Gimnazija Josipa Slavenskog Datum: 17.4.2014. akovec

Referat iz fizike:Zato je nebo plavo i kako nastaje duga?

Mentor: Vadlja Reetar, prof. Izradila: Sindy Vukovi, 4.dZato je nebo plavo? Za plavu boju neba je zasluno Rayleighovo rasprenje.To je rasprenje svjetlosti na esticama koje su manje od valne duljine svjetlosti. Te estice mogu biti primjerice praina, molekule duika ili kisika. Suneva svjetlost do nas dolazi u obliku bijele svjetlosti. To je svjetlost koja sadri fotone svih valnih duljina; svaka boja ima svoju jedinstvenu valnu duljinu, a bijela boja je kombinacija svih. Kada neki predmet osvijetlimo, on upija gotovo sve boje, a jednu odbija. Ta boja koja se odbila o predmet je boja koju vidimo. Govorei o podraaju boja, trebali bi ustvari govoriti o isijavanju razliitih valnih duljina, budui da osjet crvene, zelene, plave ili bilo koje druge boje prebiva u promatrau. Bijela svjetlost tako dolazi i na Zemlju i putuje kroz atmosferu. Kad razliite valne duljine prolaze kroz Zemljinu atmosferu, najvei broj fotona neometano prolazi i stie na Zemlju. U atmosferi su molekule zraka tipine veliine 0,2 nm. Rayleighovo rasprenje ovisi o valnoj duljini kao -4 to znai da e se svjetlost manjih valnih duljina (plava 450-495 nm) viestruko intenzivnije raspriti od svjetlosti veih valnih duljina (crvena 620-750 nm). Drugim rijeima, intenzitet rasute svjetlosti je obrnuto proporcionalan valnoj duljini svjetlosti. Krae valne duljine, u ovom sluaju plava, se apsorbira u molekule plina u atmosferi. Apsorbirano plavo svjetlo zatim zrai u svim smjerovima. Raspri se po cijelom nebu. U kojem god smjeru gledali, rasprena svjetlost stie do nas nebo izgleda plavo. Kada gledamo blie prema horizontu, nebo se ini mnogo svjetlije. Da bi dola do nas, rasprena plava svjetlost mora proi kroz vie zraka. Dio nje se opet raspri u drugim smjerovima. Manje plave svjetlosti dopire do oiju. Zbog toga boja blizu horizonta izgleda svjetlija ili bijela. U podrujima gdje je vrlo malosvjetlosno zagaenje,mjeseinae biti isto plave boje, iz istog razloga kao nebo po danu, jer mjeseina je odbijenaSuneva svjetlost, sa skoro istom temperaturom kaoSunce. Za ovjekovookomjeseina nam ne izgleda plave boje, jer po noi vid koristi samo tapie umrenicioka, koji ne prikazujubojeumozgu. Rayleighovo rasprenje je odgovorno i za boju Sunca. Ve je reeno kako Sunce emitira svjetlost svih boja, tj. bijelu. Iz nae perspektive je uto zbog toga to je iz bijele svjetlosti nestala plava komponenta koja daje boju nebu, a preostale boje formiraju utu. Sunce na zalazu je gotovo crvene boje. Tada se vie kraih valnih duljina raspri (plava i zelena), a samo vee valne duljine izravno dolaze do oiju. Negdje tamo daleko u svemiru, Sunce je bijelo a nebo je crno. Tamo nema atmosfere i rasprenja te svjetlost putuje pravocrtno.

Slika 1 pojednostavljen prikaz Rayleighovog rasprenja

Slika 2 Rayleighovo rasprenje pri zalasku suncaPriblino raunanje Rayleighovog rasprenjaAko se uzme da jerveliina estica koje raspruju svjetlost i valna duljina svjetlosti, moe se izraunati parametar rasprenja svjetlosti:

Rayleighovo rasprenje se moe odrediti da se javlja u sluaju da jexpuno manji od 1 (x 1). Ukoliko su estice sa parametromxpriblino jednake 1, onda se javlja Mie rasprenje. Intenzitet ili jaina Rayleighovog rasprenja je proporcionalan sa estompotencijomveliine estica i obrnuto proporcionalan sa etvrtom potencijom valne duljine.

gdje je:I intenzitet rasprene svjetlosti,I0 intenzitetsvjetlosti,R udaljenost do estica koje raspruju svjetlost, kut rasprenja,nindeks prelamanjaestica id promjer estica.

gdje je:s- gustoa rasprene svjetlosti.

Kako nastaje duga?Duga nastaje kad zrake svjetlosti prolaze kroz kapljice vode rasprene u zraku. Moe se vidjeti kad kia pada na jednom dijelu neba, a sunce sja na drugom dijelu. Da bi se moglo vidjeti dugu, sunce mora biti iza promatraa koji je okrenut prema kii. Centar duge je tono nasuprot sunca.to je sunce blie horizontu, vidi se vei dio duge. Za sunce na horizontu, vidjeli bismo dugu kao polovicu kruga sa najviom tokom luka 42 stupnja iznad horizonta.

Suneva svjetlost se sastoji od razliitih valnih duljina koje nae oko vidi kao razliite boje. Svjetlost razliitih boja gledana zajedno izgleda nam kao bijela svjetlost. Pri ulasku u kap vode dolazi do loma (refrakcije) suneve svjetlosti, to uzrokuje da se razdvoje razliite valne duljine od kojih se sastoji svjetlost. Razliite valne duljine svjetlosti se lome pod razliitim kutom. Svjetlost kraih valnih duljina (ljubiasta) se lomi jae od svjetlosti duih valnih duljina (crvena).Pojava razdvajanja svjetlosti na svoje komponente se zove difrakcija, a moe se vidjeti i na prizmi.

Slika 3 prolaz svijetlosti kroz optiku prizmu Slika 4 duga

Do loma svjetlosti dolazi zato to svjetlost putuje razliitom brzinom u tvarima razliite gustoe. Pri nailasku na granicu sredstava mijenja se brzina svjetlosti i dolazi do loma. Kut loma moe se izraunati prema Snellovom zakonu loma:n1sin A = n2sin Bgdje je A upadni kut, B je kut loma, a n1i n2su indeksi loma tvari.

Ako je kut izmeu zrake loma i okomice na povrinu kapi vei od kritinog kuta, zraka svjetlosti e se reflektirati (odbiti) od unutranje strane kapi.Kritini kut za vodu je 48 stupnjeva ( u odnosu na okomicu). Ako zraka svjetlosti padne na kap pod kutom manjim od 48, zraka e proi kroz kap, a ako je kut vei od 48, zraka e se odbiti (reflektirati) natrag i opet lomiti pri izlasku iz kapi.Kao i kod prizme, pri prvom lomu se svjetlost razdvaja u zrake razliite boje, a drugi lom poveava razliku izmeu zraka.

Slika 5 refleksija svijetlosti na kapljici vode

Iz svake kapi samo jedna od boja dolazi do oka promatraa. To moemo pogledati na primjeru dvije kapi od kojih se jedna nalazi vie od druge. S obzirom da se zrake razliitih boja (valnih duljina) razliito lome, iz kapi koja se nalazi vie do promatraa e doi crvena svjetlost, a iz nie kapi do promatraa e doi ljubiasta svjetlost.Vidimo da se zato boje primarne duge mijenjaju od crvene na vrhu do ljubiaste na dnu duge.

Literatura:http://phy.grf.unizg.hr/media/download_gallery/6_zakoni%20geometrijske%20optike.pdfhttp://student.fizika.org/~ijarec/RUN/duga.htmlhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Rayleighovo_raspr%C5%A1enjehttp://znanstvenapanorama.wordpress.com/2014/01/17/znate-li-zasto-je-nebo-plavo/#more-585