Міністерство аграрної політики і продовольства України

Міністерство аграрної політики і продовольства України

Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва

Міраж

Виконала: ст.1к.2гр. ФІЗу

Свергун Я.М

Перевірив: Пивовар Є.А

Харків 2012

Мираж (фр. mirage — букв. видимость) — оптическое явление в атмосфере: отражение света границей между резко различными по плотности слоями воздуха. Для наблюдателя такое отражение заключается в том, что вместе с отдалённым объектом (или участком неба) видно его мнимое изображение, смещённое относительно предмета.

О миражах известно все и ничего. С одной стороны, трудно найти человека, который хоть раз в жизни не видел бы самый простой мираж — голубое озерцо на раскаленном шоссе. Оптики доходчиво, с чертежом и формулами, расскажут об этом явлении. С другой — тысячи людей наблюдали в небе буквально висящие города, причудливые замки и даже целые армии, но вот тут у специалистов нет объяснений этому природному феномену. Изучать миражи практически невозможно, ведь они не появляются по заказу. Их хозяйка, Фата Моргана, всегда оригинальна и непредсказуема.

Люди видели миражи начиная с глубокой древности, о чем сохранилось немало преданий. Особенно красочные рассказы о миражах Палестины остались от крестоносцев, которым, впрочем, никто особенно не верил. Уж больно любили приврать рыцари о чудесах Востока. Древние египтяне верили, что мираж - это призрак страны, которой больше нет на свете.

Чемпионом по миражам уже давно признают далекую холодную Аляску. Чем сильнее стужа, тем четче и красивее возникают в ее небе видения. Постоянно фиксировать появление миражей в тех краях начали только в XIX веке. Так, в 1889 году местный житель, прогуливаясь близ горы Фэруэтер, что на юго-востоке полуострова, наблюдал силуэт большого города — с небоскребами, высокими башнями и шпилями, храмами, похожими на мечети. Источник миража мог находиться за тысячи километров от Аляски.

Кстати, Аляска и по сей день остается одним из лучших мест в мире для появления миражей. Там даже создано специальное общество по изучению природных оптических явлений, которое выпускает журнал наблюдения миражей, а туристов из Канады и США возят на автобусах полюбоваться, как на ровном океанском горизонте прямо из пучины встают горы, а потом неведомо куда исчезают.

Но для того чтобы увидеть настоящий мираж, совсем не обязательно ехать на Аляску. Если в жаркий летний день встать на шоссе против солнца, то можно заметить, как дорожное полотно в 2—3 километрах от нас как будто погружается в блестящее на солнце озеро. Попробуем приблизиться к «озеру» — оно отодвинется, и сколько бы мы ни шли по направлению к нему, оно неизменно будет находиться в отдалении. Именно эти миражи в древности доводили до отчаяния путников, изнывавших от зноя и жажды. В литературе такой вид миража называют оазисным, или озерным, а в физики называют – нижним.

В соответствии с установленным выше правилом, световые лучи вблизи поверхности земли будут в данном случае изгибаться так, чтобы их траектория была обращена выпуклостью вниз. Пусть в точке А находится наблюдатель. Световой луч от некоторого участка голубого неба попадет в глаз наблюдателя, испытав указанное искривление. А это означает, что наблюдатель увидит соответствующий участок небосвода не над линией горизонта, а ниже ее. Ему будет казаться, что он видит воду, хотя на самом деле перед ним изображение голубого неба. Представим теперь, что у линии горизонта находятся холмы, пальмы или иные объекты. Благодаря отмеченному выше искривлению лучей наблюдатель увидит их перевернутыми и воспримет как отражения соответствующих объектов в несуществующей воде. Так возникает иллюзия, представляющая собой «озерный» мираж.

Миражи второго класса, лучи которых загибаются за линию горизонта. Их называют верхними (они возникают прямо в небе) или миражами дальнего видения, их наблюдают в северных широтах. Миражи могут быть двойными, когда наблюдаются два изображения: прямое и перевернутое. Эти изображения могут быть разделены полосой воздуха (одно может оказаться над линией горизонта, а другое под ней), но могут непосредственно смыкаться друг с другом, Иногда возникает еще одно — третье изображение. В «Метеорологии» Аристотеля приведен характерный пример, как жители Сиракуз видели иногда в течение нескольких часов берег континентальной Италии, хотя до него 150 км. Теперь предположим, что воздух у самой поверхности земли или воды не нагрет, а, напротив, заметно охлажден по сравнению с более высокими воздушными слоями. Световые лучи в рассматриваемом случае изгибаются так, что их траектория обращена выпуклостью вверх. Поэтому теперь наблюдатель может видеть объекты, скрытые от него за горизонтом, причем он будет видеть их вверху, как бы висящими над линией горизонта. Не даром такие миражи называют верхними. Верхний мираж может давать как прямое, так и перевернутое изображение. Прямое изображение возникает, когда показатель преломления воздуха уменьшается с высотой относительно медленно. При быстром уменьшении показателя преломления образуется перевернутое изображение. В этом просто убедиться, если рассмотреть гипотетический случай — показатель преломления воздуха на некоторой высоте, уменьшается скачком. Для простоты кривизна земной поверхности не принимается во внимание. Лучи от объекта, прежде чем попасть к наблюдателю испытывают полное внутреннее отражение от границы ниже которой в данном случае находится бюлее плотный, а выше — менее плотный воздух. Верхний мираж дает перевернутое изображение объекта. В действиительности, разумеется, нет скачкообразной границы между слоями воздуха; переход совершается постепенно. Однако если он совершается достаточно резко, верхний мираж даст перевернутое изображение.

Двойные и тройные миражи. Допустим, что показатель преломления воздуха уменьшается с высотой сначала быстро, а затем медленно. В этом случае световые лучи в первой области будут искривляться сильнее, чем во второй. В результате возникают два изображения. Световые лучи, распространяющиеся в пределах воздушной области (те самые, которые сильно искривляются), формируют перевернутое изображение объекта. Лучи, распространяющиеся в основном в пределах области 2й, искривляются в меньшей степени и формируют прямое изображение.

Для следующего, самого загадочного вида миражей, называемых фата-морганами, убедительных признанных объяснений пока не найдено. Свое название они получили в честь героини бретонского эпоса Фаты Морганы, в переводе с итальянского «феи Морганы». Говорят, что она, сводная сестра короля Артура, отвергнутая возлюбленная Ланцелота, поселилась от огорчения на дне моря, в хрустальном дворце, и с тех пор обманывает мореплавателей призрачными видениями.

Вот пример документированной фата-морганы, то есть записанной очевидцами, не верить которым у нас нет оснований. 3 апреля 1900 года буры — защитники Блумфонтейна — увидели в небе боевые порядки британской армии, притом так четко, что можно было различить пуговицы на красных мундирах офицеров. Это было воспринято как дурное предзнаменование. Через два дня столица Оранжевой республики сдалась.К фата-морганам, без сомнения, можно отнести и многочисленных «летучих голландцев», которых до сих пор видят мореплаватели.

Если, например, следовать теории Фрайзера-Маха, то для возникновения фата-морган необходимо, чтобы зависимость температуры воздуха от высоты была нелинейной. Сначала температура возрастает с высотой, но с некоторого уровня скорость ее роста уменьшается. Подобный температурный профиль, только с более крутым «переломом», ученые называют воздушной линзой. Существование такого эффекта метеорологами обосновано, но утверждать, что именно он является причиной возникновения фатаморган, рано.

По другой же теории - постоянно меняющиеся миражи, называемые Фата-Моргана, своим возникновением обязаны движущимся один над другим воздушным слоям различной плотности.

В Сицилии, у города Реджо-ди-Калабрия, Фата-Моргана появляется обычнона рассвете при отсутствии ветра. Вот одна из картин, которую можно увидеть. Над морем появляются ряды столбов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Вдруг на глазах у наблюдателя они соединяются в арки, похожие на древние акведуки. Иногда на арках образуется карниз, появляются бесчисленные крепостные башни, которые тут же сменяются колоннадой, колоннада-стеной с окнами, стена-хвойным лесом, и, наконец, видение исчезает. Фата-Моргана особенно ярка и продолжительна в полярных странах.

Загадочное явление мираж мы можем объяснить с помощи физики. Все загадочные в небе замки, несуществуемые озера в пустыне объясняются можно рассматривать как искривление светового луча в оптически неоднородной среде. Полезно понаблюдать на опытах, как распространяется узкий световой пучок в оптически неоднородной среде.

Данный опыт позволяет заключить: если свет распространяется в среде, показатель преломления которой уменьшается в направлении снизу вверх, то независимо от начального направления луча он всегда будет искривляться так, чтобы его траектория была обращена выпуклостью вверх. Если бы показатель преломления уменьшался в направлении сверху вниз, то тогда выпуклая сторона изогнутого светового луча была бы обращена вниз. Обобщая, можно сформулировать следующее важное правило: в оптически неоднородной среде световой луч изгибается так, что его траектория всегда оказывается обращена выпуклостью в сторону уменьшения показателя преломления среды.

Радиус кривизны светового луча.

Насколько резко будет искривляться световой луч в среде с непрерывно изменяющимся показателем преломления? Это зависит от того, насколько быстро изменяется показатель преломления при переходе от одних точек среды к другим.

Характеризует быстроту изменения показателя преломления с расстоянием -градиент показателя преломления. В данном случае речь идет о градиенте показателя преломления в вертикальном направлении (в горизонтальном направлении показатель преломления не меняется, значит, в этом направлении его градиент равен нулю). Чем больше градиент показателя преломления, тем меньшё радиус кривизны пучка R и, следовательно, тем круче изгибается световой пучок.

В предельном случае, когда показатель преломления изменяется не плавно, а скачком, т. е. когда появляется четкая граница между двумя областями с разными значениями показателя преломления отвечает бесконечно большому градиенту показателя прелом, световой луч испытывает не изгиб, а излом, и на границе двух сред он резко изменяет свое направление, преломляясь и отражаясь или же только отражаясь.

Дата добавления: 2015-10-21