Почему небо голубое, а закат красный?

Почему небо голубое с точки зрения физики?

Ответить на этот вопрос пытались многие исследователи. Однако только в конце 19 века Д. Рэлей смог дать этому явлению самое лучшее объяснение. Солнце изучает лучи чистого прозрачного света. Следовательно — небо мы также должны видеть белым. Но по пути к земле солнечные лучи меняют свой оттенок. Это возможно благодаря тому, что белый цвет включает в себя спектр из 7 оттенков. Именно благодаря их соединению и получается белый цвет.

Почему же белый цвет распадается на оттенки, но видим мы при этом только голубой? Сначала ученые объясняли это особым составом воздуха, который состоит из большого количества химических компонентов. В земной атмосфере также есть пары воды, кристаллы льда, частички пыли и т.п. В самом верхнем слое формируется озон.

По мнению физиков, которые первыми занимались этим вопросов, молекулы озона и воды поглощают красные лучи, а голубые лучи — пропускают. Однако, сделав точные расчеты, ученые исключили такой вариант объяснения, поскольку в атмосфере просто не так много озона и воды, чтобы сделать небо голубым.

Спустя 70 лет ученый Д. Таиндалл сделал предположение, что свет рассеивается благодаря пыли и прочим частичкам, присутствующим в воздухе. Голубой свет рассеивается меньше всего, поэтому и создается явление голубого небосвода. Ученый утверждал, что если бы воздух был абсолютно чистым, то, небо казалось бы нам тоже белым.

Вскоре и Д. Рэлей пересмотрел свое отношение к тому, почему небо голубое. Он выдвинул предположение о том, что небо окрашивается в голубой свет не частичками дыма, смога или пыли, а непосредственно воздухом. Часть лучей доходит до Земли, не изменяя свой цвет. Но большая часть все же вступает в контакт с молекулами газа и поглощается ними.

При таком взаимодействии молекулы наполняются энергией, возбуждаются и снова излучают энергии в виде фотонов. Полученные таким образом фотоны могут иметь любой цвет. Они рассеиваются в любом направлении. Цвет лучей будет при этом зависеть от преобладания квантов того или иного оттенка. Во время столкновения фотонов и газовых молекул на один вторичный квант красного цвета приходится 8 квантов голубого. Отсюда ученый сделал вывод: мы видим небо голубым за счет преломления цвета из-за газовых молекул.

Как объяснить ребенку почему небо голубое

«Мама, а почему небо голубое, а не красное или желтое?» Многих родителей эта фраза ставит в тупик. Выходит, что мы, взрослые, знакомящие своего малыша с окружающим миром, сами не знаем ответа на столь «сложный вопрос» и просто, не зная что ответить своему малышу, переводим тему, или, чтобы сочинить доступное для ребенка объяснение, нам приходится поломать голову. Поэтому давайте разберемся с вами сами почему небо голубое и как в простой форме объяснить это маленькому ребенку.

Свет, состоящий из семи спектральных цветов, проходит через атмосферу. Солнечные фотоны сталкиваются с молекулами газа, которые содержатся в воздухе, что приводит к их рассеиванию. И самое интересное то, что после этого количество частиц, излучающих короткую волну синего цвета, становится в восемь раз больше, чем других. Получается, что на наших глазах солнечный свет на пути к Земле превращается из белого в голубой.

Как же объяснить все это ребенку? Рассказывать про фотоны солнечных лучей, сталкивающиеся с молекулами газа, пока еще рано. Предлагаем несколько версий ответа на этот непростой вопрос.

Отчего небо голубое?

• Солнечный свет состоит из 7 цветов, соединенных вместе: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. (Рассматриваете картинки со спектром, вспоминаете радугу.) Каждый лучик проходит через толстый слой воздуха высоко над нами, как бы через решето. Все цвета в этот момент разбрызгиваются и именно голубой становится виден больше всех, потому что он самый стойкий.
• Воздух выглядит прозрачным, но на самом деле имеет голубоватый оттенок. До солнышка очень далеко. Когда мы смотрим на небо вверх, мы видим очень толстый слой воздуха, настолько толстый, что мы видим, что он голубой. Можно взять прозрачный целлофан, сложить его много раз и рассмотреть, как он изменил цвет и прозрачность. А потом провести аналогию.
• Окружающий нас воздух состоит из крошечных и постоянно движущихся частичек (газов, пылинок и соринок, паров воды). Таких маленьких, что увидеть их можно только с помощью специальных приспособлений – микроскопов. А солнечный свет соединяет в себе 7 цветов. Луч, проходящий через воздух, сталкивается с крохотными частицами и составляющие его оттенки разъединяются. А так как сине-голубой преобладает в цветовой гамме, его мы и видим. Тут надо показать ребенку спектр.
• А можно совсем просто – солнце раскрашивает воздух голубым цветом.

Если ребенок совсем маленький и про спектры рассказывать еще рано , то можно просто что нибудь придумать (варианты с форумов)

koшeчка Ну, например вот так: живет на свете такой волшебник, у которого есть кисть с красивыми голубыми красками, он просыпается, и чтобы деткам было светло и радостно, он достает голубую краску и рисует ею небо, краска тоже волшебная-не проливается и сразу засыхает , но когда он расстроен, то небо не голубое, а темно-синее и краска не сохнет, а идет дождик, а у волшебника есть сестра-фея, и вот когда она видит, что детки устали, то зарисовывает небо в темный цвет и бросает звездочки, чтоб не сильно темно было-и тогда деткам снятся красочные сны

Владимир Гор На земле много морей и океанов (покажите на карте) и в солнечную погоду вода отражается на небе и небо становится таким же голубым, как вода в океанах и морях, также как это происходит в зеркале,(покажите в зеркале, что либо голубого цвета). Ребенку этого будет достаточно, чтобы удовлетворить его любопытство.

Chena Летела фея, в корзинке у неё были краски, пузырек с голубой краской упал и краска разлилась, поэтому небо голубое. А вообще, всё зависит от возраста малыша…

Очень важно вовлекать вашего малыша в дискуссию. Иногда предлагайте своему почемучке сначала самому подумать над ответом на вопрос. Попробуйте намекнуть, подтолкнуть его к выводам

А потом обсудить и обобщить информацию

Попробуйте намекнуть, подтолкнуть его к выводам. А потом обсудить и обобщить информацию

Крохе необходимо ваше внимание, признание его интересов и уважение к первым попыткам познать мир. Таким образом вы поможете сформироваться открытой и любознательной личности вашего ребенка. Читаем также: как объяснить ребенку откуда берутся дети

Читаем также: как объяснить ребенку откуда берутся дети

Рекомендуем детскую энциклопедию: Отчего и Почему. Энциклопедия для любознательных — www.ozon.ru

Облака, голубая Луна и голубая дымка

Облака и пылевая дымка кажутся белыми, потому что они состоят из частиц, больших длин волн света. Такие частицы будут одинаково рассеивать все длины волн (рассеяния Ми).

Но иногда в воздухе могут быть частицы гораздо меньших размеров. Некоторые горные районы славятся своей голубой дымкой. Аэрозоли терпенов из растительности вступают в реакцию с озоном в атмосфере, образуя мелкие частицы диаметром около 200 нм, которые отлично рассеивают синий свет.

Голубая дымка над заливом Котор в Черногории. Фото: Rocher/Flickr.com

Лесной пожар или извержение вулкана могут иногда заполнять атмосферу мелкими частицами диаметром 500–800 нм, что является подходящим размером для рассеивания красного света. Это дает противоположность обычному эффекту Тиндаля и может привести к тому, что Луна приобретет синий оттенок, так как красный свет от Луны рассеян этими частицами. Настоящая голубая Луна — очень редкое явление!

Почему небо Голубое?

Астроном Владимир кузнецов о синем спектре волны и рассеивании солнечного света, попадающего на землю.

Ответ на вопрос «почему небо голубое? » Довольно прост. Когда свет от солнца падает на землю, он проходит по межпланетному пространству, представляющему собой вакуум, входит в атмосферу и взаимодействует с неоднородностями воздуха, в состав которого входят атомы разных элементов: кислорода, азота, углерода. На этих неоднородностях происходит рассеяние света, впервые рассмотренное Релеем. Этот процесс можно сравнить с полетом струи воды и попаданием ее на какую-либо решетку. Только природа взаимодействия здесь, конечно, другая.

Рассеяние света зависит от длины волны света. От солнца идет широкий диапазон длин волн света, и он охватывает разные цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый. Эти цвета располагаются по порядку уменьшения длины волны: красный имеет наибольшую длину волны, желтый — меньшую, и фиолетовый имеет наименьшую длину. Оптический диапазон человеческого глаза может достигнуть лишь синего спектра волны света. Свет с короткой длиной волны рассеивается наиболее эффективно. А самая короткая длина волны для глаза — это синяя, поэтому синий свет заполняет все небо и мы видим его голубым. Другие цвета видимого спектра также рассеиваются, но гораздо меньше. Таким образом, если бы человек мог видеть более короткие длины волн, чем та, которую имеет синий цвет, или, наоборот, не видел бы даже синей длины волны, то цвет неба для глаза был бы другой. Скажем, если бы мы видели только до зеленого цвета, а дальше наш глаз не видел, небо было бы зеленым. Смешение синего и фиолетового цветов находится на границе видимости глаза в коротковолновой части светового спектра и дает голубой оттенок. Каждый цвет имеет не одну длину волны, а диапазон длин волн, так что один цвет постепенно переходит в другой с изменением длины волны. Так, например, с уменьшением длины волны красный цвет постепенно переход в оранжевый, оранжевый в желтый, синий в фиолетовый.

Ночью небо темное, потому что земля затмевает солнце, и на ночной стороне земного шара мы видим только звезды. В этот момент в атмосфере ничего не рассеивается. По мере захода солнца атмосфера земли на ночной стороне получает все меньше рассеянного света. Скажем, в полночь мы находимся строго на линии центр земли — солнце, и земля для нас полностью затмевает солнце. Ни слева (с Востока), ни справа (с Запада) свет к нам в ночную атмосферу не попадает.

Свет цвета радуги имеет. В случае если мы берем призму и пропускаем через нее солнечный свет, то, поскольку коэффициент преломления света разный для разных длин волн, свет с разными длинами волн преломляется по-разному. Затем он попадает на разные участки экрана, расщепляется на цвета радуги, и мы видим весь спектр. Мы не видим того, что находится за пределами оптического диапазона нашего зрения, а видим только цвета — от красного до синего. В случае если бы наш глаз мог видеть больший диапазон, то на небе были бы и другие цвета.

Кто раскрашивает небо?

Как же ответить ребёнку, который увлечённо глядит на родителя и ожидает понятного и вполне чёткого ответа. Уход родителя от вопроса может обидеть малыша или разуверить его во «всемогуществе» мамы или папы. Каковы могут быть варианты объяснений?

Ответ № 1. Как в зеркале

Ребёнку в 2-3 годика крайне непросто рассказать про спектры, длину волн и прочие физические премудрости. Но отмахиваться не нужно, лучше дать максимальное простое объяснение, удовлетворив естественное любопытство, присущее крохотному ребенку.

На нашей Земле множество водоёмов: есть и реки, и озёра, и моря (показываем ребёнку карту). Когда на улице солнечно, водичка отражается, как в зеркальце, на небесах. Вот почему небо такое же голубое, как и водичка в озере. Можно показать ребенку в зеркале какой-либо голубой предмет.

Для детей раннего возраста подобное объяснение можно считать достаточным.

Ответ № 2. Брызги в решете

Ребенку постарше можно дать более реалистичное объяснение. Расскажите ему, что солнечный луч включает семь оттенков: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. В этот момент покажите рисунок радуги.

Все лучи проникают к Земле сквозь плотный воздушный слой, как будто через волшебное решето. Каждый лучик начинает разбрызгиваться на составляющие части, но голубой цвет сохраняется, поскольку является наиболее стойким.

Ответ № 3. Небо – это целлофан

Воздух вблизи нас кажется прозрачным, словно тонкий целлофановый пакет, однако его настоящий цвет – голубой. Особенно это заметно, если посмотреть на небеса. Предложите ребенку задрать голову и объясните, что поскольку воздушный слой очень плотный, то и принимает голубоватый оттенок.

Для большего эффекта возьмите целлофановый пакет и сложите его несколько раз, предложив ребёнку посмотреть, как он поменял окраску и степень прозрачности.

Ответ № 4. Воздух – это маленькие частички

Для детей дошкольного возраста подойдёт следующее объяснение: воздушные массы – это «смесь» разнообразных подвижных частиц (газ, пыль, сор, водяные пары). Они настолько малы, что разглядеть их могут люди со специальным оборудованием – микроскопами.

Солнечные же лучики включают в себя семь оттенков. Проходя через воздушные массы, луч сталкивается с маленькими частичками, в результате чего все цвета распадаются. Поскольку голубой оттенок – самый стойкий, его-то мы и различаем в небе.

Ответ № 5. Короткие лучики

Солнце нас греет своими лучиками, причём нам они кажутся жёлтыми, как в детских рисунках. Однако каждый луч на самом деле напоминает яркую радугу. А вот окружающий нас воздух включает множество незаметных глазу частиц.

Когда небесное светило отправляет на Землю лучи, не все из них попадают к месту назначения. Часть лучей (которая синяя) очень короткая и не успевает попасть на Землю, поэтому растворяется в воздухе и становится светлее. Небеса – тот же воздух, только находящийся очень высоко.

Вот почему когда ребёнок поднимает голову, то видит наверху растворённые в воздухе солнечные лучики. Именно поэтому небо и становится голубым.

Рассеяние света

В конце девятнадцатого века британский физик лорд Рэлей (1842-1919) объяснил феномен, который сейчас называется рэлеевским рассеянием.

Рэлею удалось показать, что когда луч света, проходит через воздух, небольшое количество света рассеивается во всех направлениях, из-за взаимодействия с отдельными молекулами в атмосфере. Это показано на диаграмме ниже.

Кроме того, он смог показать, что доля энергии в рассеянном пучке света зависит от двух вещей:

• Во-первых, от количества молекул воздуха, с которыми сталкивается пучок света. Чем больше молекул воздуха или большее количество атмосферы встречается с лучом света, тем больше рассеивание.
• Во-вторых, чем короче длина волны света, тем больше рассеивание. Поэтому, если мы возьмем луч света, такой как у Солнца, который содержит несколько цветов, тогда более короткие волны (фиолетовый и синий свет) рассеиваются больше, чем более длинные волны, такие как оранжевый и красный. Это показано на графике ниже.

Голубое небо, которое мы видим, — это синий свет от Солнца, который излучается молекулами воздуха во всех направлениях посредством рассеяния Рэлея. Еще одна вещь, которую показывает диаграмма, это то, что фиолетовый свет имеет более короткую длину волны, чем синий, и он рассеивается еще больше. Тем не менее небо на Земле не фиолетовое. Это потому, что сила солнечного света не одинакова на всех длинах волн, он содержит относительно мало фиолетового по сравнению с синим.

Еще одним эффектом рассеяния является то, что цвет Солнца для наблюдателя на Земле кажется скорее желто-оранжевым, чем белым. Хотя баланс цветов таков, что солнечный свет становится белым, когда покидает поверхность Солнца, но когда он сталкивается с атмосферой, атмосфера рассеивает свет коротких волн (фиолетового, синего и зеленого) больше, чем длинных волн (желтый, оранжевый и красный), и в результате сочетание цветов выглядит скорее желтым, чем белым. Интересно, что когда космонавты смотрят на Солнце из космоса, оно кажется им белым.

Во время восхода и заката, когда Солнце находится под небольшим углом в небе, чуть выше горизонта, солнечные лучи должны пройти через сотни километров атмосферы, прежде чем вы их увидите. Поскольку солнечные лучи проходят через гораздо больше количество молекул в атмосфере, степень рассеяния также намного больше.

Как показано в таблице ниже, практически все более короткие и средние длины волн света (синий, зеленый и желтый цвета) удаляются из солнечных лучей, оставляя только более длинные волны (оранжевый и красный). Это объясняет, почему Солнце кажется красным на восходе и закате.

Как можно ответить маленькому ребенку?

Конечно, вышеприведенные объяснения не очень подходят для детей. Если в разговоре со школьником еще можно рассказать о понятии солнечного спектра и создать пусть упрощенную, но все-таки физическую модель, то для детей помладше нужен более простой ответ.

Проще всего в данном случае сказать, что в небе как бы отражаются синие озера и реки — точно так же, как небо отражается в них. Это объяснение вполне устроит ребенка на несколько лет — пока он не дорастет до более серьезного разговора.

Всем давно уже известно, какими любознательными являются дети. Они порой задают такие вопросы, которые вгоняют взрослых в краску. Вроде все элементарно и просто, однако, дать в ту же минуту ответ сложно многим родителям. Чтобы не попадать в такие сложные и неловкие ситуации при разговоре с ребенком, необходимо подготовиться к ним основательно.

Поэтому мы разберем те вопросы, которые наиболее часто приходится слышать из уст детей и которые заинтересовывают взрослых.

Фраза с вопросом относительно оттенка поднебесья многих родителей ставит в довольно неловкое положение. Детям интересно то, почему поднебесье именно светло-синее, не желтое, не красное, ведь космос черный? Но если мы, взрослые, затрудняемся ответить, то это значит, что мы сами толком не знаем ответа на этот вопрос, и нам никогда не приходило в голову задаваться им. И многие, не зная правильного ответа, переводят тему.

Свет, который состоит из 7 оттенков спектра, проходит, как правило, через атмосферу. Происходит столкновение солнечных фотонов с множеством молекул газа, содержавшихся в воздухе. Это приводит к такому явлению, как рассеивание. Самым интересным является момент, касающийся количества частиц, которые занимаются излучением короткой волны синего оттенка. Их становится больше в 8 раз. Выходит, что на пути к Земле оттенок солнечных лучей сменяется с белого на светло-синий. Как же объяснить все это ребенку? Но ребенок еще очень мал, что говорить с ним о фотонах солнечных лучей, которые сталкиваются с молекулами газа.

Короткий ответ в беседе для детей

Воздух, который нас окружает, имеет в своем составе крошечные и постоянно движущиеся частички — газы, пылинки, соринки, пары воды. Они так малы, что рассмотреть можно только под микроскопом, а солнечный свет — это гармония семи оттенков. Лучу, который проходит сквозь воздух, приходится сталкиваться с мелкими частичками. И это приводит к тому, что оттенки в нем разъединяются. А так как в цветовом спектре больше светло-синего цвета, то его мы только и видим. А можно просто ответить коротко, что солнечные лучи окрашивают воздух в светло-синий оттенок.

Шутливый (оригинальный) ответ

Все думают, что воздух прозрачен, но он светло-синего оттенка. До солнышка нам очень и очень далеко. Смотря на верх, нам удается рассмотреть лишь толстый воздушный слой. Он так чист, что кажется светло-синим. Также возможно и шутливо ответить, что оно светло-синее, потому что в игре, кто быстрее, всегда побеждает светло-синий оттенок.

Пыль или молекулы?

Все это прекрасно, но наше небо заполнено воздухом, а не жидкостью, и в небе не плавают кусочки мыла или молока… Что за частицы рассеивают свет в воздухе? Тиндаль и Рэлей полагали, что голубой цвет неба должен быть из-за мелких частиц пыли и капель водяного пара, которые взвешены в атмосфере в точности как частички молока взвешены в воде.

Это ошибочное мнение, хотя и сегодня некоторые люди говорят, что цвет неба определяется паром и пылью. Если бы это было так, то цвет неба менялся бы гораздо сильнее в зависимости от влажности или тумана, чем он меняется на самом деле. Поэтому ученые предположили (правильно!), что для объяснения рассеяния достаточно молекул кислорода и азота. Это сам воздух, вернее, его молекулы рассеивают свет!

Голубое небо и облака на нем. Воздух рассеивает свет в соответствии с рэлеевским рассеянием, а более крупные частички облаков в соответствии с рассеянием Ми. Фото: Andrei Azanfirei/Flickr.com

Вопрос окончательно решил Альберт Эйнштейн в 1911 году, который рассчитал детальную формулу для рассеяния света в зависимости от молекул и дальнейшие эксперименты блестяще подтвердили его вычисления. Говорят, Эйнштейн даже смог использовать свои расчеты в качестве дополнительной проверки числа Авогадро!

Почему небо Голубое, а трава зеленая. Почему трава зелёная, а небо голубое? Непростые ответы на детские вопросы

Известно, что самыми сложными нередко оказываются очень простые, практически детские, вопросы. На самом деле, взрослые льстят себе, считая, что подобные вопросы задают маленькие дети, потому что они мало знают. Просто дети не находятся в плену стереотипов, к тому же они любознательны, чего, увы, часто не скажешь о взрослых. Но спросите у взрослого, почему трава зелёная, а небо голубое, и, с высокой долей вероятности, точного ответа вы не получите.

Сначала о траве

Здесь всё относительно просто. Известно, что растения на Земле поглощают солнечную энергию, расщепляя её, «строя», таким образом, свои ткани. Другими словами, солнечный свет — это топливо, которое позволяет растениям жить.

Но если есть топливо, должна быть и печка, в которой оно сжигается. Такой печкой является особое вещество — хлорофилл. Именно в его клетках происходит усваивание солнечной энергии.

Крохотные, невидимые зёрнышки хлорофилла покрывают собой каждый лист, каждую зелёную иголочку. Их молекулы — настоящие фабрики, работу которых можно упрощённо описать следующими операциями:

1. Поглощение солнечного света.
2. Разложение его на составляющие.
3. Использование полученной энергии для расщепления углекислого газа.
4. Выработка сахаров, крахмалов и белков.
5. Отражение зелёного спектра солнечного цвета.

Таким образом, хлорофилловые зёрна, получив солнечные лучи и использовав их для своих целей, отражают обратно только ту часть спектра, которая воспринимается нашим глазом как зелёный цвет. И мы говорим: трава зелёная!

История голубого неба

С окрашиванием неба в голубой цвет всё немного сложнее. Вернее, ещё в середине XIX века учёным казалось, что здесь тоже нет загадок. Ведь уже тогда было известно, что наша атмосфера состоит из нескольких газов, преимущественно углекислого, азота и кислорода.

Знали физики уже и то, что солнечный свет, хотя и кажется белым, имеет в своём составе 7 цветов, известных всем и поныне, как цвета радуги. Белый цвет можно без проблем разложить на эти цвета, или, говоря языком науки, получить полный спектр.

Поэтому сразу выдвинули теорию, которая гласила: молекулы газов, составляющих атмосферу Земли, способны раскладывать белый солнечный свет на спектр и задерживать в себе большую его часть, пропуская к наблюдателю на поверхности планеты только сине-голубые лучи. Таким образом, человек на Земле видел бы небо голубоватым.

Все остались были довольны эти объяснением, пока английский учёный Д. Рэлей в самый последний год XIX века не провёл ряд опытов, в которых уверенно доказал: молекул воздуха и частиц пыли для подобного разложения недостаточно! Научный мир изумился…

Но, к счастью, тот же Рэлей вскоре нашёл и новое объяснение. Оказывается, фотоны света, встречаясь с молекулами воздуха, активируют их, и уже активированные молекулы, в свою очередь, испускают новые фотоны, но уже не белые, а синие и голубые. Вот почему мы видим наше небо голубоватым. И, кстати, даже если смотреть на планету из Космоса, она тоже выглядит голубым шариком: ведь «голубые» фотоны вылетают из атмосферы и вверх, и вниз.

Вот такой, совсем непростой ответ мы получили на обычный детский вопрос. Кстати, если отвечать на него маленьким детям, достаточно будет сказать, что голубым солнечный свет становится из-за того, что он фильтруется атмосферой Земли, как грязная вода очищается, проходя сквозь плотную бумажную салфетку.

А нам, взрослым, услышав от ребёнка, почему трава зелёная, а небо голубое, не стоит сразу смотреть на малыша «сверху вниз». Для начала подумаем: а знаем ли мы сами правильные ответы на такие незамысловатые вопросы? И, кстати, можем приготовиться к следующему возможному вопросу: «А почему же тогда небо на закате оранжевое?».