Тема 06. Почему в воде изображения неба, облаков, деревьев всегда темнее, чем в действительности?

Почему в воде изображения неба, облаков, деревьев всегда темнее, чем в действительности?   Презентация: https://docs.google.com/presentation/d/1eROtykWwywDDheYKf3UTZ7qnf_FFEhe0SupDX3fH76c/edit#slide=id.p Авторы:  Лашкова Елизавета и Михайлова Дарья Гипотеза: В воде изображение  темнее, чем в действительности. Предмет исследования:  Зависит ли цвет изображения от угла падения? Цели проекта: Определить, почему в воде изображение темнее, чем в действительности, рассмотрев его с разных ракурсов. Задачи проекта: 1) Создать оптимальные условия для проведения опытов. 2) Провести серию опытов. 3) Исследовать изображение с разных ракурсов от источника света. 4) Объяснить, полученные результаты. Для опытов  понадобится: Фотоаппарат  Водная поверхность (вода) Интернет Предметы, явления (их изображения, отражения) План работы: 1) Подготовить необходимое оборудование для проведения опытов. 2) Провести серию опытов. 3) Зафиксировать полученные результаты опытов. 4) Доказать гипотезу на основе полученных результатов. 5) Выполнить оптические схемы. 6) Представить полученные результаты. 7) Сделать выводы.   Предмет и его отражение Часто людям кажется, что отражение в пруду кустов и деревьев отличается большей яркостью красок и насыщенностью тонов.  Данное явление объясняется тем, что световые лучи отражаются от поверхности воды не полностью, часть из них отражается, а другая поглощается водой, или уходит внутрь. Рассмотрим это явление на конкретных примерах: 1. Зеркальное отражение. Возникает на хорошо отшлифованной поверхности стекла и поверхности спокойной воды, так как такие поверхности рассеивают очень мало света. Мы видим в них чёткие изображения окружающих нас освещенных предметов.  Опыт №1: Опыт №2: 2. Диффузное отражение. Возникает на шероховатой поверхности (поверхности с микронеровностями) или поверхностью с так называемой рябью. Из-за диффузного отражения во всех направлениях обычный предмет можно наблюдать под разными углами.  Опыт №3: Опыт №4:    Вывод:

Как можно увидеть отражение луны в воде, если это освещенная звезда?

Луна поглощает часть света, исходящего от Солнца, и отражает другую часть, когда отраженная часть достигает земли, она может найти воду, которая также будет поглощать и отражать часть энергии.

Ответ: Когда он рождается, он отражает свою прозрачность в воде. И когда она встанет и, возможно, плывет посреди моря. Объяснение: Если мы, например, на лодке.

3. Луна — освещенная звезда, отражающая свет Солнца, яркой звезды. Луна — единственный естественный спутник Земли, и ее можно увидеть днем ​​в определенное время месяца. В этом упражнении учащиеся должны распознать Луну как освещенную звезду, то есть отражающую свет Солнца, которое является яркой звездой.

Отвечать. Ответ: Луна является освещенной звездой из-за того, что она не излучает собственного света, отражая только свет, исходящий от звезды, в данном случае Солнца.

Во время фазы новолуния, когда солнце освещает темную сторону нашего естественного спутника, мы не видим его ни днем, ни ночью.

Когда свет, распространяющийся в воздухе, попадает на поверхность воды, часть его (часть световой энергии) отражается, а часть преломляется. … Чем больше угол падения (чем мельче свет падает на поверхность воды), тем больше доля отраженного света.

Отражение изображений в воде происходит из-за света, распространяющегося по воздуху. Это явление происходит в озерах, реках и даже лужах и отражает любой образ, объект или сценарий, который находится вокруг него. … Чем мельче поверхность воды, тем больше угол падения света.

Рисуя или рисуя, работайте быстро и упускайте из виду менее важные детали, поскольку то, что вы видите, постоянно меняется. Укажите общее направление основных отражений, затем добавьте более темные тональные массы и завершите работу более светлыми градациями.

Более того, если убрать Луну, изменится и уровень океанов, что приведет к изменению климата. Многие живые существа не смогли бы так быстро приспособиться к этим изменениям и исчезли бы. … Если бы Луны не существовало, прецессия была бы медленнее, а ось вращения была бы более нестабильной.

Так как лунная орбита приблизительно эллиптическая, то чем ближе к перигею происходит момент полнолуния, тем больше будет ее видимый размер и яркость для наблюдателя на Земле.

Примеры светящихся тел: солнце, пламя свечи или даже любое тело, нагретое до определенной температуры, может стать светящимся. Это тела, которые не обладают способностью излучать собственный свет. Освещенные тела отражают только свет, который они получают. Например, человек, машина, карандаш и т. д.

Теллурические или каменистые: образованные твердым материалом (камнями), теллурические планеты расположены ближе к Солнцу. Это: Меркурий, Венера, Земля и Марс.

«Луна не излучает света, у нее нет собственного света. Когда мы смотрим на небо и видим его сияющим и внушительным, мы на самом деле смотрим на Солнце на Луне. Солнце — первичный источник света, светящееся тело. Луна — это вторичный источник, светящееся тело», — прокомментировал профессор Диего Мендонса.

Отражение света — Science Learning Hub

Добавить в коллекцию

+ Создать новую коллекцию

Отражение — это когда свет отражается от объекта. Если поверхность гладкая и блестящая, например, стекло, вода или полированный металл, свет будет отражаться под тем же углом, под которым он падает на поверхность. Это называется зеркальным отражением.

Рассеянное отражение — это когда свет падает на объект и отражается во многих направлениях. Это происходит, когда поверхность шероховатая. Большинство вещей мы видим потому, что свет от источника отражается от него.

Например, если вы посмотрите на птицу, свет отразится от нее и распространится почти во всех направлениях. Если часть этого света попадает в ваши глаза, он попадает на сетчатку в задней части ваших глаз. Электрический сигнал передается в ваш мозг, и ваш мозг интерпретирует сигналы как изображение.

Зеркальное отражение

Угол, под которым свет падает на отражающую поверхность, называется углом падения, а угол, под которым свет отражается от отражающей поверхности, называется углом отражения

Если вы хотите измерить эти углы, представьте себе идеально прямую линию под прямым углом к ​​отражающей поверхности (эта воображаемая линия называется «нормальной»). Если вы измерите угол падения и угол отражения относительно нормали, угол падения точно такой же, как и угол отражения. С помощью плоского зеркала легко показать, что угол отражения равен углу падения.

Вода также является отражающей поверхностью. Когда вода в озере или море очень спокойная, отражение пейзажа идеально, потому что отражающая поверхность очень плоская. Однако если на воде есть рябь или волны, отражение искажается. Это связано с тем, что отражающая поверхность больше не является плоской и может иметь выпуклости и впадины, вызванные ветром.

Можно сделать зеркала, которые ведут себя как горбы или впадины, и из-за того, что они по-разному отражают свет, они могут быть очень полезными.

Вогнутые зеркала

Внутренний изгиб ложки является примером вогнутого зеркала

Вогнутые зеркала используются в некоторых типах астрономических телескопов, называемых телескопами-рефлекторами. Зеркала собирают много света от слабых космических источников на гораздо меньшую площадь обзора и позволяют зрителю видеть удаленные объекты и события в космосе, невидимые невооруженным глазом.

Лучи света движутся к зеркалу по прямой линии и отражаются внутрь, чтобы встретиться в точке, называемой фокусом.

Вогнутые зеркала полезны в качестве зеркал для макияжа, потому что с их помощью предметы кажутся больше. Эта вогнутая форма также полезна для автомобильных фар и спутниковых антенн.

Выпуклые зеркала

Выпуклые зеркала выгнуты наружу, как внешняя часть воздушного шара.

Параллельные лучи света падают на зеркало и отражаются наружу. Если воображаемые линии прослеживаются в обратном направлении, кажется, что они исходят из фокуса за зеркалом.

Выпуклые зеркала полезны для охраны магазинов и зеркал заднего вида в транспортных средствах, поскольку они обеспечивают более широкое поле зрения.

Рассеяние света

Некоторое количество света рассеивается во всех направлениях, когда сталкивается с очень мелкими частицами, такими как молекулы газа, или гораздо более крупными частицами, такими как пыль или капли воды.

Величина рассеяния зависит от размера частицы по сравнению с длиной волны падающего на нее света. Меньшие длины волн рассеиваются больше.

«Почему небо голубое?» это общий вопрос. Свет от солнца состоит из всех цветов радуги. Когда этот свет попадает на частицы азота и кислорода в нашей атмосфере, он рассеивается во всех направлениях. Синий свет имеет меньшую длину волны, чем красный свет, поэтому он рассеивается намного больше, чем красный свет. Когда мы смотрим на небо, мы видим все места, откуда рассеялся голубой свет.

Это похоже на вопрос: «Почему закаты красные?» Когда Солнце появляется ниже в небе, свет, который достигает нас, уже прошел через гораздо большую часть атмосферы. Это означает, что большая часть синего света рассеивается задолго до того, как свет достигает нас, поэтому небо кажется более красным.

Облака кажутся белыми, потому что размер капель воды намного превышает длину волны света. В этой ситуации все длины волн света одинаково рассеиваются во всех направлениях.

Идеи для занятий

В свете и видении: правда или ложь? учащиеся участвуют в интерактивном или бумажном задании «правда или ложь», в котором освещаются распространенные альтернативные представления о свете и зрении.

В разделе «Исследование отражения» учащиеся исследуют зеркальное и диффузное отражение, глядя в темный ящик и освещая фонариком различные предметы, цветную бумагу и зеркало.

Чтобы смоделировать голубое небо и красный закат, попробуйте направить белый свет фонарика или проектора на стеклянную емкость с водой, в которую добавлено несколько капель молока. Вы должны увидеть синюю дымку с боков. Если вы посмотрите на дальний конец контейнера, вы заметите, что свет имеет красноватый оттенок.

Опубликовано 18 апреля 2012 г., обновлено 27 августа 2020 г.0006

Загрузить 0 шт.

Загрузить все

Мерцающий свет на воде: Лаборатория физических наук NOAA

Джозеф А. Шоу
NOAA
[Опубликовано в Optics and Photonics News, том 10, вып. 3 марта 1999 г., стр. 43-45, 68.]

Ноябрьским вечером 1982 года я ехал в поезде, медленно бредущем по краю залив на юге Японии. Заходящее солнце создало волшебную полосу сверкающего света, достигающую по воде (рис. 1). Несмотря на то, что в то время у меня не было формального оптического образования, я с особой тщательностью фотографировать это оптическое удовольствие, даже думая, что когда-нибудь мне захочется понять этот сверкающий свет лучше. По крайней мере, я знал, что это будет хорошим дополнением к слайд-шоу, которым я поделился бы со своей семьей и друзьями дома, рассказывая им о Япония – «Страна восходящего солнца» (или заходящего солнца в данном случае).

Рисунок 1.

Тринадцать лет спустя я был на перевернутом корабле в Тихом океане (рис. 2) измерение рисунков блесток, созданных с помощью лазера. С течением времени я обнаружил это понимание того, как формируются блестящие узоры, и даже формирование моих собственных блестящих узоров для измерения шероховатости морской поверхности помогает мне еще больше наслаждаться блеском природы.

Рисунок 2.

Как формируются блестящие узоры

Название «блестящий узор» подразумевает движущееся и меняющееся явление. Блеск узоры состоят из множества ярких точек света, которые приходят и уходят, смешиваясь вместе, образуя плавный путь сверкающего света, если смотреть на расстоянии. Если вы внимательно посмотрите на блеск рисунок, вы можете увидеть отдельные точки света. Каждая из этих точек света является зеркальным отражение солнца, называемое солнечным бликом. Блики возникают на воде, где местный уклон обеспечивает прямое зеркальное отражение солнца. Идеально гладкая поверхность будет содержать только один блеск. Именно такая стеклянная гладкая поверхность дает почти идеальное изображение. мы видим в природе календари гор, отражающиеся в озере. Но если поверхность воды колеблемые даже малейшим ветром отражения становятся морщинистыми и нечеткими. Свет источник, такой как солнце или луна, или даже уличный фонарь или далеко освещенное окно, тогда отражается от нескольких точек на поверхности (рис.

3). Когда волнистая поверхность движется, как и отдельные блики. Но ансамбль бликов создает блестящий узор, форма и размер может быть связан с шероховатостью воды и геометрией обзора.

Рисунок 3.

Глиттеры имеют примерно эллиптическую форму, соотношение сторон зависит от источника угол возвышения. ^1,2 Например, солнце образует круглую блестящую картину, когда оно прямо над головой (угол места 90°) и создает вытянутый эллиптический рисунок вблизи заката или восход солнца (малый угол возвышения). Все это предполагает равномерно шероховатую поверхность; довольно часто, однако порывы ветра увеличивают шероховатость, а поверхностные пятна уменьшают шероховатость в локализованный регион. Эти виды эффектов очевидны на рисунке 1, особенно близко к ближнему. берегу, где рисунок блесток намного шире, чем где-либо еще (возможно, отчасти из-за ветер от проходящего поезда).

Для сильного источника света угловая длина рисунка блесток в четыре раза больше угол максимального наклона волны (рис.

3). Волны наклоняются как в сторону, так и в сторону от наблюдатель создает блики, в результате чего максимальный наклон волны увеличивается в два раза; в дополнительный множитель два является результатом углового удвоения при отражении. Соотношение блесток-рисунка ширина к его длине определяется синусом угла места источника. Если свет источник находится на той же высоте, что и наблюдатель, размеры картины блеска вдвое меньше как с бесконечно высоким источником, но отношение ширины к длине такое же. Как солнце или луна опускается все ниже в небе, узор блесток постепенно сужается, пока ширина к длине отношение достигает минимума, когда угол места источника в два раза превышает максимальную волну склон. За пределами этого угла, когда солнце или луна приближаются к горизонту, узор блесток становится короче из-за затенения и в конце концов исчезает.

Блестящие узоры на воде похожи на вертикальные световые столбы в небе, вызванные отражение от плавающих или падающих кристаллов льда с распределением наклонов.

^1-5 Вырос в Аляска, я часто видел световые столбы над огнями городов зимой, когда атмосфера была спокойной и холодной. Но солнечные столбы можно увидеть даже в более умеренном климате, особенно вблизи восхода или захода солнца вблизи тонких перистых облаков.

Более точные прогнозы погоды по блестящим узорам

Вы когда-нибудь попадали под дождь во время дневного прогноза «преимущественно солнечно»? Этот событие могло бы происходить реже с улучшенными знаниями о скорости ветра и направление над океаном на три-четыре дня раньше. Спутниковые датчики могут видеть большие области океан, где нет людей, чтобы измерить ветер, но они полагаются на модели, чтобы сделать вывод о ветре скорость и направление от шероховатости поверхности. Оказывается, большая часть информации, касающейся шероховатость поверхности на ветру возникла в результате изучения узоров света, мерцающего на океане. поверхность.

Напомним, что максимальный наклон волны можно определить по геометрии блеска узоры. В 1951 году Чарльз Кокс и Уолтер Мунк нашли более количественный способ использования узоры блеска для получения статистической модели полного распределения волн и наклонов. ^6,7 Они использовали камеры в бомбоотсеке самолета B-17G времен Второй мировой войны, чтобы сфотографировать солнце. блеск в Тихом океане недалеко от Гавайев. ^6,7 Соотнося фотографическую плотность с вероятность наклона волны солнечного блика, Кокс и Манк получили плотность вероятности наклона волны функция (pdf). Фотографии, использованные для создания этой модели, на самом деле были записаны с Объективы фотоаппаратов удалены, в результате чего образовалась капля света с постоянно затухающей яркостью. края. Этот эксперимент был ограничен измерением уклонов меньше примерно 28, потому что свет от более крупных склонов, встречающихся с меньшей вероятностью, терялся на фоне.

Изучив таким образом несколько изображений при разной скорости ветра, Кокс и Мунк смогли показать, что плотность вероятности наклона океанских волн может быть описана как гауссовская плюс термины асимметрии и эксцесса высшего порядка. Фактический PDF имеет тенденцию иметь более высокую вероятность для очень маленькие и очень большие наклоны, чем распределение Гаусса. Кроме того, попутный ветер распределение асимметрично, показывая более высокую вероятность для склонов с подветренной стороны, чем с наветренной стороны склоны. Это имеет смысл, потому что ветер, толкающий небольшие ветровые волны, заставляет их наклоняться по ветру. Дисперсия PDF (среднеквадратичный наклон) увеличивается примерно линейно с скорости ветра, указывая на то, что поверхность становится все более шероховатой по мере того, как дует сильнее ветер.

Спустя сорок четыре года после того, как Кокс и Мунк совершили полет на своем B-17G над Гавайскими островами, мой мы с коллегами решили более подробно изучить вероятностную модель наклона океанских волн. ^8,9 На этот раз, однако, мы использовали паттерны лазерного блика, чтобы избежать явной зависимости от солнечной активности. угол и условия неба. В сентябре 1995 года мы измерили блики лазера с корабля. показан на рисунке 2 примерно в 20 км от побережья Орегона в Тихом океане. Подсчитав количество бликов в угловых интервалах, поскольку узкий лазерный луч неоднократно сканировался по поверхности океана, мы получили функции плотности вероятности наклона волн, которые хорошо согласуются с Модель Кокса и Манка в аналогичных условиях. Однако мы также обнаружили, что поверхность шероховатость зависит от разницы температур воздуха и моря (которая была почти нулевой в эксперименте Кокса-Манка). ⁸ При данной скорости ветра вода теплее окружающего воздуха приводит к более шероховатая поверхность, чем предсказывает модель Кокса и Манка, а вода холоднее воздуха приводит к более гладкая поверхность. Следовательно, ветер нельзя однозначно определить по поверхности. шероховатость одна.

Мы также использовали видеокамеры для записи изображений поверхности, освещенной широким конус лазерного излучения. Изображение в верхней части рисунка 4 представляет собой рисунок лазерного блика, видимый на видео. камера смотрит прямо вниз на гладкую поверхность океана (1 м/с ^{скорость ветра). Девять последовательных видеокадры были усреднены, чтобы обеспечить время интегрирования 0,3 секунды, в результате чего изображение, похожее на то, что увидел бы человек-наблюдатель. Большие замкнутые петли образуются блики движутся парами вокруг волн конечной длины и ширины по мере волнистости поверхности. Подобные петли можно увидеть в отражении уличных фонарей или луны в воде. или, как показано внизу рисунка 4, в отражении вспышки камеры от воды в бассейн. 1,2 Чтобы увидеть такие петли, поверхность должна быть достаточно гладкой, чтобы волна гребни большие и медленно меняющиеся. Когда шероховатость поверхности увеличивается, петли становятся меньше и быстро изменяются. Фактически мы обнаружили, что временной ряд числа ярких областей на этих изображениях бликов представляет собой фрактальный процесс, фрактальная размерность которого зависит от поверхности. шероховатость. 9 Итак, помимо того, что они красивы и на них интересно смотреть (особенно в движении), эти световые петли также передают количественную информацию о поверхности и окружающей ее среде.}

Рис. 4а.

Рисунок 4б.

Куда ведут блестящие дорожки

Вам не нужно быть экспертом по дистанционному зондированию, чтобы оценить блестящие узоры. От тротуарные лужи к океану, красивое световое шоу может увидеть любой внимательный замечать. В зависимости от того, сколько терпения у вас есть на такие вещи, вы можете либо случайно замечаете эти закономерности или часами изучаете их в деталях. Так или иначе, есть многое можно узнать и многое оценить в природе, наблюдая за светом, мерцающим на вода.

Ссылки

1. M.G.J. Minnaert, Light and Color in the Outdoors , переведенный и отредактированный Л. Сеймуром, Springer-Verlag, New York, 1993.
2. Д.К. Линч и В. Ливингстон, Цвет и свет в природе , Кембриджский университет. Пресс, 1995.
3. Р. Гринлер, Радуги, ореолы и слава , Кембриджский университет.

   No related posts.