Fotometeori by Nelu Fănăţan

FOTOMETEORI

Nelu Fﾄハﾄη｣an ------------------------------------------------------------------------------------------

ISBN: 978-973-0-12436-1

Baia Mare, 2012 --------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

INTRODUCERE Nu le este tocmai uşor elevilor să înveţe, şi mai ales nu este uşor să înveţi o materie percepută ca pretenţioasă cum e FIZICA. Dar pentru că nu s-a inventat o „pastilă de învăţat” pe care să o înghiţi şi să beneficiezi toată viaţa de efectele ei, profesorii trebuie să vină cu soluţiile … cele mai bune. Cine, întrebat fiind de ce are nevoie de Fizică, răspunde cu seninătate “pentru nimic”, nu vrea sau nu poate să cunoască însăşi viaţa. Mecanismul care ne permite să trăim, adică să ne mişcăm, să gândim, să avem iniţiative se datorează în mare măsură unor procese fizice. Transmiterea impulsurilor nervoase este, de fapt, o problemă de electricitate. Am putea oare număra câte procese mecanice implică o zi din viaţa noastră, sau …un minut? Inutilă încercare! ….o frântură de clipă în care inima nu ar putea să se destindă sau să se contracte ne-ar fi fatală. Funcţionarea

organismului

implică

fenomene

termice

termoreglarea sau degajarea de căldură din mitocondrii, “termocentralele” celulei. Fenomenele fizice ne pun în relaţie cu lumea înconjurătoare, căci ele “guvernează” organele de simţ. Ochiul este un instrument optic, urechea un oscilator în miniatură. Întâlnim la fiecare pas iluzii create de fizică, care ne fac viaţa mai frumoasă şi mai colorată.

--------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Fizica a dat lumii, explorând universul microparticulelor, o sursă extraordinară de energie, aceea ascunsă în atom. Fizica intervine, mai mult sau mai puţin invitată, în viaţa noastră ori de câte ori se topeşte o bucată de gheaţă, de câte ori aprindem instalaţia pentru Pomul de Crăciun sau ascultăm muzică! Fizica ne învaţă să gândim inductiv, să trecem permanent de la particular la general, să ne punem întrebări. Atât de importantă este FIZICA încât "nu există nici o cucerire sau descoperire a ştiinţei şi tehnicii moderne care să nu aibă la bază un fenomen explicat de Fizică” (Anatole France). Domeniile FIZICII sunt variate şi multiple, de aceea nu mi-am propus să tratez exhaustiv un anume domeniu sau capitol din FIZICĂ. Dar… am să încerc să fac mai multă LUMINĂ asupra unor fenomenelor optice din natură. Înţelegerea fenomenelor optice din natură implică şi un minim de cunoştinţe teoretice de specialitate, de aceea în prima parte a lucrării am introdus noţiunile de teorie considerate de mine a fi necesare, înţelese şi însuşite.

--------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Ce este mai familiar decât lumina ? Ce este mai puţin familiar decât lumina ? Ce este lumina ? Din ce este făcută ? Are greutate ? Vă daţi seama că nu puteţi vedea lumina însăşi ? Puteţi vedea Soarele, puteţi vedea o pasăre, puteţi vedea ce este în jurul dv. – dar asta nu înseamnă că vedeţi lumina însăşi ! Lumina este un fel de “materie” care trebuie să se mişte ca să existe. Dacă s-ar opri vreodată, chiar pentru un singur moment, ea ar înceta să existe ! Într-adevăr , este uluitor că s-a studiat atât de mult această materie – fantomă. [Gândiţi FIZICA!, Lewis Carroll Epstein]

--------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

LUMINA … în viziunea altora 1.

Dăruind lumina pe care nu o ai, o vei dobândi şi tu.

Nicolae Steinhardt

De unde-şi are raiul lumina, ştiu: îl lumineaz iadul cu

Lucian Blaga

flăcările lui. Umbrele seamnă, ce-i drept, cu intunericul, dar sunt

Lucian Blaga

fiicele luminii. Nici noaptea pământului, noaptea cea mai mare, nu e

Lucian Blaga

noapte, ci doar o umbră într-un univers de lumină. Pentru ca lumina să strălucească atât de intens,

Francis Bacon

6. 7. 8.

întunericul trebuie să fie prezent. Când este prea puternică, lumina doare. Lumină, mai multă lumină! Nimic nu ţi se pare mai strălucitor, după ce ai stat o

viaţă cu ochii închişi, decât lumina de la un licurici. Viteza luminii, oricât de mare este, va fi mereu egală

Valeriu Butulescu

10.

cu cea a întunericului. Lumina diurnă este aureola minusculă a planetei, faţa

Valeriu Butulescu

11. 12.

adevărată a Universului înseamnă noapte. Setea de lumină scurtează adesea aripile fluturilor. Unele corpuri absorb lumina, setea de lumină le face

13. 14. 15. 16.

puţin vizibile. Lumina îl răneşte pe cel trăit în întuneric. Strălucind, îţi risipeşti lumina. Oferă din lumina ta celor din jur, vei străluci mai tare. Arderea este preţul luminii: pentru ca organicul să

Vasile Ghica J. W. Goethe Radu Herjeu

Valeriu Butulescu Valeriu Butulescu Valeriu Butulescu Valeriu Butulescu Valeriu Butulescu Valeriu Butulescu

răzbată prin noaptea neputinţei sale, ceva organic 17.

trebuie să ardă. Elocinţa este lumina ce face să strălucească

18.

inteligenţa. Azi, ştiu că în lumină există şi umbre şi că fericirea e

Marcus Tullius Cicero Octavian Paler

--------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------19.

uneori dureroasă. Dacă nu ai iubi, cum ai putea preţui orbitoarea lumină

Octavian Paler

a soarelui şi mângâietoarea lumină a lunii? 20.

- Eseuri despre dragoste Lumina a fost la început a pictorilor. Nu exista obiect

Emerson

21. 22.

pe care lumina intensă să nu îl facă frumos. Lumina poate fi şi ea o cortină, ca şi tenebrele. Esenţa lumânării nu este ceara are lasă urme, ci

Exupery

23.

lumina. Există două feluri de a împrăştia lumina: să fii

24.

lumânarea, sau să fii oglinda care o reflectă. Lumina nu vine din lumină, ci din întuneric. - Isabel şi

25. 26.

apele diavolului Timpul este lumină. Dar lumina, ce este lumina? Lumina nu străluceşte în lumină, ci doar în întuneric.

Remarque

27.

– Trei camarazi. A spune adevărul este ca şi cum ai radia de lumină. Atenţie! Lumina poate fi prea puternică. Adevărul, ca

Sărbătoare

Ralph Waldo Mary Ann Evans Antoine de Saint Edith Wharton Mircea Eliade Nichita Stănescu Erich Maria Octavian

şi razele Soarelui, poate răni. – Gândeşte bine, 28.

vorbeşte frumos, fii drept. Închideţi o plantă la întuneric şi veţi vedea ce monstru

Lucian Blaga

diform se va produce din pricina setei sale de lumină. Oare viaţa omenească nu produce şi ea astfel de 29.

monstruozităţi în tendinţa sa spre lumină? Există o lumină care străluceşte dincolo de toate

citat din

lucrurile de pe pământ, dincolo de cel mai înalt dintre

Chandogya

cerurile cele mai înalte. Aceasta este lumina care

Upanishad

străluceşte în inima ta. 30.

Lumina este tot ceea ce

este. – În căutarea

Ioan Gyuri Pascu

armoniei --------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------31.

Deasupra umbrei oricărui nor se află lumina unei

Pitagora

32.

stele. Liniştea ne dezvăluie că lumina stelelor şi lumina din

Bruce Davis

noi sunt făcute din aceeaşi iubire. - Mănăstire fără ziduri

33. 34.

Când stingem focul, unde se duce lumina? E din neamul mare al licuricilor - omul: un vierme ce

35.

se transformă în lumină când iubeşte. Învăţătura îţi dă lumină, dar nu te înalţi decât prin

Ovid Densuşianu

36.

caracter. În fiecare minut în care închid ochii, pierd 60 de

Gabriel Garcia

37.

secunde de lumină. Lucrurile ce par imposibile devin posibile dacă le vezi

38.

în altă lumină. Rămas bun, suflet din fântâna nopţii. Cocoşii cântă.

Confucius Lucian Blaga

Marquez citat din Hannibal Ionel Teodoreanu

Lumina zilei aşteaptă minciuna. 39.

Fabula câinelui.

Un câine, voind să evadeze din arşiţa şi

Lucian Blaga - Elanul insulei – 1977

lumina soarelui, încearcă să se culce în 40.

propria sa umbră. Umbra. Umbra este o punte pe care lumina ne-o

Lucian Blaga - Elanul insulei – 1977

dăruieşte ca să trecem cândva peste ea în ultima noapte 41.

Întotdeauna îndrăgostiţii au o lumină ciudată pe faţa

Mihail Drumeş

lor, care-i deosebeşte pe unul dintr-o mie de oameni. 42.

– Invitaţie la vals Numai lipsa unui obiect ori a unei fiinţe, care ne-a

Mihail Drumeş

--------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------aparţinut o dată, ne pune în lumină adevăratul preţ. – 43.

Invitaţie la vals Viaţa înseamnă a transforma constant în lumină şi

Friedrich Nietzsche

44.

flacără tot ceea ce suntem şi tot ce întâlnim. Licuricii spuneau stelelor: “Învăţaţii afirmă că lumina

Rabindranath

voastră se va stinge odată”.

Tagore

Stelele n-au răspuns. Bazinul se umple cu apă, focul se aprinde cu foc,

Rabindranath

iar sufletul cuiva se modelează datorită sufletului

Tagore

46.

altcuiva. În momentele cele mai întunecate trebuie să ne

Taylor Benson

47.

concentrăm pentru a vedea lumina. Dacă accept lumina şi căldura soarelui, trebuie să

Kahlil Gibran

accept şi tunetul şi fulgerul. – Darul iubirii Educaţia este mişcarea din întuneric spre lumină.

Allan Bloom

45.

48. 49.

Când am

dat de lumină şi de căldură, n-am

Richard Bird

avut decât un singur gând: Ce minune! Ce minune desăvârşită! 50.

Consideră elevul o făclie pe care să o aprinzi astfel

Plutarh

51.

încât mai târziu să lumineze cu o lumină proprie. Rugăciunea este lumina sufletului.

Cuviosul Isaia

52.

Pentru ca lumina să strălucească atât de intens, întunericul

Pustnicul Francis Bacon

trebuie să fie prezent. 53.

“La steaua care-a răsărit E o cale-atât de lungă, Că mii de ani i-au trebuit Luminii să ne-ajungă.

La steaua, Mihai Eminescu

Poate de mult s-a stins în drum În depărtări albastre, Iar raza ei abia acum

--------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Luci vederii noastre” Cu adevărat, mare este importanţa luminii în viaţa omului! “Să se facă lumină” – spune un vechi citat biblic definind importanţa vitală a luminii. Din această cauză lumina a fost mereu asociată cu divinitatea; în antichitate unele popoare se rugau la fiecare apus de soare ca astrul suprem să rasară mereu în zori. Goethe, pe patul de moarte, la data de 22 martie 1832 cerea : “Lumină, mai multă lumină !” Oare a existat vreodată un adolescent care să nu alerge după o rază de lumină ?

--------------------------------------------------------------------------------------

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

Capitolul 1. Noţiuni teoretice de bază 1.1. Natura electromagnetică a luminii Potrivit teoriei lui Maxwell şi a dovezilor experimentale ale lui Hertz, lumina este o undă electromagnetică transversală în care vectorii intensitate a câmpului electric şi inducţia câmpului magnetic,   E şi, respectiv B vibrează perpendicular între ei şi perpendicular pe direcţia de propagare a undei: →

 B

 v

Proprietăţile luminii, ca undă electromagnetică: a) Lumina se propagă sub formă de unde electromagnetice cu viteza : 1 1 c c v= = = = , n εµ ε 0ε r µ0 µr ε r µr unde :

ε este permitivitatea electrică a mediului,

ε 0 = 8,856 ⋅10 −12 [F/m] – permitivitatea electrică a vidului (este o constantă universală), εr - permitivitatea electrică relativă, µ - este permeabilitatea magnetică a mediului, µ0 = 4π ⋅10−7 [H/m sau N/A2] – permeabilitatea absolută a vidului,

µr - permeabilitatea magnetică relativă

Pentru orice mediu ε r > 1 şi µr > 1 , deci v < c.

-------------------------------------------------------------------------------------- 10

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------c = ε r ⋅ µ r : indicele de refracţie al substanţei în care se v propagă lumina n=

Experimental se constată că indicele de refracţie al unui mediu depinde de lungimea de undă a radiaţiei luminoase şi de temperatura mediului. De aceea, valorile indicilor de refracţie se dau (în condiţiile următoarei

convenţii) :

pentru

radiaţia

lungimea

undă

λD = 5,896 ⋅ 10 −6 m (emisă de o lampă cu vapori de sodiu la temperatura de 20 0C). Mediul Hidrogen Aer Apă Acetonă

n 1,0001 1,003 1,333 1,362

Mediul Glicerină Sticlă Sulfură de carbon Diamant

n 1,473 1,5 – 1,62 1,6277 2,4173

Determinaţi viteza luminii prin sticlă, apă, aer şi diamant. Ce observaţi ?  b) Undele electromagnetice sunt transversale, adică vectorii E şi    B sunt perpendiculari pe direcţia de propagare a luminii: E ⊥ v ,   B ⊥v

    c) Vectorii E şi B sunt totdeauna perpendiculari între ei : E ⊥ B .   d) Vectorii E şi B , în undele electromagnetice plane monocromatice vibrează în fază, adică concomitent şi în aceleaşi puncte din spaţiu ating valorile maxime, respectiv minime. e) Intensitatea luminii ca undă electromagnetică, adică energia transportată în unitatea de timp prin unitatea de arie a unei

-------------------------------------------------------------------------------------- 11

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------suprafeţe perpendiculară pe direcţia de propagare aluminii este dată de formula : I =

1 ⋅ 2

ε ⋅ E02 µ

Datele experimentale au arătat că interacţia luminii cu substanţa, ca impresionarea emulsiei fotografice, senzaţia de vedere, etc. Se datorează  vectorului intensitate a câmpului electric E şi, de aceea, el se numeşte şi vector luminos.

E = E0 ⋅ sin ( ω0t − k0 x ) , respectiv B = B0 ⋅ sin ( ω0t − k0 x ) , 2π unde k0 = -reprezintă nr. de undă, se numesc unde plane λ Undele

monocromatice, adică de aceeaşi culoare, deoarece sunt caracterizate printr-o singură pulsaţie ω0 , respectiv printr-o singură lungime de undă. ( λ = v ⋅ T ). c Viteza dată de formula v = reprezintă viteza de fază, adică viteza n de propagare a suprafeţelor de aceeaşi fază :

ω0t − k0 x = const ., v = v f =

dx ω0 λ = = dt k0 T

Rezultă că undele monocromatice pot fi caracterizate printr-o singură viteză, viteza de fază. Undele monocromatice nu există în mod real. Obţinerea unor fascicule de lumină riguros monocromatice este, principial, imposibilă. Termenul “monocromatic”derivă din combinarea cuvintelor greceşti : “monos” = unu / unuia şi “chroma” = culoare. Ar însemna, deci, că imposibilitatea obţinerii fasciculelor de lumină monocromatice este echivalentă cu afirmaţia că nu este posibil să obţinem lumină de o anumită culoare.

-------------------------------------------------------------------------------------- 12

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Observaţie : Lumina albă, care reprezintă suprapunerea undelor electromagnetice cu toate pulsaţiile cuprinse între 3 − 5 ⋅1015 rad / s este, evident, nemonocromatică, şi, în consecinţă, nici de o singură culoare. Fasciculele de lumină pot fi numai aproximativ monocromatice. Acest lucru se are în vedere când se vorbeşte de unde monocromatice, chiar dacă adjectivul “aproximativ” este, de regulă, omis.

-------------------------------------------------------------------------------------- 13

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

1.2. Principiile opticii geometrice Optica geometrică s-a dezvoltat în strânsă legătură cu necesitatea practică a construirii aparatelor optice, cu ajutorul cărora se pot obţine imagini mărite ale obiectelor, oferindu-ne posibilitatea să obţinem unele detalii inaccesibile ochiului liber. Optica geometrică se bazează pe legile propagării luminii şi operează cu noţiunile de fascicul şi rază de lumină. Nu cunoaştem cu exactitate ce ştiau din optică vechii egipteni şi babilonienii. După unele sculpturi, a căror vechime este socotită la 4000 de ani î.Hr., se poate deduce că ei admiteau propagarea luminii în linie dreaptă. Astronomii babilonieni, cu 2000 de ani î.Hr., explicau foarte bine eclipsele, iar egiptenii se serveau de umbra piramidelor pentru a determina înălţimea Soarelui. În Grecia, cunoştinţele asupra opticii au fost mult mai avansate şi aceste cunoştinţe se găsesc expuse în cărţile lui Euclid, Arhimede, Heron şi Ptolomeu. În textul lui Euclid se găseşte scris : “raza luminoasă merge în linie dreaptă, pentru că ea trebuie să meargă pe drumul cel mai scurt”. El a ajuns la această idee observând că un proiectil merge cu atât mai mult cu cât viteza lui este mai mare ; viteza luminii fiind nemăsurabilă, raza de lumină trebuie să fie dreaptă. –V.V. Bianu, Optica geometricăRaza de lumina = direcţia de propagare a luminii Fascicul de lumină = totalitatea razelor de lumină dintr-un contur închis (“mănunchi” de raze de lumină) Definiţie. Raza de lumină reprezintă limita unui fascicul de lumină, când dimensiunea lui tinde la zero. Raza de lumină nu reprezintă un aspect fizic al fenomenului luminos, ci este o noţiune abstractă, iar optica geometrică este un caz limită al opticii ondulatorii.

-------------------------------------------------------------------------------------- 14

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Tipuri de fasciculi de lumină : Luând ca sursă un punct luminos S, razele care pornesc din el formează un fascicul divergent. Dacă se întâmplă ca razele să fie paralele, vom zice că fasciculul este paralel. Dacă mai multe raze de lumină, venind din direcţiii diferite, se întâlnesc într-un punct P, vom avea în acest caz un fascicul convergent. 

Fascicul convergent :



Fascicul paralel :



Fascicul divergent :

Fasciculele convergente şi divergente se numesc fascicule conice (omocentrice sau izogene). Raza din mijlocul fasciculului se numeşte axa fasciculului sau raza principală. obs. Soarele – sursă independentă - …fascicul paralel La baza opticii geometrice stau următoarele principii :

-------------------------------------------------------------------------------------- 15

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Principiul propagării rectilinii a luminii : “Intr-un mediu omogen, transparent şi izotrop, lumina se propagă în linie dreaptă”. Direcţiile de-alungul cărora se propagă lumina reprezintă razele de lumină (segmente de dreaptă).

Principiul independenţei fasciculelor de lumină : “Prin intersecţia fasciculelor de lumină acestea nu se perturbă reciproc (efectul produs de un fascicul de lumină nu depinde de acţiunea simultană a altor fascicule)”. Ex. stadion, teatru,…

Principiul lui Fermat : “Pentru a străbate distanţa dintre două puncte, unda luminoasă alege drumul şi timpul cel mai scurt”.

Principiul reversibilităţii razelor : “Traiectoriile razelor de lumină nu depind de sensul acestora” (Receptorul,

imaginea într-un sistem optic poate fi sursă având ca

imagine sursa iniţială). Observaie. În propagarea lor, razele de lumină – la interacţiunea cu suprafeţele de separare dintre 2 medii – se supun fenomenelor de reflexie şi refracţie.

-------------------------------------------------------------------------------------- 16

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

1.3. Reflexia luminii Definiţie. Reflexia luminii reprezintă fenomenul de întoarcere a luminii în mediul din care provine atunci când întâlneşte suprafaţa de separare a altui mediu.

iˆ rˆ Foto: Nelu Fănăţan, Cheile Râmeţilor, iulie 2011

Legea I. Raza incidentă, normala la suprafaţa de reflexie şi raza reflectată sunt coplanare (se găsesc toate în planul de incidenţă). Legea a II-a. Unghiul de incidenţă este egal cu unghiul de reflexie: iˆ = rˆ

-------------------------------------------------------------------------------------- 17

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Mulţi cred că peisajul reflectat într-o apă liniştită nu se deosebeşte prin nimic de peisajul real şi este nunmai răsturnat. Aceasta este foarte departe de adevăr !

Foto: Nelu Fănăţan, Peştera Gheţarul Scărişoara, iunie 2011

Încercaţi să fotografiaţi un balon de săpun şi reflexiile pe balon ! Foto: Nelu Fănăţan, Cheile Râmeţilor, iulie 2011

-------------------------------------------------------------------------------------- 18

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

1.4. Refracţia luminii Definiţie. Refracţia luminii reprezintă fenomenul de schimbare a direcţiei de propagare a luminii când traversează suprafaţa de separare a două medii diferite.

iˆ n1 n2

ˆ r Legea I. Raza incidentă, normala la suprafaţa de refracţie în punctul de incidenţă şi raza refractată sunt coplanare. Legea a II-a. Raportul dintre sinusul unghiului de incidenţă şi sinusul unghiului de refracţie este o constantă specifică unei perechi de medii date :

sin i n2 = = n21 . sin r n1 n21 – se numeşte indice de refracţie relativ al mediului 2 faţă de mediul 1.

-------------------------------------------------------------------------------------- 19

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

1.5. Reflexia totală Se spune despre un mediu că este cu atât mai refringent, cu cât indicele de refracţie este mai mare. Dacă se consideră că o rază de lumină trece dintr-un mediu mai refringent (apă) într-un mediu mai puţin refringent (aer), unghiul de refracţie este mai mare decât unghiul de incidenţă şi se poate ajunge la situaţia când pentru o anumită valoare a unghiului de incidenţă, numit unghi limită (l), unghiul de refracţie devine 900. La valori ale unghiului de incidenţă mai mari decât valoarea unghiului limită, raza incidentă se reflectă total în mediul din care a venit (apa), fenomenul numindu-se reflexie totală.

lˆ

n1 > n2

iˆ

ˆ r Din Legea a II-a a refracţiei, pentru reflexia totală, se obţine:

sin l n n = 2 , adică sin l = 2 0 sin 90 n1 n1 Unghiul limită al apei (n1) faţă de aer (n2) este : sin l =

1 = 0,7518 , adică l = 490. 1,33

-------------------------------------------------------------------------------------- 20

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Refracţia şi reflexia totală sunt întâlnite des în natură şi în tehnică. Astfel, cu ajutorul legilor refracţiei luminii putem explica de ce aştrii cereşti se observă mai sus decât sunt în realitate pe bolta cerească (refracţie atmosferică), de ce o linguriţă introdusă într-un pahar cu apă pare frântă la suprafaţa de separare sau de ce un corp aflat în apă se observă mai aproape de suprafaţa apei decât în realitate. Reflexia totală explică fenomenul numit miraj : privind, în zilele călduroase de vară, un obiect ( un pom, de ex.) aflat pe un drum drept, îl vom vedea răsturnat, ca şi când ar fi imaginea obiectului respectiv pe suprafaţa unei ape. Fenomenul se datoreşte încălzirii straturilor de aer de la suprafaţa Pământului, astfel încât indicii lor de refracţie devin mai mici decât cei ai straturilor de aer superioare. Fântânile luminoase sunt aplicaţii ale fenomenului de reflexie totală : lumina provenită de la sursa S trece printr-un filtru F (sticlă de o anumită culoare), iar razele de lumină colorate suferă mai multe reflexii totale în lichid, astfel încât jetul de apă “conduce” lumina dintr-un punct în altul.

------------------------------F S ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 21

--------

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Nu se ştie exact cine a descoperit legile reflexiei. Euclid le cunoştea (aşa reiese din Optica lui Theon) ; de asemenea şi Aristotel. În cărţile lui Ptolomeu se tratează despre reflexia în oglinzi plane, convexe şi concave. La arabi găsim un important tratat de optică scris de Alhazen Ibn Alhaitam (mort în 1038). În cărţile 4, 5 şi 6 el studiază oglinzile plane, concave, convexe, sferice, conice şi cilindrice. Studiul se bazează pe legile reflexiei care sunt explicate în mod clar, indicându-se pentru prima dată că planul de incidenţă se confundă cu planul de reflexie. În ordine cronologică, putem cita, înainte de epoca modernă, tratatele de optică scrise de Vitello (aprox. 1290), Roger Bacon (12141294) şi Maurolycos (1494-1577).

Ştiaţi că…? 1. “Deasupra norilor cerul este veşnic albastru!” Holger Henrik Herholdt Drachmann (n. 9 octombrie 1846 - d. 14 ianuarie 1908) a fost un poet, prozator, dramaturg și pictor danez. Creația sa literara este marcată atât de romantism, cât și de realism și are ca inspirație problemele sociale și viața dură a pescarilor și marinarilor.

2. Cine s-a ridicat deasupra înnorării ştie că seninul nu mai este absenţa norilor.

-------------------------------------------------------------------------------------- 22

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------3. lumina cerului este pur şi simplu lumina difuzată a Soarelui ! Pământul este înconjurat de frumuseţea fără margini a cerului albastru, care pare fără sfârşit. Diversitatea sa de tente se schimbă de la zi la zi, de la un punct al cerului la altul. Care este cauza acestei culori albastre uimitoare ? Desigur, nu lumina emisă chiar de admosferă, deoarece în acest caz culoarea trebuie să se vadă şi noaptea ! Nu poate fi nicio sursă de lumină albastră situată undeva dincolo de atmosferă, deoarece noaptea vedem, în toată măreţia sa, acel fond negru în care se află atmosfera. Prin urmare, cauza trebuie să se găsească în însăşi atmosferă. Nu poate fi vorba nici de o absobţie de culoare obişnuită, deoarece Soarele şi Luna sunt mai curând galbene decât albastre. Ţinând seama de cele arătate mai sus, s-a ajuns la ipoteza că lumina cerului este pur şi simplu lumina difuzată a Soarelui !

Reflexia razelor pe o sufrafaţă cu mici denivelări determină împrăştierea razelor reflectate în toate direcţiile (difuzia luminii). Ştim că difuzia pe particule mici creşte odată cu apropierea de capătul violet al spectrului. Culoarea cerului conţine într-adevăr mult violet (faţă de care ochiul nostru nu este prea sensibil), o cantitate apreciabilă de albastru, puţin verde şi foarte puţin galben şi roşu. Combinaţia tuturor acestor culori dă albastrul cerului.

-------------------------------------------------------------------------------------- 23

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------4.

“Tot ce e viu aspiră spre culoare.” (Goethe)

Când vorbim despre strălucirea unei culori (întunecată sau luminoasă), avem în vedere densitatea ei, care nu modifică nuanţa 5.

Privind fulgii de zăpadă care cad lin cerul cenuşiu – aceşti

fulgi par întunecaţi. Observaţie. Culorile albă, cenuşie şi neagră diferă numai prin strălucire, iar măsura acesteia o constituie fondul înconjurător.

-------------------------------------------------------------------------------------- 24

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

1.6. Dispersia luminii Fiecare undă electromagnetică armonică, de pulsaţie ω , componentă a fasciculului de lumină considerat, este caracterizată de ω c viteza de fază : v f = = , iar trenul de undă, în ansamblul său, se k n dω propagă cu viteza de grup : vg = . dk c  λ dn   Se poate demonstra că : vg = ⋅ 1 + ⋅ n  n dλ  Concluzii : a) dacă

v f ≠ f ( λ) ,

adică

n ≠ f ( λ) ,

atunci

toate

undele

monocromatice ce formează pachetul de undă au aceeaşi viteză de fază, egală cu viteza de grup. În astfel de medii, v f = v g , pachetul de unde se propagă fără să se destrame, adică îşi formează forma în timp, iar mediile respective se numesc nedispersive. Observaţie. Singurul mediu riguros nedispersiv este vidul, pentru care n = 1. Desigur că, cu o aproximaţie destul de bună, putem considera şi aerul , în condiţii obişnuite, tot un mediu nedispersiv. Celelalte medii materiale sunt medii dispersive. Toate mediile transparente pentru radiaţiile vizibile (apa, sticla, cuarţul, etc.) prezintă fenomenul de dispersie. b) Dacă v f = f ( λ) , n = f ( λ) , undele monocromatice ce formează pachetul de unde se vor propaga cu viteze de fază diferite şi ca urmare pachetul de unde se destramă în timp.

-------------------------------------------------------------------------------------- 25

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Mediile pentru care n = f ( λ) , adică

dn ≠ 0 , se numesc dispersive, dλ

iar fenomenul de dependenţă a indicelui de refracţie de lungimea de undă se numeşte dispersie. Fenomenul de dispersie a luminii conduce la faptul că la trecerea luminii prin prisma optică fasciculele de lumină albă se descompun în celelalte componente. De asemenea, curcubeul este rezultatul efectelor combinate de reflexie, refracţie şi dispersie a luminii Soarelui de către picăturile de ploaie. ROGVAIV

Dispersia luminii prin prismă Deoarece lumina provenită de la orice sursă (Soare, bec, etc.) reprezintă o suprapunere de unde monocromatice cu pulsaţie

ω diferite,

respectiv cu lungimi de undă λ diferite, este important să se definească noţiunea de spectru : În optică, prin spectru se înţelege ansamblul pulsaţiilor, sau lungimilor de undă, ale undelor electromagnetice monocromatice care constituie lumina emisă de o sursă oarecare. Observaţie : Dacă

normală ; dacă

dn > 0 sau dω

dn < 0 , dispersia se numeşte dλ

dn dn < 0 sau > 0 dispersia se numeşte anormală. dω dλ

-------------------------------------------------------------------------------------- 26

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

1.7. Absorbţia luminii În procesul de trecere a luminii prin diferite substanţe are loc fenomenul de absorbţie a luminii, adică de scădere a intensităţii fasciculului de lumină incident.

d x dx – grosimea stratului de substanţă

- coeficient liniar de absorbţie

dI = −α ⋅ I ⋅ dx ⇒

dI = −α ⋅ dx ……… I ln

dI ∫I I = −α ⋅ ∫0 dx ⇒ 0

I = −α ⋅ d I0

⇒ I = I 0 ⋅ e −α ⋅d Observaţie.

I ln 1   I1` = I 0 ⋅ e  I2  . ⇒ α =  d 2 − d1 I 2 = I 0 ⋅ e− α ⋅ d 2  − α ⋅ d1

- depinde de natura substanţei prin care se propagă lumina, de

şi λ

-------------------------------------------------------------------------------------- 27

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

1.8. UMBRĂ. Penumbră Prin umbră înţelegem o regiune în care nu pătrunde lumina (adcă radiaţiile luminoase nu pot să ajungă din cauza unui obstacol). Dacă radiaţiile provin dintr-un punct, ele sunt oprite de acel obstacol, creând o porţiune întunecată numită umbră. UMBRA este o consecinţă a faptului că lumina se propagă în linie dreaptă.

Regiunea umbrei va fi limitată de tangentele duse de la sursa punctiformă la obstacol.

-------------------------------------------------------------------------------------- 28

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Dacă lumina provine de la o sursă mai mare, în jurul umbrei se formează o zonă de semiumbră, numită penumbră. Limita penumbrei va fi determinată de tangentele interioare sursei şi obstacolului.

-------------------------------------------------------------------------------------- 29

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------PERSPECTIVA Un nor aruncă o umbră pe sol, după cum se arată în desen. Dacă măsuraţi dimensiunile norului şi dimensiunile umbrei, veţi găsi că norul este : a) cu mult mai mare decât umbra lui ; b) cu mult mai mic decât umbra lui ; c) cam de aceeaşi mărime cu umbra lui.

Răspuns : c) Soarele este atât de departe, încât razele de lumină de la Soare sunt practic paralele atunci când ajung pe Pământ. Atunci, de ce par că se răspândesc, când un mănunchi de raze vine printre nori ? Pentru acelaşi motiv pentru care şinele de cale ferată par să se depărteze una de a lta, când se apropie de dv., deşi ele sunt, de fapt, perfect paralele. CE CULOARE ARE UMBRA ? Într-o zi de iarnă senină şi insorită, vă priviţi umbra de pe zăpadă. Observaţi că are nuanţa : a) roşie ; b) galbenă ; c) verde ; d) albastră ; e) nici una. Răspuns : d) Zăpada iluminată direct de la Soare are culoarea Soarelui : galben-alb. Zăpada pe care cade umbra dv. Nu primeşte direct lumina Soarelui, dar ea este

iluminată de cerul albastru. (Poate culoarea albastră a umbrelor face ca lumea să asocieze albastrul cu ceva rece).

-------------------------------------------------------------------------------------- 30

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

Capitolul 2. FOTOMETEORI Reflexia, refracţia, difractia sau interferenta razelor de lumină ale Soarelui sau ale Lunii cu vaporii de apă cristalină contaminaţi cu particulele de praf din atmosferă generează fenomene cu aură aparte şi pline de mister cunoscute sub numele de FOTOMETEORI: 1. Curcubeul 2. Gloria 3. Haloul 4. Mirajul optic 5. Sclipirea stelelor 6. Soarele fals 7. Lumina anticrepusculară 8. Lumina crepusculară 9. Umbra munţilor 10. Cercul lui ULLOA 11. Norii irizaţi 12. Flashul verde 13. Aurolele 14. Eclipsele

-------------------------------------------------------------------------------------- 31

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.1. CURCUBEUL Oricând Oricând ar ar apare apare curcubeul, curcubeul, el el se se formează formează totdeauna totdeauna datorită datorită jocului jocului de de lumină lumină pe pe picăturile de apă. De obicei acestea sunt picăturile de apă. De obicei acestea sunt picături picături de de ploaie, ploaie, rareori rareori –– mici mici picături picături de de ceaţă. ceaţă. Pe Pe picăturle cele mai mici, ca

acelea din care sunt compuşi norii, nu se vede curcubeul.

Observaţie. Dacă veţi auzi vreodată că cineva a văzut un curcubeu pe timp de ninsoare, sau când cerul era complet senin, fiţi convinşi că zăpada era semitopită sau cădea acea burniţă măruntă care apare uneori în absenţa oricăror nori. Picăturile pe care apare curcubeul se găsesc de obicei la 1-2 km de noi. Se cunosc cazuri când curcubeul era vizibil la o distanţă de 3-4 m! După o veche superstiţie engleză, la poalele fiecărui curcubeu poate fi găsit un vas cu aur. Mai sunt încă şi astăzi oameni care-şi închipuie că pot ajunge într-adevăr la poalele curcubeului şi că acolo se vede o lumină care străluceşte într-un mod deosebit. Este absolut evident că curcubeul nu se află într-un loc anumit, ca un obiect real. El nu este altceva decât lumina care vine dintr-o anumită direcţie. Credinţa populară mai spune că dimineaţa, curcubeul prevesteşte ploaie, iar seara vreme frumoasă. Această credinţă nu conţine prea mult adevăr. Curcubeul este totdeauna legat de ploaie şi, în majoritatea cazurilor, ploaia continuă şi după curcubeu.

-------------------------------------------------------------------------------------- 32

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Curcubeul reprezintă un cerc complet, dar noi nu-l putem urmări până dincolo de orizont datorită faptului că nu putem vedea picăturile de ploaie care cad sub noi. S-a stabilit că dintr-un avion sau dintr-un balon se poate vedea circumferinţa întreagă a curcubeului cu umbra observatorului în centru. Aceasta este o privelişte măreaţă care a fost într-adevăr observată. (C. Flammarion, op. cit., p. 214) Mulţi consideră că apariţia unui al doilea curcubeu deasupra primului este un fenomen neobişnuit. În realitate, curcubeul al doilea se observă aproape întotdeauna, deşi mai slab decât primul. El este concentric cu primul, având dea asemenea, drept centru punctul antisolar, însă razele sale formează cu axa care trece prin Soare şi ochi un unghi de 510 . Ordinea culorilor în curcubeul al doilea este inversată faţă de ordinea din primul; cele două curcubeie se mărginesc prin benzile lor roşii. Al doilea curcubeu apare rareori suficient de strălucitor pentru ca să devină vizibile arcurile sale secundare: ele sunt dispuse dincolo de banda violetă, adică la marginea exterioară a celui de-al doilea curcubeu.

-------------------------------------------------------------------------------------- 33

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Cele „şapte culori ale curcubeului” există numai în imaginaţie. Aceasta este o figură de stil, care s-a menţinut timp atât de îndelungat datorită faptului că uneori noi nu vedem lucrurile aşa cum sunt ele în realitate. De fapt, culorile curcubeului trec treptat una în cealaltă, şi numai ochiul le uneşte în mod arbitrar în grupuri.

S-a stabilit că curcubeiele diferă sensibil unul de celălalt; chiar şi acelaşi curcubeu poate varia în timpul cât îl observăm; vârful său poate să difere de părţile sale inferioare. Înainte de toate, au fost observate diferenţe mari în lărgimea totală a benzii colorate. Apoi, deşi ordinea culorilor este totdeauna aceeaşi – roşu, portocaliu (orange), galben, verde, albastru, indigo, violet (ROGVAIV)– lărgimea relativă a benzilor diferitelor culori şi strălucirea lor variază în modul cel mai arbitrar posibil. Observatori diferiti nu vor descrie totdeauna în acelaşi mod acelaşi curcubeu.

-------------------------------------------------------------------------------------- 34

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Curcubeul este un fenomen optic şi meteorologic care se manifestă prin apariţia pe cer a unui spectru de forma unui arc colorat atunci cand lumina soarelui se refractă în picăturile de apă din atmosferă. De cele mai multe ori curcubeul se observă după ploaie, când soarele este apropiat de orizont. Conform unei frumoase legende arabe, curcubeul ar avea doar 4 culori, reprezentand cele 4 semne ale pamanrului (rosu-foc, galbenpamant, verde-aer, albastru-apa). Ochii nostri percep 7 culori: rosu, oranj’ galben, verde, albastru, indigo, violet.

-------------------------------------------------------------------------------------- 35

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Simboluri şi legenede ale curcubeului •

în Biblie, curcubeul reprezintă împăcarea lui Dumnezeu cu Noe după

potop; credinţa ebraică susţinând că dacă Yahve îşi lăsa de-o parte arcul şi-l agăţa în nori, acesta era semn că i-a trecut mânia. •

mitologia chineză prezintă curcubeul ca o fantă în cer, făcută de zeiţa

Nuwa, care a folosit pietre de şapte culori diferite pentru crearea acestuia. În Tibet, curcubeul reprezintă un pod pe care sufletele ajung în cer. •

pentru finlandezi şi laponi, curcubeul era arcul Zeului Tunetului, un iscusit

arcaş, a cărui săgeată era fulgerul. •

în mitologia multor popoare, curcubeul este podul pe care sufletele celor

drepţi urcă spre cer. •

Incaşii credeau despre curcubeu că era un dar de la Zeul Soare.

•

Arabii vedeau curcubeul ca pe o tapiţerie cerească ţesută de vântul ce

bătea dinspre sud. •

un mit germanic susţine: curcubeul este vasul pe care l-a folosit

Dumnezeu când a creat penajul păsărilor. •

pentru japonezi curcubeul este podul plutitor al cerului.

•

povestea malayeziană spune că un curcubeu marchează sfârşitul unei

perioade de ploi torenţiale sau una în care s-au petrecut mari nenorociri.

Tipuri de curcubee: • • • • • •

Scurt Jos Roşu Pereche Lunar Produs în cascadă •

Produs în valurile marine

-------------------------------------------------------------------------------------- 36

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.2. GLORIA •

Gloria este un fenomen atmosferic optic sub forma unor multiple inele

colorate în jurul părţii superioare a unui obiect situat între Soare şi nori sau ceaţă; De obicei Gloria este însoţită de umbra celui ce o observă sau de umbra avionului, dacă este observată din avion. •

Gloria se formează întotdeauna în direcţia opusă Soarelui, mai jos de

orizont, cu două excepţii: răsăritul şi apusul Soarelui. Poate fi observată atunci când te afli deasupra norilor sau a ceţii, iar Soarele luminează direct pe observator. Fenomenul este observabil la munte, din avion sau la mare când este ceaţă. Se formează atunci când lumina de la Soare este împrăştiată, în direcţia opusă astrului, de picăturile de apă din atmosferă.

-------------------------------------------------------------------------------------- 37

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.3. HALOUL Haloul constituie un arc de cerc sau un cerc luminos, slab colorat în jurul razelor Soarelui sau Lunii, format prin refracţia şi reflexia razelor luminoase în cristalele de gheaţă foarte fine din norii Cirrostratus, rareori în norii cirrus, cirrocumulus sau altocumulus. Halourile pot fi observate şi pe vârfurile norilor cirrus de furtună, aceasta însă foarte rar. Toţi norii pe care apar halourile sunt constituiţi din cristale de gheaţă mici, a căror formă regulată determină simetria remarcabilă a acestui fenomen. Soarele triplu sau soarele înconjurat de un inel luminos nu este altceva decât fenomenul de halo. Fenomenul se datorează reflexiei şi refractiei luminii în cristalele de gheaţă din atmosferă. Simetria hexagonală a cristalelor de gheaţă face ca haloul să aibă mereu aceeaşi dimensiune. Dacă concentraţia de cristale de gheaţă din atmosferă este mare, atunci haloul este foarte intens şi soarele apare înconjurat de încă 2 sau 3 copii, care se numesc “câinii de pază ai soarelui”[SUNDOGS] Ştiaţi că … ? Haloul lunii anunţă schimbarea timpului, popular i se mai spune Luna îmbujorată.

-------------------------------------------------------------------------------------- 38

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------Haloul mic este un inel strălucitor cu o rază ceva mai mare de

220 , în jurul Soarelui. Alte fenomene de halo au dimensiuni mult mai mari. În afară de haloul mic , există şi alte arcuri şi pete luminoase, fiecare cu denumirea sa, care se combină dând naştere la diverse fenomene de halo. Fotografiile halourilor au o mare importanţă din punct de vedere ştiinţific. Ele se folosesc pentru măsurători precise ale unghiurilor şi pentru determianrea intensităţii luminii. Haloul mic apare în urma refracţiei luminii solare într-un nor de mici cristale de gheaţă care, precum se ştie, au adeseori forma unor prisme hexagonale. După credinţele populare, haloul mic constituie un semn de vreme ploioasă şi, când se spune cu cât este mai intens haloul cu atât mai repede va ploua , se presupune că tocmai haloul mic şi nu coroana prevesteşte ploaia. Într-adevăr, deseori prezenţa norilor cirrostratus prevestesc o scădere a presiunii atmosferice ; ploaia începe cam la 36 de ore după apariţia haloului.

-------------------------------------------------------------------------------------- 39

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.4. Mirajul optic Mirajul este generat de imaginile unor obiecte îndepărtate ce apar sub formă simplă sau multiplă, dreaptă sau răsturnată, mărită sau redusă în plan vertical. Se explică prin refracţia luminii prin straturi de aer cu densitati diferite. Mirajul este de două feluri: 2.4.1. MIRAJUL INFERIOR Mirajul în general reprezintă imaginea distorsionată a unui obiect real şi el se produce după modul în care lumina penetrează anumite straturi de aer ce nu au aceeaşi temperatură. Este denumit inferior deoarece imaginea văzută este în realitate sub obiectul real, care de cele mai multe ori este cerul sau un obiect din depărtare. El apare ca un lac sau o oază de palmieri. Acelaşi miraj îl întâlnim de obicei pe şosea unde apare ca o pată de ulei sau de apă. Mirajul inferior se produce în deşert deoarece nisipul se încinge, iar aerul imediat de lângă acesta este cu cel puţin 10ºC mai cald decât cel de deasupra lui. 2.4.2. MIRAJUL SUPERIOR Mirajul superior se formează atunci când stratul de aer de lângă sol este mai rece decât cel de deasupra lui. Imaginea apare deasupra obiectului real lăsând impresia că obiectul respectiv pluteşte în aer. Mirajele superioare pot fi văzute de regulă în zonele polare.

-------------------------------------------------------------------------------------- 40

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

Când straturile de aer inferioare sunt mai reci (ex. dimineaţa, in desert; pe marile de la latitudini mari), imaginea se vede deasupra obiectului - miraj superior. In acest caz, daca obiectul se află sub linia orizontului, este posibil să se vadă numai imaginea lui. Uneori, curbarea razelor în sus produce reflexii multiple; raza se propagă nestingherită pe drumul ei (spre deosebire de reflexia inferioară, când raza întâlneşte în calea ei pământul) şi se observă imagini ciudate, drepte şi răsturnate, care variază din clipă în clipă, în funcţie de distanţa observatorului de obiect şi de distribuţia temperaturii în atmosferă. Acest miraj este cunoscut sub denumirea de fata morgana.

-------------------------------------------------------------------------------------- 41

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------------- 42

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------O regulă de formare a mirajului a fost prezentată de Marcel Minneart în cartea sa „Natura luminii şi culorii în natură”. În funcţie de diferenţa de temperatură dintre aerul la suprafaţă şi cel de la un metru, avem: •

Dacă la 1 m temperatura este cu mai puţin de 1.7 °C mai mică, nu se formează nici un miraj.

•

Dacă diferenţa este în jurul a d 2.8°C se formează un miraj moderat.

•

Dacă diferenţa de temperatură este mai mare de 4.4°C atunci se

formează un miraj intens. Pentru a avea o idee despre cât de mare poate fi diferenţa de temperatură deasupra unui drum asfaltat bătut de soare, măsurători au indicat diferenţe de 11 până la 17 °C între suprafaţă şi la înălţimea de 1 cm de suprafaţă!

-------------------------------------------------------------------------------------- 43

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.5. SCLIPIREA STELELOR

Este datorată neuniformităţii indicelui de refractie al atmosferei, fenomen

cauzat

turbulentele

aerului.

Stelele sunt atât de îndepărtate încât apar pe cer ca puncte de lumină ce par să "danseze" când traversează straturi ale atmosferei

temperaturi

şi/sau

densităţi

diferite.

Planetele sunt suficient de apropiate ca să poată apărea pe cer ca discuri de lumină chiar dacă în unele cazuri ochiul neajutat de instrument

poate

să

perceapă

acest

lucru.

Spotul de lumina venit de la planete tinde să formeze o medie relativ stabilă la traversarea atmosferei aşa încât şi imaginea lor pare a fi stabilă.

-------------------------------------------------------------------------------------- 44

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.6. SOARELE FALS

Apare de regula dupa ploaie, înainte de apusul Soarelui, sub forma unei pete strălucitoare pe nori sau pe un ecran de particule de apă care plutesc în atmosfera. Fenomenul este imaginea Soarelui proiectata pe acel ecran.

-------------------------------------------------------------------------------------- 45

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.7. LUMINA ANTICREPUSCULARĂ

Lumina antisolară sau anticrepusculară se poate observa sub forma unor raze ce pornesc din punctul antisolar, regiunea de pe cer opusă Soarelui. Toate razele sunt paralele între ele datorită distanţei mari la care este situat Soarele, dar efectul de perspectivă crează impresia că ele izvorăsc dintr-un singur punct, punctul antisolar. Acest fenomen atmosferic optic este datorat împrăştierii luminii ce provine de la Soare de către aerosoli, precum particule de praf sau vapori de apă.

-------------------------------------------------------------------------------------- 46

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.8. LUMINA CREPUSCULARĂ

Lumina

crepusculară

este

asemănătoare

lumina

anticrepusculară, singura diferenţă fiind punctul de origine al razelor, respectiv Soarele. Lumina crepusculară este un fenomen optic mai des întâlnit spre deosebire de razele antisolare. Iar dacă ai un cer curat şi mult noroc poţi observa cum cele două lumini se întâlnesc formând un semicerc complet de raze paralele ce străbat cerul de la est la vest.

-------------------------------------------------------------------------------------- 47

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.9. UMBRA MUNŢILOR Apare imediat după răsăritul Soarelui sau înainte de apus, în chip de imagine fantastică, întunecată, ce se îndreaptă cu repeziciune spre noi atunci când soarele se ridică pe boltă. Viteza fenomenului este destul de mare şi se poate observa datorită umbrei muntilor peste ecranul de ceaţă din vale.

Imaginea de o frumuseţe ieşită din comun, arată cum, la apusul soarelul, razele de lumină

“dublează” peisajul de pe

Caraiman, pe nori. Salvamontistii din zonă susţin că astfel de imagini sunt extrem de rare şi pot fi văzute mai ales când muntele este acoperit de ceaţă sau nori.

-------------------------------------------------------------------------------------- 48

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.10. CERCUL LUI ULLOA Cercul lui Ulloa ii apare alpinistului ajuns dupa răsăritul soarelui pe creasta unui munte şi care, privind spre apus în ceaţa care se risipeşte, îşi vede imaginea înconjurată de trei cercuri viu colorate şi pe un al patrulea, mai mare şi mai albicios.

-------------------------------------------------------------------------------------- 49

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.11. NORII IRIZAŢI Difractia luminii pe straturi subtiri şi uniforme de nori încărcaţi cu vapori de apă sau cristale fine de gheaţă poate provoca nori irizati. În prezenţa lunii sau a soarelui, când lumina lor trece prin această barieră fină de nori, apar zone circulare luminoase sau benzi colorate în diverse nuanţe. Spre deosebire de curcubee şi coroane, iridiscenţele nu au o formă sau un model specific. Pot fi văzute oriunde pe glob, tot timpul anului, dar apariţia lor este foarte rară.

-------------------------------------------------------------------------------------- 50

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.12. FLASHUL VERDE

Este cel mai bine văzut la latitudini mari pe un orizont plan, cum ar fi oceanul. Cu toate că flashul verde poate fi văzut tot timpul anului, este totuşi foarte rar. Cel mai lung flash verde înregistrat a fost de 35 de minute, dar pot fi şi de câteva secunde. Atmosfera poate fi considerată ca fiind formată dintr-o mulţime de straturi de densitate din ce în ce mai mică (de la pământ spre straturile superioare) astfel încât lumina suferă, la trecerea de suprafeţele de separaţie, refracţii. O rază monocromatică va fi curbată de aceste refracţii succesive, dând ceea ce numim refracţie astronomică. La orizont ea ajunge la niţel mai mult de 1/2 de grad, adică cam cât diametrul unghiular al Soarelui. Asta face ca, atunci când vedem Soarele atingând cu marginea inferioară a discului orizontul, el să fi apus deja complet, de fapt. Lumina albă de la Soare refractându-se pe atmosferă suferă şi dispersie şi împrăştiere. Dispersia face ca marginea de sus a discului să apară verde iar marginea inferioară, roşie (lumina albastră e în mare măsură împrăştiată). Astfel, atunci când Soarele a apus deja coborând la aproape

-------------------------------------------------------------------------------------- 51

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.13. AURORA BOREALĂ Soarele emite un flux de particule încărcate, care constituie vântul solar. El interacţionează cu câmpul magnetic terestru şi astfel particulele încărcate sunt orientate (pe traiectorii spirale în jurul liniilor de câmp magnetic) spre poli. La intrarea în atmosferă, vântul solar produce excitarea atomilor de azot şi oxigen care, prin dezexcitare, emit radiaţie percepută de noi ca auroră. Funcţie de tipul / energia particulelor incidente, aurora poate fi mai mult sau mai puţin luminoasă şi divers colorată. Mişcarea aurorei, când se produce, se datorează faptului că vântul solar ajunge treptat în diferite

zone

ale

atmosferei,

funcţie

presiunea

sa.

Aurorele sunt mai dese şi mai luminoase în perioade de activitate solară mare.

-------------------------------------------------------------------------------------- 52

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------La temperatura înaltă din Soare, materia este ionizată, adică mulți dintre electroni au prea multă energie pentru a fi captați de nucleele atomice. Astfel materia există într-o stare numită plasmă, un ocean de particule încărcate electric. Mișcarea acestor particule produce un câmp magnetic foarte puternic care influențează Soarele în toate modurile posibile. Soarele emite continuu în spațiu particulele incărcate electric (electroni și protoni). Această emisie de particule elementare a primit numele de vânt solar. Vântul solar se deplasează dinspre Soare înspre sistemul solar și intreacționează cu toate planetele. Viteza acestuia la ecuator este de 400 km/s iar părțile mai active ating și 750 km/s. Numărul total de particule emise de Soare prin vântul solar este de 1,3x1031 în fiecare secundă. Aceasta înseamnă că în fiecare oră Soarele pierde 6,7 miliarde de tone de materie. Particulele încărcate electric nu pot trece de câmpul magnetic al Soarelui cu ușurință. Astfel vântul solar este reglat de câmpul magnetic.

-------------------------------------------------------------------------------------- 53

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

2.14.

Eclipsa (din greaca veche εκλειψης ekleipsis: dispariţie, abandon) este un eveniment astronomic care are loc atunci când un corp ceresc trece prin umbra altuia si deci este lipsit de lumina soarelui.In functie de modul in care sunt aliniate Soarele, Pamantul si Luna, eclipsele pot fi: de Luna (daca Pamantul este situat intre Soare si Luna) si de Soare (daca Luna se afla intre Soare si Pamant.) Eclipsele de Luna • totale - cand Luna intra in intregime in conul de umbra al Pamantului. • partiale - cand Luna intra numai in parte in conul de umbra al Pamantului. Eclipsele de Soare • partiale - cand discul Lunii acopera partial discul Soarelui. • totale – cand discul Lunii in intregime discul solar • inelare - cand discul lunar acopera numai regiunea centrala a discului solar.

Foto: Nelu Fănăţan, 16.06.2011, Baia Mare

-------------------------------------------------------------------------------------- 54

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------------- 55

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

FAZELE ECLIPSEI TOTALE DE SOARE

-------------------------------------------------------------------------------------- 56

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

O frumoasă legendă povesteşte că Soarele şi Luna ar fi întruchiparea unor tineri foarte frumoşi care se iubeau nespus. Povestea lor de dragoste însă

nu s-a putut împlini niciodată. Exista o mare

piedică în calea fericirii lor: eru fraţi. Cerul i-a blestemat ducându-i în cele două capete ale pământului pentru ca niciodată să nu-şi mai vadă faţa unul altuia. De atunci Soarele arde ziua întreagă de dorul Lunii, iar Luna străluceşte noaptea gândindu-se la mândrul ei Soare. Şi pentru ca să le mângâie sufletele i-a dăruit Soarelui curcubeul şi Lunii puzderie de stele.

Nu s-au mângâiat însă; şi atunci i s-a făcut Cerului milă de ei şi

le-a îngăduit să se apropie uneori unul de altul şi să-şi privească faţa. Şi a numit apropierea lor ECLIPSA.

-------------------------------------------------------------------------------------- 57

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

ŞTIAŢI CĂ …? 1. Propagarea în linie dreaptă a luminii este o aproximaţie. Lumina (şi orice undă electromagnetică, în general) are un caracter ondulator. 2. Difracţia apare ca fenomen normal, propagarea în linie dreaptă fiind un caz particular de propagare. 3.

Înţelegerea corectă a fenomenelor presupune de multe ori depăşirea impresiilor şi observaţiilor directe, care pot fi încadrate în termenul de “experienţă omenească” sau “bun simţ experimental”. Realitatea este ceva mai complexă decât pare la prima vedere.

Putem spune astfel că, conceptul de rază de lumină este utilizabil în mod aproximativ ca într-un model simplificator pentru descrierea fenomenelor de propagare a ei, la fel cum conceptual de punct material este utilizabil în mecanică ca un model de primă aproximaţie. 4. Orice corp la o temperatură mai mare de 0 K emite un spectru larg de radiaţie electromagnetică. 5. Soarele este principala sursă de radiaţie pentru Pământ. 6. Flacăra este o recţie chimică (cu miltă degajare de energie) între două substanţe dintre care una arde (carburant) şi cealaltă întreţine arderea (corburant). Flacăra unei lumânăricorespunde reacţiei de ardere a carbonului în oxygen (din aer) cu formare de CO2. Orice corp incandescent arde, dar flacăra apare doar dacă corpul este volatile sau dacă este gazos.

Gazul sau vaporii

incandescenţi formează flacăra. Luminozitatea flăcării se datoreşte particulelor de cărbune aduse la incandescenţă, temperature lor fiind în jur de 1800 0C.

-------------------------------------------------------------------------------------- 58

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

7. Becul electric este cea mai folosită sursă de iluminat. Becul electric cu incandescenţă este construit dintr-un balon de sticlă în care se face vid sau se introduce un gaz inert. Corpul incandescent este un filament de wolfram încălzit cu ajutorul curentului electric la o temperatură de 2500…3000 0C. Energia electrică consumată de bec se repartizează în trei procese: a) radiaţie luminoasă ( ≈

12%), b) radiaţie termică ( ≈ 74%), c) pierderi prin conducţie

termică ( ≈ 14%).

8. “Este primejdios să te adăposteşti sub un copac în timpul unei furtuni cu trăznete. Aceasta a fost fatal pentru mulţi oameni sau multe animale. Este mai sigur să fii în camp deschis …. Când hainele sunt ude şi o descărcare în drumul ei spre pământ va lovi capul, ea poate să se scurgă pea pa de la suprafaţa capului, dar dacă hainele sunt uscate, fulgerul va trece prin corp deoarece sângele şi alte organe conţin atât de multă apă încât sunt mult mai buni conductori.” [ Benjamin Franklin ]

-------------------------------------------------------------------------------------- 59

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------9. Vorbim despre ceaţă atunci când obiectele nu pot fi distinse la distanţe mai mari de 1 km. Dacă însă ele rămân vizibile la o distanţă de până la 2 km, vorbim despre pîclă. 10. Luna nu emite lumină. Cum explicaţi că vedem Luna ? (Luna reflectă lumina primită de la Soare). 11. . Intunericul nu există. - Intunericul există? - Bineînţeles! - Vă înşelaţi, ... Întunericul nu există. Ceea ce există de fapt este

doar absenţa luminii. Lumina poate fi studiată, întunericul nu. Nici nu poate fi fracţionat întunericul, lumina da. O simplă rază de lumină alungă întunericul de pe suprafaţa pe care ajunge raza de lumină. Întunericul este un termen inventat de oameni pentru a descrie ce se întâmplă când nu avem lumină. (Dialog între studentul Albert Einstein şi profesorul său).

12. Când stelele sclipesc noaptea pe cer, sclipesc şi planetele?

da, sclipesc

nu, numai stelele sclipesc

R: Sclipirea este rezultatul variaţiilor de densitate a aerului din atmosfera Pământului. Aceste variaţii sunt evidente ziua, când observăm pâlpâirea obiectelor prin straturile încălzite ale aerului de deasupra unei suprafeţe fierbinţi. Orice sursă de lumină aflată la distanţă va pâlpâi, dacă o separă de observator destul aer cu curenţi, ce fac neîncetat vârtejuri. Această mişcare în straturile turbulente ale atmosferei deviază direcţia după care priviţi.

-------------------------------------------------------------------------------------- 60

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

BIBLIOGRAFIE 1.

Mircea-Mihail Popovici, Fenomene termice, Ed. Nemira, 1995,

Bucureşti 2. Doina Turcitu (coord.), Fizică – manual pt clasa a X-a, Ed. Radical, 2005, Craiova 3. Panaiotu L. (coord.), Fizică – manual experimental pt clasa a XII-a, Ed. didactică şi pedagogică, 1980, Bucureşti 4. Vasile Fălie, Rodica Mihalache, Fizică – manual pt clasa a XIa, Ed. didactică şi pedagogică, 2004, Bucureşti 5. Armand Popescu (coord.), Fizică – manual pt clasa a IX-a, Ed. Petrion, 2004, Bucureşti 6. Corinne Stockley (coord.), Dicţionar ilustrat de fizică, Ed. Aquila ’93, 2002, Oradea 7. D. Ciobotaru (coord.), Fizică – manual pt clasa a XII-a, Ed. didactică şi pedagogică, 1996, Bucureşti 8. Didona Niculescu, Fizică – Sinteze şi complemente, Ed. Naţional, 2009, Bucureşti 9. Mariana Ivan, Florentina Brandibur, Evaluare şi testare, Ed. Aramis, 2000, Bucureşti 10. Lewis Carroll Epstein, Gândiţi Fizica!, Ed. All Educational, 2004, Bucureşti 11. Anatolie Hristev (coord.), Probleme de fizică pentru clasele IX-X, Ed. didactică şi pedagogică, 1983, Bucureşti 12. Anatolie Hristev, Probleme de termodinamică, fizică moleculară şi căldură, Ed. Tehnică, 1988, Bucureşti 13. Mihai Popescu (coord.), FIZICĂ XII, Ed. LVS Crepuscul, 2007, Poieşti 14. Gh. Moisil (coord.), Fizică – manual pentru şcoli profesionale şi

-------------------------------------------------------------------------------------- 61

FOTOMETEORI

-----------------------------------------------------------------------------------------complementare, Ed. D. P., 1996, Bucureşti 15. E. Dobre (coord.), Fizică – manual pt clasa a XI-a, Ed. didactică şi pedagogică, 1979, Bucureşti 16. E. Toader, V. Spulber, Optică pentru tehnicieni, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1985 17. Ministerul Metalurgiei şi industriei chimice, Căldura şi aplicaţiile ei, Ed. Tehnică, 1951 18. Richard P. Feynman, Şase lecţii uşoare, Ed. Humanitas, Bucureşti, 2007 19. M. Minnaert, Lumina şi culoarea în natură, Ed. Ştiinţifică, 1962 20. I. Negrescu, Din secretele luminii, 1964 21. Iosif Goldhaar, Lumina neagră, Ed. Ştiinţifică, 1965 22. C. Popovici, Lumina rece, Ed. Ştiinţifică, 1964 23. Manda Dumitru, Legătura fizicii cu viaţa, Editura Didactică şi Pedagogică, 1974

-------------------------------------------------------------------------------------- 62

FOTOMETEORI

------------------------------------------------------------------------------------------

CUPRINS Nr. crt.

Nr. cap.

1. 2.

Denumire capitol

Pg.

Introducere Lumina …în viziunea altora

2 5

NOŢIUNI TEORETICE DE BAZĂ

4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

1.1. 1.2 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8.

Natura electromagnetică a luminii Principiile opticii geometrice Reflexia luminii Refracţia luminii Reflexia totală Dispersia luminii Absorbţia luminii Umbra. Penumbra

10 14 17 19 20 25 27 28

12.

FOTOMETEORI

13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29.

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14.

Cucubeul Gloria Haloul Mirajul optic Sclipirea stelelor Soarele fals Lumina anticrepusculară Lumina crepusculară Umbra munţilor Cercul lui Ulloa Norii irizaţi Flashul verde Aurora boreală Eclipsele Ştiaţi că …? Bibliografie Cuprins

32 37 38 40 43 44 45 46 47 48 49 50 51 53 57 60 62

-------------------------------------------------------------------------------------- 63