V mirnem ozračju se opazuje položaj zvezd. Astronomska refrakcija. Ptolemejevi poskusi loma svetlobe
Grški astronom Klavdij Ptolomej (okoli 130 n. št.) je avtor izjemne knjige, ki je skoraj 15 stoletij služila kot glavni učbenik astronomije. Vendar je Ptolomej poleg astronomskega učbenika napisal tudi knjigo Optika, v kateri je orisal teorijo vida, teorijo ravnih in sferičnih zrcal ter preučevanje pojava loma svetlobe. Ptolomej se je med opazovanjem zvezd srečal s pojavom loma svetlobe. Opazil je, da se žarek svetlobe, ki prehaja iz enega medija v drugega, "zlomi". Zato zvezdni žarek, ki prehaja skozi zemeljsko atmosfero, doseže površino zemlje ne v ravni črti, ampak vzdolž ukrivljene črte, to pomeni, da pride do loma. Ukrivljenost žarkovne poti nastane zaradi dejstva, da se gostota zraka spreminja z višino.
Da bi preučil lomni zakon, je Ptolomej izvedel naslednji poskus. Vzel je krožnico in na os pritrdil ravnili l1 in l2, da sta se lahko prosto vrteli okoli nje (glej sliko). Ptolomej je ta krog potopil v vodo do premera AB in z obračanjem spodnjega ravnila zagotovil, da so ravnila ležala za oko na eni ravni črti (če gledate vzdolž zgornjega ravnila). Nato je krog vzel iz vode in primerjal vpadni kot α in lomni kot β. Kote je meril z natančnostjo 0,5°. Številke, ki jih je pridobil Ptolemaj, so predstavljene v tabeli.
Ptolomej ni našel "formule" razmerja za ti dve vrsti števil. Če pa določite sinuse teh kotov, se izkaže, da je razmerje sinusov izraženo s skoraj enakim številom, tudi s tako grobo meritvijo kotov, h kateri se je zatekel Ptolemej.
Zaradi loma svetlobe v mirnem ozračju se navidezni položaj zvezd na nebu glede na obzorje
1) nad dejanskim položajem
2) pod dejanskim položajem
3) premaknjena v eno ali drugo smer navpično glede na dejanski položaj
4) ustreza dejanskemu položaju
Konec obrazca
Začetek obrazca
V mirnem ozračju se opazujejo lege zvezd, ki niso pravokotne na površje Zemlje v točki, kjer se nahaja opazovalec. Kakšen je navidezni položaj zvezd – nad ali pod njihovim dejanskim položajem glede na obzorje? Pojasni odgovor.
Konec obrazca
Začetek obrazca
Lom v besedilu se nanaša na pojav
1) spremembe smeri širjenja svetlobnega žarka zaradi odboja na meji atmosfere
2) spremembe smeri širjenja svetlobnega žarka zaradi loma v zemeljski atmosferi
3) absorpcijo svetlobe pri širjenju skozi zemeljsko atmosfero
4) svetlobni žarek, ki se upogiba okoli ovir in tako odklanja premočrtno širjenje
Konec obrazca
Začetek obrazca
Kateri od naslednjih zaključkov nasprotuje Ptolomejevi poskusi?
1) lomni kot je manjši od vpadnega kota, ko žarek prehaja iz zraka v vodo
2) ko se vpadni kot povečuje, se lomni kot linearno povečuje
3) razmerje med sinusom vpadnega kota in sinusom lomnega kota se ne spremeni
4) sinus lomnega kota je linearno odvisen od sinusa vpadnega kota
Konec obrazca
Konec obrazca
Konec obrazca
Fotoluminiscenca
Nekatere snovi, ko jih osvetli elektromagnetno sevanje, začnejo same svetiti. Ta sij ali luminiscenca ima pomembno lastnost: luminescenčna svetloba ima drugačno spektralno sestavo kot svetloba, ki je povzročila sij. Opazovanja kažejo, da ima luminiscenčna svetloba daljšo valovno dolžino kot vznemirljiva svetloba. Na primer, če žarek vijolične svetlobe usmerimo na stožec z raztopino fluoresceina, začne osvetljena tekočina močno svetiti z zeleno-rumeno svetlobo.
Nekatera telesa ohranijo sposobnost svetenja še nekaj časa po prenehanju njihove osvetlitve. Takšen naknadni sij ima lahko različno trajanje: od frakcij sekunde do več ur. Običajno imenujemo sij, ki preneha z osvetlitvijo, fluorescenco, sij, ki ima opazno trajanje, pa fosforescenco.
Fosforescentni kristalni prah se uporablja za premaz posebnih zaslonov, ki po osvetlitvi ostanejo svetleči dve do tri minute. Takšni zasloni svetijo tudi pod vplivom rentgenskih žarkov.
Fosforescentni praški so našli zelo pomembno uporabo pri izdelavi fluorescenčnih sijalk. V plinskih žarnicah, napolnjenih z živosrebrnimi hlapi, pri prehodu skozi električni tok pojavi se ultravijolično sevanje. Sovjetski fizik S.I. Vavilov je predlagal, da se notranja površina takšnih svetilk prekrije s posebno izdelano fosforescentno sestavo, ki ob ultravijoličnem obsevanju daje vidno svetlobo. Z izbiro sestave fosforescentne snovi je mogoče dobiti spektralno sestavo oddane svetlobe, ki je čim bližje spektralni sestavi dnevne svetlobe.
Za pojav luminescence je značilna izjemno visoka občutljivost: včasih je dovolj 10 - - 10 g svetleče snovi, na primer v raztopini, da to snov zaznamo z značilnim sijajem. Ta lastnost je osnova luminiscenčne analize, ki omogoča odkrivanje zanemarljivih primesi in presojo o nečistočah ali procesih, ki vodijo do spremembe prvotne snovi.
Človeška tkiva vsebujejo veliko število vrsta naravnih fluoroforjev, ki imajo različna področja spektra fluorescence. Na sliki so prikazani emisijski spektri glavnih fluoroforjev bioloških tkiv in lestvica elektromagnetnega valovanja.
Po podanih podatkih piroksidin sveti
1) rdeča luč
2) rumena svetloba
3) zelena luč
4) vijolična svetloba
Konec obrazca
Začetek obrazca
Dva enaka kristala, ki imata lastnost fosforescence v rumenem delu spektra, sta bila predhodno osvetljena: prvi z rdečimi žarki, drugi z modrimi žarki. Pri katerem od kristalov bo mogoče opaziti naknadni sij? Pojasni odgovor.
Konec obrazca
Začetek obrazca
Pri raziskovanju prehrambeni izdelki luminiscenčno metodo je mogoče uporabiti za odkrivanje kvarjenja in ponarejanja izdelkov.
Tabela prikazuje indikatorje luminiscence maščob.
Barva luminiscence masla se je spremenila iz rumeno-zelene v modro. To pomeni, da bi lahko dodali maslo
1) samo masleno margarino
2) samo margarina "Extra"
3) samo rastlinske maščobe
4) katero koli od navedenih maščob
Konec obrazca
Zemeljski albedo
Temperatura na površju Zemlje je odvisna od odbojnosti planeta – albeda. Površinski albedo je razmerje med energijskim tokom odbite sončne svetlobe in energijskim tokom sončnih žarkov, ki vpadajo na površino, izraženo kot odstotek ali del enote. Zemljin albedo v vidnem delu spektra je okoli 40 %. Če oblakov ne bi bilo, bi jih bilo približno 15 %.
Albedo je odvisen od številnih dejavnikov: prisotnosti in stanja oblačnosti, sprememb v ledenikih, letnih časih in s tem tudi od padavin.
V devetdesetih letih 20. stoletja je postala očitna pomembna vloga aerosolov - "oblakov" najmanjših trdnih in tekočih delcev v ozračju. Pri zgorevanju goriva pridejo v zrak plinasti žveplovi in dušikovi oksidi; ki se v atmosferi združujejo z vodnimi kapljicami, tvorijo žveplovo, dušikovo kislino in amoniak, ki se nato spremenijo v sulfatne in nitratne aerosole. Aerosoli ne le odbijajo sončno svetlobo, ne da bi jo prepustili do zemeljske površine. Delci aerosolov služijo kot jedra za kondenzacijo atmosferske vlage med nastajanjem oblakov in s tem prispevajo k povečanju oblačnosti. In to posledično zmanjša dotok sončne toplote na zemeljsko površje.
Prosojnost za sončne žarke v nižjih plasteh zemeljskega ozračja je odvisna tudi od požarov. Zaradi požarov se v ozračje dvigajo prah in saje, ki prekrijejo Zemljo z gostim zaslonom in povečajo albedo površja.
Katere trditve so resnične?
A. Aerosoli odbijajo sončno svetlobo in tako prispevajo k zmanjšanju albeda Zemlje.
B. Vulkanski izbruhi prispevajo k povečanju albeda Zemlje.
1) samo A
2) samo B
3) tako A kot B
4) niti A niti B
Konec obrazca
Začetek obrazca
Tabela prikazuje nekatere značilnosti planetov solarni sistem- Venera in Mars. Znano je, da albedo Venere A 1= 0,76 in albedo Marsa A 2= 0,15. Katera od lastnosti je najbolj vplivala na razliko v albedu planetov?
1) A 2) B 3) IN 4) G
Konec obrazca
Začetek obrazca
Ali se zemeljski albedo med vulkanskimi izbruhi poveča ali zmanjša? Pojasni odgovor.
Konec obrazca
Začetek obrazca
Površinski albedo razumemo kot
1) skupna količina sončne svetlobe, ki pade na zemeljsko površino
2) razmerje med energijskim tokom odbitega sevanja in tokom absorbiranega sevanja
3) razmerje med energijskim tokom odbitega sevanja in tokom vpadnega sevanja
4) razlika med energijo vpadnega in odbitega sevanja
Konec obrazca
Študija spektra
Vsa segreta telesa sevajo elektromagnetno valovanje. Za eksperimentalno raziskovanje odvisnosti jakosti sevanja od valovne dolžine je potrebno:
1) razširiti sevanje v spekter;
2) izmerite porazdelitev energije v spektru.
Za pridobivanje in preučevanje spektrov se uporabljajo spektralne naprave - spektrografi. Shema prizmatskega spektrografa je prikazana na sliki. Preučevano sevanje najprej vstopi v cev, na enem koncu katere je zaslon z ozko režo, na drugem koncu pa zbiralna leča. L 1. Reža je v gorišču leče. Zato divergentni svetlobni žarek, ki vstopi v lečo iz reže, izstopi iz leče v vzporednem žarku in pade na prizmo R.
Ker različnim frekvencam ustrezajo različni lomni količniki, izhajajo iz prizme vzporedni žarki različnih barv, ki v smeri ne sovpadajo. Padejo na objektiv L 2. Na goriščni razdalji tega objektiva je zaslon, motno steklo ali fotografska plošča. Objektiv L 2 fokusira vzporedne snope žarkov na zaslon in namesto ene same slike reže dobimo celo vrsto slik. Vsaka frekvenca (natančneje ozek spektralni interval) ima svojo sliko v obliki barvnega traku. Vse te slike skupaj
in tvorijo spekter.
Energija sevanja povzroča segrevanje telesa, zato je dovolj, da izmerimo telesno temperaturo in po njej ocenimo količino absorbirane energije na časovno enoto. Kot občutljiv element lahko vzamemo tanko kovinsko ploščo, prekrito s tanko plastjo saj, in s segrevanjem plošče lahko ocenimo energijo sevanja v določenem delu spektra.
Razgradnja svetlobe v spekter v napravi, prikazani na sliki, temelji na
1) pojav svetlobne disperzije
2) pojav odboja svetlobe
3) pojav absorpcije svetlobe
4) lastnosti tanka leča
Konec obrazca
Začetek obrazca
V napravi prizmatskega spektrografa je leča L 2 (glej sliko) se uporablja za
1) razgradnja svetlobe v spekter
2) fokusiranje žarkov določene frekvence v ozek pas na zaslonu
3) ugotavljanje jakosti sevanja v razne dele spekter
4) pretvorbo divergentnega svetlobnega žarka v vzporedne žarke
Konec obrazca
Začetek obrazca
Ali je treba kovinsko ploščo termometra, ki se uporablja v spektrografu, prekriti s plastjo saj? Pojasni odgovor.
Konec obrazca
Začetek obrazca
Vir naloge: Odločitev 4555. OGE 2017 Fizika, E.E. Kamzeev. 30 možnosti.
Naloga 20. Lom v besedilu se nanaša na pojav
1) spremembe v smeri širjenja svetlobnega žarka zaradi odboja na meji atmosfere
2) spremembe v smeri širjenja svetlobnega žarka zaradi loma v zemeljski atmosferi
3) absorpcija svetlobe pri širjenju v zemeljski atmosferi
4) zaokroževanje ovir s svetlobnim žarkom in s tem odstopanja od premočrtnega širjenja
rešitev.
Preden žarek svetlobe oddaljenega vesoljskega predmeta (na primer zvezde) vstopi v opazovalčevo oko, mora preiti zemeljsko atmosfero. V tem primeru je svetlobni žarek podvržen procesom loma, absorpcije in sipanja.
Lom svetlobe v atmosferi je optični pojav, ki nastane zaradi loma svetlobnih žarkov v atmosferi in se kaže v navideznem odmiku oddaljenih predmetov (na primer zvezd, opazovanih na nebu). Ko se svetlobni žarek nebesnega telesa približuje površini Zemlje, se gostota atmosfere povečuje (slika 1), žarki pa se vse bolj lomijo. Proces širjenja svetlobnega žarka skozi zemeljsko atmosfero je mogoče modelirati z uporabo niza prozornih plošč, katerih optična gostota se spreminja s širjenjem žarka.
Zaradi loma opazovalec ne vidi predmetov v smeri njihovega dejanskega položaja, temveč vzdolž tangente na pot žarka na točki opazovanja (slika 3). Kot med pravo in navidezno smerjo predmeta se imenuje lomni kot. Atmosferskemu lomu so najbolj podvržene zvezde ob obzorju, katerih svetloba mora preiti skozi največjo debelino atmosfere (lomni kot je približno 1/6 kotne stopinje).
Ste se kdaj vprašali, zakaj zvezde podnevi niso vidne na nebu? Navsezadnje je zrak tako prozoren podnevi kot ponoči. Bistvo tukaj je, da podnevi ozračje razprši sončno svetlobo.
Predstavljajte si, da ste ponoči v dobro osvetljenem prostoru. Skozi okensko steklo so svetle luči, ki se nahajajo zunaj, precej dobro vidne. Toda slabo osvetljenih predmetov je skoraj nemogoče videti. Kakor hitro pa v prostoru ugasnemo luč, steklo ne bo več ovira za naš vid.
Nekaj podobnega se dogaja pri opazovanju neba: podnevi je ozračje nad nami močno osvetljeno in skozenj se vidi Sonce, medla svetloba oddaljenih zvezd pa ne prodre. Ko pa Sonce zaide pod obzorje in se sončna svetloba (in z njo svetloba, ki jo razprši zrak) »ugasne«, postane ozračje »prozorno« in lahko opazujete zvezde.
V vesolju je drugače. Ko se vesoljsko plovilo dvigne v višino, ostanejo gosti sloji atmosfere spodaj in nebo postopoma temni.
Na višini okoli 200-300 km, kjer običajno letijo vesoljska plovila s posadko, je nebo popolnoma črno. Črna je vedno, tudi če je Sonce trenutno na njenem vidnem delu.
»Nebo je popolnoma črno. Zvezde na tem nebu izgledajo nekoliko svetlejše in so bolj jasno vidne na ozadju črnega neba,« je svoje vesoljske vtise opisal prvi kozmonavt Ju. A. Gagarin.
A kljub temu s krova vesoljskega plovila na dnevni strani neba niso vidne vse zvezde, ampak le najsvetlejše. Slepeča svetloba Sonca in svetloba Zemlje moti oko.
Če z Zemlje pogledamo na nebo, lahko jasno vidimo, da vse zvezde utripajo. Zdi se, da zbledijo, nato pa se razplamtijo in zasijejo v različnih barvah. In nižje kot je zvezda nad obzorjem, močnejše je utripanje.
Utripanje zvezd je tudi posledica prisotnosti atmosfere. Preden doseže naše oči, gre svetloba, ki jo oddaja zvezda, skozi atmosfero. V ozračju so vedno množice toplejšega in hladnejšega zraka. Gostota zraka je odvisna od temperature zraka na določenem območju. Pri prehodu iz enega območja v drugega se svetlobni žarki lomijo. Smer njihovega širjenja se spremeni. Zaradi tega so ponekod nad zemeljskim površjem zgoščeni, drugje razmeroma redki. Zaradi nenehnega gibanja zračnih mas se te cone nenehno premikajo in opazovalec vidi povečanje ali zmanjšanje svetlosti zvezd. Ker pa se raznobarvni žarki ne lomijo na enak način, se trenutki ojačanja in oslabitve različnih barv ne zgodijo hkrati.
Poleg tega lahko pri utripanju zvezd igrajo določeno vlogo tudi drugi, bolj zapleteni optični učinki.
Prisotnost toplih in hladnih plasti zraka, intenzivna gibanja zračnih mas vplivajo tudi na kakovost teleskopskih slik.
Kje najboljši pogoji za astronomska opazovanja: v gorskih predelih ali na ravnini, na morski obali ali v globinah celine, v gozdu ali v puščavi? In na splošno, kaj je bolje za astronome - deset noči brez oblakov v enem mesecu ali samo ena jasna noč, vendar ena, ko je zrak popolnoma prozoren in miren?
To je samo majhen del tista vprašanja, ki jih je treba obravnavati pri izbiri lokacije za gradnjo observatorijev in namestitev velikih teleskopov. S podobnimi problemi se ukvarja posebno področje znanosti – astroklimatologija.
Najboljši pogoji za astronomska opazovanja so seveda zunaj gostih plasti ozračja, v vesolju. Mimogrede, zvezde tukaj ne utripajo, ampak gorijo s hladno mirno svetlobo.
Znana ozvezdja so v vesolju videti popolnoma enaka kot na Zemlji. Zvezde so od nas zelo oddaljene in nekaj sto kilometrov stran od zemeljskega površja ne morejo ničesar spremeniti v njihovi navidezni medsebojni razporeditvi. Tudi če bi jih gledali s Plutona, bi bili obrisi ozvezdij povsem enaki.
Med enim obhodom s krova vesoljskega plovila, ki se giblje po orbiti blizu Zemlje, je načeloma mogoče videti vsa ozvezdja zemeljskega neba. Opazovanje zvezd iz vesolja je dvojnega pomena: astronomskega in navigacijskega. Zlasti je zelo pomembno opazovati svetlobo zvezd nespremenjeno z atmosfero.
Enako pomembna v vesolju je navigacija po zvezdah. Z opazovanjem vnaprej izbranih "referenčnih" zvezd je mogoče ne samo orientirati ladjo, ampak tudi določiti njen položaj v vesolju.
Astronomi že dolgo sanjajo o prihodnjih observatorijih na površju lune. Zdelo se je popolna odsotnost atmosfera naj bi ustvarila idealne pogoje za astronomska opazovanja na naravnem satelitu Zemlje tako med lunino nočjo kot med luninim dnevom.
