При­ме­не­ние информации из текста

Цвет различных предметов, освещённых одним и тем же источником света (например, солнцем), бывает весьма разнообразен. Основную роль в таких эффектах играют явления отражения и пропускания света. При рассмотрении непрозрачного предмета мы воспринимаем его цвет в зависимости от тог.о излучения, которое отражается от поверхности предмета и попадает к нам в глаз. При рассмотрении прозрачного тела на просвет его цвет будет зависеть от пропускания лучей различных длин волн. Световой поток, падающий на тело, частично отражается (рассеивается), частично пропускается и частично поглощается телом. Доля светового потока, участвующего в каждом из этих процессов, определяется с помощью соответствующих коэффициентов: отражения р, пропускания т и поглощения а. Так, например, коэффициент отражения равен отношению светового потока, отражённого телом, к световому потоку, падающему на тело.

Каждый из указанных коэффициентов может зависеть от длины волны (цвета), благодаря чему и возникают разнообразные эффекты при освещении тел.

Тела, у которых для всех лучей поглощение велико, а отражение и пропускание очень малы, будут чёрными непрозрачными телами (например, сажа). Для красных непрозрачных лепестков розы коэффициент отражения близок к единице для красного цвета (для других цветов очень мал), коэффициент поглощения, наоборот, близок к единице для всех цветов, кроме красного, коэффициент пропускания практически равен нулю для всех длин волн. Прозрачное зелёное стекло имеет коэффициент пропускания, близкий к единице, для зелёного цвета, тогда как коэффициенты отражения и поглощения для зелёного цвета близки к нулю. Прозрачные тела могут иметь разный цвет в проходящем и отраженном свете.

Различие в значениях коэффициентов р, t и α и их зависимость от длины световой волны обусловливает чрезвычайное разнообразие в цветах и оттенках различных тел.

При прохождении сквозь атмосферу Земли луч света, идущий от Солнца, подвергается процессам рефракции (преломления), поглощения и рассеяния.

Рассеяние зависит от длины световой волны: синий (голубой) свет рассеивается сильнее, чем красный. В 1871 году Дж. Стретт (Рэлей) установил закон рассеяния: интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна четвёртой степени частоты света, или, иначе говоря, обратно пропорциональна четвёртой степени длины световой волны. Чем больший путь проходит белый солнечный луч в рассеивающей среде, тем в большей степени рассеиваются лучи синей части спектра и тем более красным луч кажется наблюдателю на Земле.

Проходя через атмосферу Земли, луч не только рассеивается, но из-за преломления отклоняется от прямой линии по направлению к Земле. Это явление называется рефракцией. По мере приближения к поверхности Земли плотность атмосферы растёт, и лучи преломляются всё сильнее. В результате все небесные тела, за исключением тех, что находятся в зените, кажутся на небе выше, чем они есть на самом деле.

Видимое смещение (обозначено пунктиром) для истинных звезд S₁ и S₂. Наблюдатель находится в точке О.

Луна — это естественный спутник Земли. Она практически лишена атмосферы. Так, её масса и размеры невелики, но уже при скорости 2,38 км/с молекулы газа способны её покинуть. Поэтому на лунной поверхности нет и не может быть воды в жидком состоянии: испаряясь, она образовала бы вокруг Луны газовую оболочку, которая бы быстро рассеялась. Однако последние исследования показали существование в полярных областях нашего спутника запасы воды в виде льда.

Небо Луны из-за отсутствия атмосферы чёрное, и на нём даже днём можно наблюдать звёзды и планеты. Украшением лунного неба является наша Земля, диск которой в 3,5 раза превышает солнечный диск. Отсутствие атмосферы приводит к резким колебаниям температуры поверхности Луны в течение лунных суток: днём температура доходит до 130 °С, а ночью до -170 °С. Заметим при этом, что день и ночь на Луне длятся примерно по 2 недели, так как один оборот вокруг своей оси Луна делает за 27,3 земных суток.

Даже невооружённым глазом видно, что поверхность Луны неоднородна: тёмные области были названы морями (Море Дождей, Море Ясности, Океан Бурь и др.), светлые — материками. Эти названия сохранились с тех пор, когда в XVII веке учёные надеялись, что на Луне есть вода в жидком состоянии. Характерной особенностью лунного рельефа являются кратеры — кольцевые структуры, в центре которых имеется небольшая горка. Большинство кратеров было образовано в результате падения на Луну метеоритов, которые при ударе о лунный грунт разрушались, вызывая ударную волну в лунной поверхности и возвышение в центре падения. Наиболее крупные кратеры получили имена в честь великих астрономов: Тихо, Кеплер и Коперник.

Образцы лунных пород были доставлены на Землю благодаря успешным полётам человека на Луну. В их состав входят хорошо известные на Земле химические элементы: Si, Al, Fe, Са, Mg и другие. Но в лунных породах содержится большее количество тугоплавких химических элементов: Ti, Zc, Сr и меньшее количество легкоплавких: Рb, К, Na. Из-за отсутствия на Луне воды минералов на ней значительно меньше, чем на Земле. Микроорганизмов на Луне не обнаружено.

Рассмотрим простейший опыт, демонстрирующий возникновение индукционного тока в замкнутом витке из провода, помещённом в изменяющееся магнитное поле. Судить о наличии в витке индукционного тока можно по нагреванию проводника. Если, сохраняя прежние внешние размеры витка, сделать его из более толстого провода, то сопротивление витка уменьшится, а индукционный ток возрастет. Мощность, выделяемая в витке в виде тепла, увеличится.

Индукционные токи при изменении магнитного поля возникают и в массивных образцах металла, а не только в проволочных контурах. Эти токи обычно называют вихревыми токами, или токами Фуко, по имени открывшего их французского физика. Направление и сила вихревого тока зависят от формы образца, от направления и скорости изменяющегося магнитного поля, от свойств материала, из которого сделан образец. В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание.

Если поместить внутрь катушки массивный железный сердечник и пропустить по катушке переменный ток, то сердечник нагревается очень сильно. Чтобы уменьшить нагревание, сердечник набирают из тонких пластин, изолированных друг от друга слоем лака. Токи Фуко используются в индукционных печах для сильного нагревания и даже плавления металлов. Для этого металл помещают в переменное магнитное, поле, создаваемое током частотой 500-2000 Гц.

Тормозящее действие токов Фуко используется для создания магнитных успокоителей - демпферов. Если под качающейся в горизонтальной плоскости магнитной стрелкой расположить массивную медную пластину, то возбуждаемые в медной пластине токи Фуко будут тормозить колебания стрелки. Магнитные успокоители такого рода используются в гальванометрах и других приборах.

Цвет различных предметов, освещённых одним и тем же источником света, может быть весьма разнообразен. Цвет непрозрачного предмета зависит от того излучения, которое отражается от поверхности предмета и попадает к нам в глаза.

Доля светового потока, отражённого от поверхности тела, характеризуется коэффициентом отражения. Доля светового потока, проходящего через прозрачные тела, характеризуется коэффициентом пропускания. Доля светового потока, поглощаемого телом, характеризуется коэффициентом поглощения. Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания могут зависеть от длины волны, благодаря чему и возникают разнообразные цвета окружающих нас тел.

Непрозрачные тела белого цвета отражают практически всё падающее на них излучение, непрозрачные тела чёрного цвета поглощают всё падающее на них излучение. Прозрачное стекло зелёного цвета пропускает только лучи зелёного цвета и т.п.

Предмет, у которого коэффициент отражения имеет для всех длин волн используемого излучения практически те же значения, что и окружающий фон, становится неразличимым на этом фоне даже при ярком освещении. В природе многие животные имеют защитную окраску (мимикрия).

Этот эффект используется также в военном деле для цветовой маскировки войск и военных объектов. Но на практике трудно достичь того, чтобы для всех длин волн коэффициенты отражения предмета и фона совпадали. Так как человеческий глаз наиболее чувствителен к жёлто- зелёной части спектра, то при маскировке пытаются достичь равенства коэффициентов отражения прежде всего для этой части спектра. Такая маскировка несовершенна: если вести наблюдение через светофильтр, практически устраняющий те длины волн, на которые маскировка рассчитана, но пропускающий те длины волн, которые при маскировке не учитывались или учитывались в меньшей степени, то маскируемый предмет станет различим.

Если охладить раствор какой-либо соли в воде, то обнаружится, что температура кристаллизации понизилась. Кристаллики появятся в жидкости лишь при температуре на несколько градусов ниже нуля градусов.

Температура кристаллизации зависит от концентрации раствора. Она тем ниже, чем выше концентрация раствора. Например, при растворении 45 кг поваренной соли в 1 м³ воды температура кристаллизации уменьшается до -3 °С. Самую низкую температуру имеет насыщенный раствор, т. е. раствор, содержащий максимально возможное количество растворённой соли. При этом уменьшение температуры достаточно существенное. Так, насыщенный раствор поваренной соли в воде кристаллизуется при температуре -21 °С, а насыщенный раствор хлористого кальция - при температуре -55 °С.

Рассмотрим, как идёт процесс кристаллизации. После того как в растворе появятся первые кристаллики льда, концентрация раствора повысится. Возрастёт относительное число молекул соли, увеличатся помехи процессу кристаллизации воды, и температура кристаллизации понизится. Если дальше не понижать температуру, то кристаллизация остановится. При дальнейшем понижении температуры кристаллики воды продолжат образовываться, и раствор станет насыщенным. Дальнейшее обогащение раствора растворённым веществом (солью) становится невозможным, и раствор застывает сразу. Если рассмотреть замёрзшую смесь в микроскоп, то можно увидеть, что она состоит из кристалликов льда и кристалликов соли.

Таким образом, раствор замерзает не так, как простая жидкость. Процесс замерзания растягивается на большой температурный интервал.

Если посыпать лёд солью, то лёд начнёт таять. Конечно, это будет иметь место, если температура замерзания насыщенного раствора соли ниже температуры воздуха. При этом лёд будет плавиться, а соль - растворяться в образовавшейся воде. Процесс плавления требует энергии, которую лёд потребляет из окружающего воздуха. В результате температура воздуха понижается.

Цвет предметов при рассмотрении их в солнечном свете связан с явлениями отражения и пропускания солнечных лучей различных длин волн предметами. Непрозрачные предметы приобретают цвет в зависимости от того излучения, которое отражается от поверхности предмета и попадает к нам в глаз. При рассмотрении прозрачного тела на просвет его цвет будет зависеть от пропускания лучей различных длин волн.

Световой поток, падающий на тело, частично отражается (рассеивается), частично пропускается и частично поглощается телом. Доля светового потока, участвующего в каждом из этих процессов, определяется с помощью соответствующих коэффициентов: отражения р, пропускания т и поглощения а. Так, например, коэффициент поглощения равен отношению светового потока, поглощенного телом, к световому потоку, падающему на тело. Различие в значениях коэффициентов р, т и а и их зависимость от длины световой волны обусловливает чрезвычайное разнообразие в цветах и оттенках различных тел.

Для непрозрачных тел коэффициент пропускания практически равен нулю для всех длин волн. Чёрные непрозрачные тела поглощают практически весь падающий на них свет, белые непрозрачные тела отражают практически весь падающий на них свет. Для красных непрозрачных лепестков розы коэффициент отражения близок к единице для красного цвета (для других цветов очень мал), коэффициент поглощения, наоборот, близок к единице для всех цветов, кроме красного, коэффициент пропускания практически равен нулю для всех длин волн. Прозрачное зелёное стекло имеет коэффициент пропускания, близкий к единице, для зелёного цвета, тогда как коэффициенты отражения и поглощения для зелёного цвета близки к нулю. Прозрачные тела могут иметь разный цвет в проходящем и отражённом свете.

Процесс возникновения тумана близок к процессу выпадения росы. Однако в случае тумана конденсация водяного пара происходит не на поверхности земли, листьев или травинок, а в объёме воздуха. Центрами конденсации могут служить случайно образующиеся скопления молекул, ионы, а также пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения в воздухе. Чем больше загрязнённость воздуха, тем большей плотностью характеризуются туманы.

Для возникновения тумана необходимо, чтобы водяной пар в воздухе стал не просто насыщенным, а пересыщенным. Водяной пар становится насыщенным, если при данной температуре процессы испарения воды и конденсации водяного пара взаимно компенсируются, то есть в системе вода-пар устанавливается состояние термодинамического равновесия. На рисунке представлен график зависимости плотности насыщенного водяного пара от температуры.

Туман содержит капельки воды, имеющие диаметр от 0,5 мкм до 100 мкм. Если в тумане преобладают очень мелкие капельки (диаметр меньше 1 мкм), то такой туман называется дымкой. Если же капли тумана относительно велики (диаметр порядка 100 мкм), то это так называемая морось.

Капельки разного размера рассеивают световые волны по-разному, поэтому в зависимости от размера капелек туман может приобретать различный оттенок. Морось имеет молочно-белый и белесоватый цвет. Это объясняется тем, что капельки диаметром много больше микрометра практически одинаково рассеивают свет во всём интервале длин волн, воспринимаемых глазом. Мелкие же капельки дымки рассеивают преимущественно более короткие световые волны.

Законы Кеплера описывают характер движения планет вокруг Солнца. Свои выводы о траекториях планет немецкий учёный Иоганн Кеплер сделал, основываясь на результатах многолетних астрономических наблюдений датского астронома Тихо Браге за планетой Марс. Прежде считалось, что все небесные тела должны двигаться по идеальным кривым — окружностям, но наблюдения Браге опровергали эту гипотезу. Тогда Кеплер предложил считать что орбитой каждой планеты является эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. Это утверждение получило название первого закона Кеплера. Ближайшая точка к Солнцу (на рис. 6 точка П) получила название: перигелий, а максимально удалённая от Солнца (на рис. 6 точка А) — афелий.

Второй закон Кеплера описывает скорости движения планет по орбитам, утверждая, что в перигелии скорость планеты максимальна, а по мере приближения к афелию скорость убывает. Третий закон Кеплера сопоставляет периоды обращения двух планет вокруг Солнца (Т) и средние расстояния от планеты до Солнца (R).

Законы Кеплера изучил Ньютон и не только подтвердил их правильность, но и доказал, что они являются следствием закона всемирного тяготения. Более того, их можно применить не только для движения планет вокруг Солнца, но и для движения спутников планет и даже искусственных небесных тел. В формулировке Ньютона первый закон Кеплера звучит так: под действием силы тяготения одно небесное тело по отношению к другому может двигаться по окружности, эллипсу, параболе и гиперболе.

При различных начальных скоростях, направленных перпендикулярно земному радиусу, получаются различные формы орбит искусственных небесных тел: круговая при скорости 7,9 км/с, эллиптическая в диапазоне скоростей от 10 км/с до 11,1 км/с, параболическая в диапазоне от 11,1 км/с до 12 км/с и свыше 12 км/с — гиперболическая. XX век, ставший эпохой космонавтики, блестяще подтвердил и эмпирические законы Кеплера, и теоретические выводы Ньютона, так как траектории движения искусственных спутников Земли, полётов к Луне, планетам Солнечной системы рассчитываются на основе этих законов.

Сейсмические волны — это механические волны, возникающие при землетрясении или крупном взрыве. Эти волны распространяются в Земле и могут быть зарегистрированы при помощи специальных приборов — сейсмографов.

Действие сейсмографа основано на том принципе, что свободно подвешенный маятник при землетрясении остаётся практически неподвижным. Маятник подвешен к стойке, прочно закреплённой в грунте, и соединён с пером, чертящим непрерывную линию на бумажной ленте равномерно вращающегося барабана. При колебаниях почвы стойка с барабаном также приходит в колебательное движение, и на бумаге появляется график волнового движения.

Существует несколько типов сейсмических волн, из них для изучения внутреннего строения Земли наибольший интерес представляют два вида — продольные (или волны сжатия) и поперечные. В отличие от продольных волн поперечные волны не распространяются внутри жидкостей и газов.

Волны имеют разную скорость распространения: распространяясь из очага землетрясения, первыми на сейсмическую станцию приходят продольные волны, а спустя некоторое время — поперечные. Зная скорость распространения сейсмических волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние до центра землетрясения.

Сейсмические волны используются для исследования глубоких слоёв Земли. Когда сейсмические волны проходят через среду, плотность и состав которой изменяются, то скорости волн также меняются, что проявляется в преломлении волн. Характер преломления сейсмических волн позволяет исследовать плотность и внутреннее строение Земли.