السماء زرقاء في يوم مشمس ، ولكنها حمراء أو برتقالية عند شروق الشمس وغروبها. الألوان المختلفة ناتجة عن تشتت الضوء الغلاف الجوي للأرض. هنا هو تجربة بسيطة يمكنك القيام به لمعرفة كيفية عمل ذلك:
مواد السماء الزرقاء - الغروب الأحمر
ما عليك سوى عدد قليل من المواد البسيطة لذلك مشروع الطقس:
- ماء
- حليب
- حاوية شفافة بجوانب متوازية مسطحة
- مصباح يدوي أو ضوء الهاتف الخليوي
يعمل الحوض المستطيل الصغير بشكل جيد في هذه التجربة. جرب خزانًا 2-1 / 2-غالون أو 5 جالون. ستعمل أي حاوية زجاجية أو بلاستيكية شفافة مربعة أو مستطيلة أخرى.
إجراء التجربة
- املأ الوعاء بحوالي 3/4 من الماء. قم بتشغيل المصباح واحتفظ به مسطحًا بجانب الحاوية. ربما لن تتمكن من رؤية شعاع مصباح يدوي ، على الرغم من أنك قد ترى بريقًا ساطعًا حيث يضرب الضوء الغبار أو فقاعات الهواء أو جزيئات صغيرة أخرى في الماء. هذا يشبه إلى حد كبير كيفية انتقال ضوء الشمس عبر الفضاء.
- أضف حوالي ربع كوب من الحليب (لحاوية 2-1 / 2 جالون - قم بزيادة كمية الحليب لحاوية أكبر). قلّب الحليب في الوعاء لخلطه بالماء. الآن ، إذا قمت بتسليط ضوء الفلاش على جانب الخزان ، يمكنك رؤية شعاع الضوء في الماء. جزيئات الحليب تشتت الضوء. افحص الحاوية من جميع الجوانب. لاحظ أنه إذا نظرت إلى الحاوية من الجانب ، سيبدو شعاع ضوء الفلاش أزرق اللون قليلاً ، بينما تظهر نهاية ضوء الفلاش أصفر قليلاً.
- قلّب المزيد من الحليب في الماء. مع زيادة عدد الجسيمات في الماء ، يتشتت الضوء من مصباح يدوي بقوة أكبر. يبدو الشعاع أكثر زرقة ، في حين أن مسار الشعاع الأبعد من مصباح يدوي ينتقل من الأصفر إلى البرتقالي. إذا نظرت إلى ضوء الفلاش عبر الخزان ، يبدو أنه برتقالي أو أحمر ، بدلاً من الأبيض. يبدو أيضًا أن الشعاع ينتشر عندما يعبر الحاوية. الطرف الأزرق ، حيث توجد بعض الجسيمات المتناثرة للضوء ، يشبه السماء في يوم صافٍ. النهاية البرتقالية تشبه السماء قرب شروق الشمس أو غروبها.
كيف تعمل
ينتقل الضوء في خط مستقيم حتى يواجه الجسيمات التي انحرافه أو تشتيته. في الهواء النقي أو الماء ، لا يمكنك رؤية شعاع من الضوء ويسير على طول مسار مستقيم. عندما يكون هناك جزيئات في الهواء أو الماء ، مثل الغبار والرماد ، جليد، أو قطرات الماء ، يتناثر الضوء بحواف الجسيمات.
الحليب غروانيالذي يحتوي على جزيئات صغيرة من الدهون والبروتين. ممزوجًا بالماء ، تنتشر الجسيمات ضوئيًا بقدر ما ينثر الغبار الضوء في الغلاف الجوي. يتناثر الضوء بشكل مختلف ، اعتمادًا على لونه أو طوله الموجي. الضوء الأزرق مبعثر أكثر ، في حين أن الضوء البرتقالي والأحمر مبعثر على الأقل. النظر إلى سماء النهار يشبه عرض شعاع مصباح يدوي من الجانب - ترى الضوء الأزرق المتناثر. إن النظر إلى شروق الشمس أو غروبها يشبه النظر مباشرة إلى شعاع المصباح اليدوي - ترى الضوء غير المنتشر ، وهو برتقالي وأحمر.
ما الذي يجعل شروق الشمس وغروبها مختلفين عن سماء النهار؟ إنها كمية الغلاف الجوي يجب أن يمر ضوء الشمس قبل أن يصل إلى عينيك. إذا كنت تفكر في الغلاف الجوي كغطاء يغطي الأرض ، فإن ضوء الشمس عند الظهر يمر خلال أنحف جزء من الطلاء (الذي يحتوي على أقل عدد من الجسيمات). يجب أن يأخذ ضوء الشمس عند شروق الشمس وغروبها مسارًا جانبيًا إلى نفس النقطة ، من خلال "طلاء" أكثر بكثير ، مما يعني أن هناك الكثير من الجسيمات التي يمكن أن تشتت الضوء.
بينما تحدث أنواع متعددة من الانتثار في الغلاف الجوي للأرض ، فإن تشتت رايلي هو المسؤول الأول عن سماء النهار ونقاء اللون المحمر للشمس المشرقة والمغيبة. يدخل تأثير تيندال دورًا مهمًا أيضًا ، ولكنه ليس سببًا للسماء الزرقاء لأن الجزيئات الموجودة في الهواء أصغر من أطوال موجات الضوء المرئي.
مصادر
- سميث ، جلين س. (2005). "رؤية الألوان البشرية واللون الأزرق غير المشبع لسماء النهار". المجلة الأمريكية للفيزياء. 73 (7): 590–97. دوى:10.1119/1.1858479
- يونغ ، أندرو ت. (1981). "تشتت رايلي". البصريات التطبيقية. 20 (4): 533–5. دوى:10.1364 / AO.20.000533