosfera dagli oceani.

La composizione dell'atmosfera varia entro piccoli limiti a seconda del luogo, del tempo, ecc. La concentrazione di acqua nell'atmosfera aumenta durante le tempeste torrenziali, così come in prossimità dell'oceano. I vulcani sono in grado di lanciare enormi quantità di cenere in alto nell'atmosfera. L'inquinamento tecnogenico può anche aggiungere vari gas o polvere e fuliggine alla normale composizione dell'atmosfera.

La densità atmosferica a bassa quota vicino alla superficie terrestre è la più alta, con l'aumentare dell'altitudine diminuisce gradualmente. Non esiste un confine netto tra l'atmosfera e lo spazio.

onde luminose

La luce è una forma di energia trasportata dalle onde. Oltre alla luce, le onde trasportano altri tipi di energia, ad esempio un'onda sonora è una vibrazione dell'aria. Un'onda luminosa è un'oscillazione di campi elettrici e magnetici, questo intervallo è chiamato spettro elettromagnetico.

Le onde elettromagnetiche si propagano nello spazio senz'aria ad una velocità di 299,792 km/s. La velocità di propagazione di queste onde è chiamata velocità della luce.

L'energia della radiazione dipende dalla lunghezza d'onda e dalla sua frequenza. La lunghezza d'onda è la distanza tra i due picchi (o minimi) più vicini di un'onda. La frequenza dell'onda è il numero di oscillazioni dell'onda al secondo. Più lunga è l'onda, più bassa è la sua frequenza e minore è l'energia che trasporta.

Colori chiari visibili

La luce visibile è la parte dello spettro elettromagnetico che i nostri occhi possono vedere. La luce emessa dal Sole o da una lampada a incandescenza può apparire bianca, ma in realtà è una miscela di diversi colori. Puoi vedere i diversi colori dello spettro visibile della luce scomponendolo nei suoi componenti usando un prisma. Questo spettro può essere osservato anche nel cielo sotto forma di arcobaleno, che si verifica a causa della rifrazione della luce del Sole nelle goccioline d'acqua, agendo come un prisma gigante.

I colori dello spettro si mescolano, spostandosi continuamente l'uno nell'altro. A un'estremità dello spettro c'è il rosso o l'arancione. Questi colori sfumano in giallo, verde, blu, indaco e viola. I colori hanno diverse lunghezze d'onda, diverse frequenze ed energie diverse.

Propagazione della luce nell'aria

La luce viaggia attraverso lo spazio in linea retta finché non ci sono ostacoli sul suo cammino. Quando un'onda luminosa entra nell'atmosfera, la luce continua a propagarsi in linea retta fino a quando le molecole di polvere o di gas non si mettono di mezzo. In questo caso, ciò che accadrà alla luce dipenderà dalla sua lunghezza d'onda e dalla dimensione delle particelle sul suo cammino.

Le particelle di polvere e le goccioline d'acqua sono molto più grandi della lunghezza d'onda della luce visibile. La luce viene riflessa in diverse direzioni quando si scontra con queste grandi particelle. Diversi colori della luce visibile sono ugualmente riflessi da queste particelle. La luce riflessa appare bianca perché contiene ancora gli stessi colori che aveva prima di essere riflessa.

Le molecole di gas sono più piccole della lunghezza d'onda della luce visibile. Se un'onda luminosa si scontra con loro, il risultato della collisione può essere diverso. Quando la luce entra in collisione con una molecola di qualsiasi gas, parte di essa viene assorbita. Poco dopo, la molecola inizia a emettere luce in varie direzioni. Il colore della luce emessa è lo stesso che è stato assorbito. Ma i colori di diverse lunghezze d'onda vengono assorbiti in modo diverso. Tutti i colori possono essere assorbiti, ma le frequenze più alte (blu) sono molto più assorbite rispetto alle frequenze più basse (rosso). Questo processo è chiamato Rayleigh scattering, dal nome del fisico britannico John Rayleigh, che scoprì questo fenomeno di scattering negli anni '70 dell'Ottocento.

Perchè il cielo è blu?

Il cielo è blu a causa della dispersione di Rayleigh. Mentre la luce viaggia attraverso l'atmosfera, la maggior parte delle lunghe lunghezze d'onda dello spettro ottico passa invariata. Solo una piccola parte dei colori rosso, arancione e giallo interagiscono con l'aria.

Tuttavia, molte lunghezze d'onda della luce più corte vengono assorbite dalle molecole di gas. Dopo l'assorbimento, il colore blu viene emesso in tutte le direzioni. È sparso per tutto il cielo. In qualunque modo guardi, parte di questa luce blu diffusa raggiunge l'osservatore. Poiché la luce blu è visibile ovunque in alto, il cielo appare blu.

Se guardi verso l'orizzonte, il cielo avrà una tonalità più chiara. Questo è il risultato del fatto che la luce percorre una distanza maggiore nell'atmosfera rispetto all'osservatore. La luce diffusa viene nuovamente diffusa dall'atmosfera e meno blu raggiunge l'occhio dell'osservatore. Pertanto, il colore del cielo vicino all'orizzonte appare più pallido o addirittura appare completamente bianco.

Cielo nero e sole bianco

Dalla Terra, il Sole appare giallo. Se fossimo nello spazio o sulla Luna, il Sole ci sembrerebbe bianco. Non c'è atmosfera nello spazio che disperda la luce solare. Sulla Terra, alcune delle brevi lunghezze d'onda della luce solare (blu e viola) vengono assorbite dallo scattering. Il resto dello spettro appare giallo.

Inoltre, nello spazio, il cielo appare scuro o nero invece che blu. Questo è il risultato dell'assenza di atmosfera, quindi la luce non si disperde in alcun modo.

Perché il tramonto è rosso?

Quando il sole tramonta, la luce solare deve percorrere una distanza maggiore nell'atmosfera per raggiungere l'osservatore, quindi più luce solare viene riflessa e dispersa dall'atmosfera. Poiché la luce meno diretta raggiunge l'osservatore, il Sole appare meno luminoso. Anche il colore del Sole sembra essere diverso, che va dall'arancione al rosso. Ciò è dovuto al fatto che ancora più colori a lunghezza d'onda corta, blu e verde, sono sparsi. Rimangono solo le componenti a lunghezza d'onda lunga dello spettro ottico, che raggiungono gli occhi dell'osservatore.

Il cielo intorno al sole al tramonto può essere dipinto in diversi colori. Il cielo è più bello quando l'aria contiene molte piccole particelle di polvere o acqua. Queste particelle riflettono la luce in tutte le direzioni. In questo caso, le onde luminose più corte vengono disperse. L'osservatore vede raggi di luce di lunghezze d'onda maggiori e quindi il cielo appare rosso, rosa o arancione.

Maggiori informazioni sull'atmosfera

Cos'è l'atmosfera?

L'atmosfera è una miscela di gas e altre sostanze che circondano la Terra, sotto forma di un guscio sottile, per lo più trasparente. L'atmosfera è tenuta in posizione dalla gravità terrestre. I componenti principali dell'atmosfera sono azoto (78,09%), ossigeno (20,95%), argon (0,93%) e anidride carbonica (0,03%). L'atmosfera contiene anche piccole quantità di acqua (in diversi luoghi la sua concentrazione varia dallo 0% al 4%), particelle solide, gas neon, elio, metano, idrogeno, kripton, ozono e xeno. La scienza che studia l'atmosfera si chiama meteorologia.

La vita sulla Terra non sarebbe possibile senza la presenza di un'atmosfera che fornisce l'ossigeno di cui abbiamo bisogno per respirare. Inoltre, l'atmosfera svolge un'altra importante funzione: equalizza la temperatura in tutto il pianeta. Se non ci fosse atmosfera, in alcuni luoghi del pianeta potrebbe esserci un caldo sfrigolante e in altri luoghi sarebbe estremamente freddo, l'intervallo di temperatura potrebbe variare da -170 ° C di notte a + 120 ° C durante il giorno. L'atmosfera ci protegge anche dalle radiazioni nocive del Sole e dello spazio, assorbendole e disperdendole.

Della quantità totale di energia solare che raggiunge la Terra, circa il 30% viene riflessa dalle nuvole e dalla superficie terrestre nello spazio. L'atmosfera assorbe circa il 19% della radiazione solare e solo il 51% viene assorbito dalla superficie terrestre.

L'aria ha peso, anche se non ce ne rendiamo conto, e non sentiamo la pressione della colonna d'aria. A livello del mare, questa pressione è di un'atmosfera, o 760 mmHg (1013 millibar o 101,3 kPa). All'aumentare dell'altitudine, la pressione atmosferica diminuisce rapidamente. La pressione diminuisce di un fattore 10 ogni 16 km di dislivello. Ciò significa che a una pressione di 1 atmosfera al livello del mare, a un'altitudine di 16 km, la pressione sarà di 0,1 atm e ad un'altitudine di 32 km - 0,01 atm.

La densità dell'atmosfera nei suoi strati più bassi è di 1,2 kg/m 3 . In ogni centimetro cubo l'aria contiene circa 2,7 * 10 19 molecole. A livello del suolo, ogni molecola viaggia a circa 1.600 km/h, mentre si scontra con altre molecole a una velocità di 5 miliardi di volte al secondo.

Anche la densità dell'aria diminuisce rapidamente con l'altitudine. Ad un'altezza di 3 km, la densità dell'aria diminuisce del 30%. Le persone che vivono vicino al livello del mare sperimentano problemi respiratori temporanei quando vengono sollevate a questa altitudine. L'altitudine massima alla quale le persone vivono stabilmente è di 4 km.

La struttura dell'atmosfera

L'atmosfera è composta da diversi strati, la divisione in questi strati avviene in base alla loro temperatura, composizione molecolare e proprietà elettriche. Questi strati non hanno confini pronunciati, cambiano stagionalmente e inoltre i loro parametri cambiano a latitudini diverse.

Separazione dell'atmosfera in strati a seconda della loro composizione molecolare

Omosfera

• Inferiore 100 km tra cui Troposphere, Stratosphere e Mesopausa.
• Costituisce il 99% della massa dell'atmosfera.
• Le molecole non sono separate dal peso molecolare.
• La composizione è abbastanza omogenea, ad eccezione di alcune piccole anomalie locali. L'omogeneità è mantenuta dalla costante miscelazione, turbolenza e diffusione turbolenta.
• L'acqua è una delle due componenti distribuite in modo non uniforme. Quando il vapore acqueo sale, si raffredda e si condensa, per poi tornare sulla terra sotto forma di precipitazioni: neve e pioggia. La stessa stratosfera è molto secca.
• L'ozono è un'altra molecola la cui distribuzione non è uniforme. (Leggi sotto lo strato di ozono nella stratosfera.)

eterosfera

• Si estende sopra l'omosfera, include la Termosfera e l'Esosfera.
• La separazione delle molecole di questo strato si basa sulla loro pesi molecolari. Le molecole più pesanti come l'azoto e l'ossigeno sono concentrate sul fondo dello strato. Quelli più leggeri, elio e idrogeno, dominano nella parte superiore dell'eterosfera.

Separazione dell'atmosfera in strati a seconda delle loro proprietà elettriche.

Atmosfera neutra

• Sotto i 100 km.

Ionosfera

• Circa al di sopra dei 100 km.
• Contiene particelle (ioni) elettricamente cariche prodotte dall'assorbimento della luce ultravioletta
• Il grado di ionizzazione cambia con l'altezza.
• Strati diversi riflettono onde radio lunghe e corte. Ciò consente ai segnali radio che si propagano in linea retta di piegarsi attorno alla superficie sferica della terra.
• Le aurore si verificano in questi strati atmosferici.
• Magnetosferaè la parte superiore della ionosfera, che si estende per circa 70.000 km, questa altezza dipende dall'intensità vento solare. La magnetosfera ci protegge dalle particelle cariche ad alta energia del vento solare mantenendole nel campo magnetico terrestre.

Separazione dell'atmosfera in strati a seconda della loro temperatura

Altezza bordo superiore troposfera dipende dalle stagioni e dalla latitudine. Si estende da superficie terrestre fino a un'altezza di circa 16 km all'equatore e fino a un'altezza di 9 km ai poli nord e sud.

• Il prefisso "tropo" significa cambiamento. Il cambiamento dei parametri della troposfera si verifica a causa delle condizioni meteorologiche, ad esempio a causa del movimento dei fronti atmosferici.
• All'aumentare dell'altitudine, la temperatura diminuisce. L'aria calda sale, poi si raffredda e scende di nuovo sulla Terra. Questo processo è chiamato convezione, si verifica a seguito del movimento delle masse d'aria. I venti in questo strato soffiano principalmente verticalmente.
• Questo strato contiene più molecole di tutti gli altri strati messi insieme.

Stratosfera- si estende approssimativamente da un'altezza di 11 km a 50 km.

• Ha uno strato d'aria molto sottile.
• Il prefisso "strato" si riferisce a strati o strati.
• La parte inferiore della Stratosfera è abbastanza calma. Gli aerei a reazione volano spesso sul fondo della stratosfera per spostarsi brutto tempo nella Troposfera.
• I forti venti noti come correnti a getto d'alta quota soffiano nella parte superiore della stratosfera. Soffiano orizzontalmente a velocità fino a 480 km/h.
• La stratosfera contiene lo "strato di ozono" situato a un'altitudine compresa tra circa 12 e 50 km (a seconda della latitudine). Sebbene la concentrazione di ozono in questo strato sia di soli 8 ml/m 3 , assorbe molto efficacemente i dannosi raggi ultravioletti del sole, proteggendo così la vita sulla terra. La molecola di ozono è composta da tre atomi di ossigeno. Le molecole di ossigeno che respiriamo contengono due atomi di ossigeno.
• La stratosfera è molto fredda, la sua temperatura è di circa -55°C sul fondo e aumenta con l'altezza. L'aumento della temperatura è dovuto all'assorbimento dei raggi ultravioletti da parte di ossigeno e ozono.

Mesosfera- si estende ad altitudini di circa 100 km.

• All'aumentare dell'altitudine, la temperatura aumenta rapidamente.

Termosfera- si estende ad altitudini di circa 400 km.

• Con l'aumentare dell'altitudine, la temperatura aumenta rapidamente a causa dell'assorbimento di radiazioni ultraviolette a lunghezza d'onda molto corta.
• Le meteore, o "stelle cadenti", iniziano a bruciare ad altitudini di circa 110-130 km sopra la superficie terrestre.

Esosfera- si estende per centinaia di chilometri oltre la Termosfera, passando gradualmente nello spazio esterno.

• La densità dell'aria qui è così bassa che l'uso del concetto di temperatura perde ogni significato.
• Le molecole spesso volano via nello spazio quando si scontrano tra loro.

Perché il colore del cielo è azzurro?

La luce visibile è una forma di energia che può viaggiare nello spazio. La luce del sole o di una lampada a incandescenza appare bianca quando in realtà è una miscela di tutti i colori. I colori principali che compongono il colore bianco sono rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. Questi colori cambiano continuamente l'uno nell'altro, quindi, oltre ai colori primari, c'è anche un numero enorme di varie sfumature. Tutti questi colori e sfumature possono essere osservati nel cielo sotto forma di un arcobaleno che si presenta in zone ad alta umidità.

L'aria che riempie l'intero cielo è una miscela di minuscole molecole di gas e piccole particelle solide come la polvere.

Quando la luce solare passa attraverso l'aria, urta le molecole e la polvere. Quando la luce entra in collisione con le molecole di gas, la luce può essere riflessa in varie direzioni. Alcuni colori, come il rosso e l'arancione, raggiungono direttamente l'osservatore passando direttamente nell'aria. Ma la maggior parte della luce blu viene riflessa dalle molecole d'aria in tutte le direzioni. In questo modo, la luce blu viene diffusa nel cielo e appare blu.

Quando guardiamo in alto, parte di questa luce blu raggiunge i nostri occhi da tutto il cielo. Poiché il blu è visibile ovunque in alto, il cielo sembra blu.

Non c'è aria nello spazio esterno. Poiché non ci sono ostacoli da cui la luce potrebbe essere riflessa, la luce si propaga direttamente. I raggi di luce non si disperdono e il "cielo" sembra scuro e nero.

Esperimenti con la luce

Il primo esperimento: scomposizione della luce in uno spettro

Per questo esperimento avrai bisogno di:

• uno specchietto, un pezzo di carta bianca o cartone, acqua;
• un grande recipiente poco profondo come una cuvetta o una ciotola o una scatola di gelato di plastica;
• tempo soleggiato e una finestra che si affaccia sul lato soleggiato.

Come condurre un esperimento:

1. Riempi una cuvetta o una ciotola piena d'acqua per 2/3 e posizionala sul pavimento o sul tavolo in modo che la luce solare diretta raggiunga l'acqua. La presenza di luce solare diretta è fondamentale per il corretto svolgimento dell'esperimento.
2. Metti uno specchio sott'acqua in modo che i raggi del sole cadano su di esso. Tenere un pezzo di carta sopra lo specchio in modo che i raggi del sole riflessi dallo specchio cadano sulla carta, se necessario regolare la loro posizione relativa. Osserva lo spettro dei colori sulla carta.

Cosa sta succedendo: l'acqua e lo specchio agiscono come un prisma, suddividendo la luce nel suo spettro cromatico. Ciò accade perché i raggi di luce che passano da un mezzo (aria) a un altro (acqua) cambiano velocità e direzione. Questo fenomeno è chiamato rifrazione. Colori diversi vengono rifratti in modo diverso, i raggi viola sono più fortemente decelerati e cambiano la loro direzione in modo più forte. I raggi rossi rallentano e cambiano la loro direzione in misura minore. La luce è suddivisa nei suoi colori componenti e possiamo vedere lo spettro.

Il secondo esperimento: modellare il cielo in un barattolo di vetro

Materiali necessari per l'esperimento:

• un bicchiere alto trasparente o un barattolo di plastica o vetro trasparente;
• acqua, latte, cucchiaino, torcia;
• una stanza buia;

Condurre un esperimento:

1. Riempi un bicchiere o un barattolo per 2/3 con acqua, circa 300-400 ml.
2. Aggiungere 0,5 a un cucchiaio di latte all'acqua, agitare la miscela.
3. Prendendo un bicchiere e una torcia, vai in una stanza buia.
4. Tenere una torcia sopra un bicchiere d'acqua e puntare il raggio di luce sulla superficie dell'acqua, guardare il bicchiere di lato. In questo caso, l'acqua avrà una sfumatura bluastra. Ora punta la torcia sul lato del vetro e guarda il raggio di luce dall'altro lato del vetro, in modo che la luce passi attraverso l'acqua. Questo darà all'acqua una sfumatura rossastra. Posiziona una torcia sotto il vetro e punta il raggio di luce verso l'alto guardando l'acqua dall'alto. In questo caso, la tinta rossastra vicino all'acqua apparirà più satura.

Ciò che accade in questo esperimento è che piccole particelle di latte sospese nell'acqua diffondono la luce proveniente da una torcia nello stesso modo in cui le particelle e le molecole nell'aria disperdono la luce solare. Quando il vetro è illuminato dall'alto, l'acqua appare bluastra a causa del fatto che il colore blu è sparso in tutte le direzioni. Quando guardi direttamente la luce attraverso l'acqua, la torcia appare rossa, poiché alcuni dei raggi blu sono stati rimossi a causa della dispersione della luce.

Il terzo esperimento: mescolare i colori

Avrai bisogno:

• matita, forbici, cartone bianco o un pezzo di carta da disegno;
• matite colorate o pennarelli, un righello;
• una tazza o una tazza grande con un diametro nella parte superiore di 7-10 cm o un calibro.
• Bicchiere di carta.

Come condurre un esperimento:

1. Se non hai un calibro, usa una tazza come modello per disegnare un cerchio su un pezzo di cartone e ritagliare il cerchio. Usando un righello, dividi il cerchio in 7 settori approssimativamente uguali.
2. Colora questi sette settori con i colori dello spettro principale: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. Cerca di dipingere il disco nel modo più accurato e uniforme possibile.
3. Fai un buco al centro del disco e metti il ​​disco sulla matita.
4. Fai un buco sul fondo del bicchiere di carta, il diametro del foro dovrebbe essere leggermente più grande del diametro della matita. Capovolgere la tazza e inserire una matita con un disco al suo interno in modo che la mina poggi sul tavolo, regolare la posizione del disco sulla matita in modo che il disco non tocchi il fondo della tazza e sia sopra di esso a un'altezza di 0,5...1,5 cm.
5. Ruota rapidamente la matita e guarda il disco rotante, nota il suo colore. Se necessario, regola il disco e la matita in modo che possano ruotare facilmente.

Spiegazione del fenomeno visto: i colori che dipingono i settori sul disco sono i componenti principali dei colori della luce bianca. Quando il disco gira abbastanza velocemente, i colori sembrano fondersi e il disco appare bianco. Prova a sperimentare con altre combinazioni di colori.

Nonostante il progresso scientifico e il libero accesso a molte fonti di informazione, una persona rara può rispondere correttamente alla domanda sul perché il cielo è blu.

Perché il cielo è azzurro durante il giorno?

La luce bianca, cioè irradia dal Sole, è composta da sette parti dello spettro dei colori: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. La rima di conteggio conosciuta a scuola - "Ogni cacciatore vuole sapere dove si trova il fagiano" - determina semplicemente i colori di questo spettro dalle lettere iniziali di ciascuna delle parole. Ogni colore ha la sua lunghezza d'onda della luce: la più lunga per il rosso e la più corta per il viola.

Il cielo (atmosfera) a noi familiare è costituito da microparticelle solide, minuscole gocce di acqua e molecole di gas. Nel corso del tempo, ci sono state diverse idee sbagliate che hanno cercato di spiegare perché il cielo è blu:

• l'atmosfera, costituita dalle più piccole particelle d'acqua e da molecole di vari gas, fa passare bene i raggi dello spettro blu e non permette ai raggi dello spettro rosso di toccare la Terra;
• piccole particelle solide - ad esempio polvere - sospese nell'aria disperdono di meno le onde blu e viola, e per questo riescono a raggiungere la superficie terrestre, a differenza di altri colori dello spettro.

Queste ipotesi sono state supportate da molti scienziati famosi, ma gli studi del fisico inglese John Rayleigh hanno dimostrato che non sono le particelle solide la causa principale della dispersione della luce. Sono le molecole di gas nell'atmosfera che separano la luce in componenti di colore. Un raggio di sole bianco, che entra in collisione con una particella di gas nel cielo, si disperde (disperde) in diverse direzioni.

Quando si scontra con una molecola di gas, ciascuna delle sette componenti di colore della luce bianca viene diffusa. In questo caso, la luce con lunghezze d'onda più lunghe (la componente rossa dello spettro, che comprende anche l'arancione e il giallo) è dispersa peggio della luce con onde corte (la componente blu dello spettro). Per questo motivo, dopo la dispersione, nell'aria rimangono otto volte più colori dello spettro blu rispetto a quelli rossi.

Sebbene il viola abbia la lunghezza d'onda più corta, il cielo appare ancora blu a causa della miscela di lunghezze d'onda viola e verde. Inoltre, i nostri occhi percepiscono il blu meglio del viola, con la stessa luminosità di entrambi. Sono questi fatti che determinano la combinazione di colori del cielo: l'atmosfera è letteralmente piena di raggi blu-blu.

Perché allora il tramonto è rosso?

Tuttavia, il cielo non è sempre blu. La domanda sorge spontanea: se vediamo cieli azzurri tutto il giorno, perché il tramonto è rosso? Sopra, abbiamo scoperto che il rosso è il meno diffuso dalle molecole di gas. Durante il tramonto, il Sole si avvicina all'orizzonte e il raggio di sole è diretto sulla superficie terrestre non verticalmente, come durante il giorno, ma ad angolo.

Pertanto, il percorso che compie attraverso l'atmosfera è molto più lungo di quello che impiega durante il giorno quando il Sole è alto. Per questo motivo, lo spettro blu-blu viene assorbito in uno spesso strato dell'atmosfera, non raggiungendo la Terra. E onde luminose più lunghe dello spettro rosso-giallo raggiungono la superficie della Terra, colorando il cielo e le nuvole nei colori rosso e giallo caratteristici del tramonto.

Perché le nuvole sono bianche?

Tocchiamo il tema delle nuvole. Perché ci sono nuvole bianche nel cielo blu? Innanzitutto, ricordiamo come si formano. L'aria umida, contenente vapore invisibile, si riscalda vicino alla superficie della terra, sale e si espande a causa del fatto che la pressione dell'aria nella parte superiore è inferiore. Man mano che si espande, l'aria si raffredda. Quando viene raggiunta una certa temperatura, il vapore acqueo si condensa attorno alla polvere atmosferica e ad altri solidi sospesi e, di conseguenza, si formano minuscole goccioline d'acqua, la cui fusione forma una nuvola.

Nonostante le loro dimensioni relativamente piccole, le particelle d'acqua sono molto più grandi delle molecole di gas. E se, incontrando le molecole d'aria, i raggi del sole vengono dispersi, allora quando incontrano le gocce d'acqua, la luce viene riflessa da esse. Allo stesso tempo, il raggio di sole inizialmente bianco non cambia colore e allo stesso tempo "dipinge" di bianco le molecole della nuvola.

Ci sono milioni di domande a cui, essendo bambini, non riceviamo risposta, e da grandi ci vergogniamo semplicemente a porre. Uno di questi domande senza risposta: "perché il cielo è blu?" E tutto andrebbe bene, e senza questa conoscenza puoi vivere, ma quando un bambino inizia a porre domande così complicate ai suoi genitori, spesso si vergognano e iniziano a cambiare argomento. Poi il bambino cresce senza sapere la risposta, ha i suoi figli e tutto si ripete di nuovo. Rompiamo questo "circolo vizioso" e comprendiamo i motivi per cui il cielo è blu. Considera il problema da tutti i possibili punti di vista.

Il fenomeno del cielo blu in termini di fisica

Andiamo dritti al punto, il cielo è azzurro perché l'atmosfera terrestre disperde la luce del sole. Tutta la ricerca condotta negli ultimi 200-300 anni si riduce a questo. Considera alcuni assiomi che influenzano il fenomeno del cielo blu:

1. La luce bianca del sole è una combinazione di diversi flussi di colore. Il colore bianco "separatamente" non esiste. Come tutti sanno, ci sono solo 7 colori (rosso, arancione, giallo, verde, blu, blu, viola), il resto dei colori si ottiene solo quando vengono combinati. Il colore bianco si ottiene combinando tutti e sette i colori. Vale la pena considerare che sono proprio i colori che possiamo distinguere con l'occhio che si intendono.
2. L'atmosfera non è vuota, è composta da molti gas: azoto (78%), ossigeno (21%), diossido di carbonio, l'acqua nei suoi vari stati (vapore, cristalli di ghiaccio). C'è anche molta polvere intorno a noi, elementi di vari metalli. Tutti distorcono la luce bianca del sole.
3. L'aria che ci circonda e che respiriamo è in realtà opaca. In ogni caso in grandi quantità. Non viviamo nel vuoto, dopotutto.

Da questi tre fatti procederemo ulteriormente.

Storia

Nel 19° secolo, uno scienziato di nome John Tyndall condusse una ricerca che dimostrò che vediamo il cielo azzurro a causa delle particelle nell'atmosfera. Nel suo laboratorio, ha creato artificialmente una nebbia con particelle di polvere e ha diretto su di essa un raggio bianco brillante: il colore della nebbia è cambiato in bluastro. 30 anni dopo, nel 1899, il fisico Rayleigh confutò la ricerca del suo predecessore e pubblicò prove che il cielo è blu a causa delle molecole d'aria e senza polvere. Questo fenomeno si chiama radiazione del cielo diffusa Puoi leggere di più su questo su Wikipedia.

Il cielo appare blu perché l'aria disperde la luce a lunghezza d'onda corta più della luce a lunghezza d'onda lunga. Poiché la luce blu ha una lunghezza d'onda più corta, alla fine dello spettro visibile, si disperde nell'atmosfera più del rosso. (Fonte: Wikipedia)

Cos'è la luce? La luce è un flusso di fotoni, alcuni possiamo vedere con i nostri occhi e altri no. Quindi, ad esempio, vediamo lo spettro di colori standard, ma l'ultravioletto, che emette anche il sole, no. Il colore che vediamo alla fine dipende dalla "lunghezza d'onda" di questo flusso. Questa lunghezza d'onda determina il colore che ottieni.

Così. Abbiamo determinato che il sole ci invia quanti con una lunghezza d'onda che corrisponde al bianco, ma come fa a diventare blu mentre attraversa l'atmosfera? Prendiamo l'esempio di un arcobaleno. Arcobaleno - è un esempio diretto della rifrazione della luce e della sua divisione in uno spettro. Puoi creare il tuo arcobaleno usando un prisma di vetro a casa. Viene chiamata la scomposizione del colore in uno spettro dispersione.

Quindi, il nostro cielo funziona come un prisma. La maggior parte La luce bianca che passa attraverso le molecole di gas nell'atmosfera cambia la sua lunghezza d'onda. Di conseguenza, i fotoni che "lasciano" le molecole hanno un colore diverso. Questo colore può essere viola, rosso o blu e blu.

Perché vediamo il blu e non il rosso?

Il colore che alla fine vediamo quando la luce viaggia dal sole alla terra dipende da quali fotoni prevalgono. Ad esempio, quando la luce attraversa l'atmosfera, il numero di quanti di colore blu è 8 volte superiore al rosso e il viola è 16 volte! Ciò è dovuto alla lunghezza d'onda molto diversa, quindi il viola e il blu si diffondono fortemente e il rosso e il giallo si diffondono molto peggio. Sulla base di questa teoria, il cielo dovrebbe essere viola, ma non lo è. Ciò è dovuto al fatto che il viola è percepito molto peggio dall'occhio umano, a differenza del blu. È per questo il cielo è blu.

Video sul perché il cielo è blu:

Perché il cielo è azzurro durante il giorno e il tramonto è rosso

Tutto, ancora, è connesso con la dispersione del colore. L'angolo di incidenza della luce bianca solare si riduce e la luce passa attraverso più molecole d'aria, la lunghezza d'onda della luce aumenta. Questa quantità è sufficiente per diffondere al rosso.

La risposta alla domanda sul perché il cielo è blu per i bambini

Se un bambino ti fa una domanda sul cielo blu, di certo non gli parlerai di dispersione, spettri e fotoni. Basta citare il libro per bambini "100 Children's Why" Tatiana Yatsenko:

Di solito disegniamo i raggi del sole in giallo. Ma in realtà la luce del sole è bianca e consiste di sette colori. Questi sono i colori dell'arcobaleno: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco, viola. Non tutti i colori passano nell'aria, solo blu, indaco e viola. Colorano il cielo.

Questo sarà sufficiente. Sul nostro sito web, puoi anche scaricare una presentazione sull'argomento: “Perché il cielo è blu” al link: Può tornare utile in classe a scuola.