Почему вода темнее неба

Почему дождевые облака черного цвета?

Темный горизонт и угрожающие грозовые облака могут испугать кого угодно. Вместе с тем причина черноты этих облаков совсем не страшная.

Но для начала приведем несколько основных сведений об облаках. Мы находимся на дне воздушного океана, воздух давит на нас с силой около 1 кг на квадратный сантиметр нашего тела. Облака образуются из поднимающегося вверх влажного воздуха. Вверху этот ком влажного воздуха разворачивается. (Почему? Потому, что вверху воздуха меньше, а значит и его давление меньше.)

Когда этот воздух расширяется, он охлаждается. При достижении температуры, которую метеорологи называют точкой росы, влага быстро конденсируется из невидимого пара в миллиарды видимых капель, образующихся вокруг летающих в воздухе частичек пыли или сажи. Облако появляется в небе там, где его только что не было.

Дождь из грозового облака идет тогда, когда эти капли, соединяясь, становятся настолько тяжелыми, что не могут больше висеть — и падают на землю. Или когда кристаллики льда в холодных верхушках облака превращаются в снежинки, которые, падая, тают.

По мнению ученых, такие грозовые облака кажутся серыми по нескольким причинам. Во-первых, грозовые облака более плотные по сравнению с другими облаками (некоторые из них поднимаются на высоту до 10 км), поэтому такое облако пропускает очень мало солнечного света.

Во-вторых, капельки воды в грозовых облаках имеют большие размеры, чем в белых облаках или тумане. Таким образом, облако с более крупными каплями кажется темнее, чем облако с меньшими каплями.

И наконец, не все темные облака являются грозовыми. Некоторые облака с блестящими белыми краями кажутся темными просто потому, что они подсвечены сзади солнцем и свет с трудом пробивается сквозь плотные слои облака.

Кроме того, более старые облака могут казаться серыми или фиолетовыми. Почему? Когда облако «состаривается», большая часть капель из него испаряется в атмосферу. Остается меньше капель, но зато они более крупные, а значит, как мы уже знаем, не пропускают солнечный свет. Именно поэтому старые облака темнее молодых, искрящихся на солнце.

Некоторые облака видны только в сумерках. Это серебристые облака, они образуются на высоте примерно 85 км и отражают лучи солнца, которое уже давно село за горизонт.

Как и все в природе, облака постоянно меняются, причем быстро. Облака странствуют на ветрах, теряя влагу и снова получая ее, проплывая сквозь потоки влажного воздуха.

Срок жизни большого облака определяется солнцем и обычно не бывает долгим.

Облака остаются в небе благодаря потокам теплого воздуха, поднимающимся с поверхности земли. Когда солнце заходит, поверхность земли охлаждается, излучая в атмосферу тепло. Затем постепенно охлаждается и воздух. После этого облака начинают опускаться — ведь уже нет того теплого воздуха, который их поддерживал. В первую очередь это касается плотных кучевых облаков.

Когда облако опускается в слои теплого воздуха, ближе к земной поверхности, его капли начинают испаряться. Так, теряя капли, облако исчезает, не достигнув поверхности земли.

Источник

Почему небо голубое, а море синее?

Теории и практики

Цвет неба и моря постоянно меняется. Это объясняется физическими принципами, а также особенностями восприятия света человеком. Т&Р публикуют отрывок из книги Андрея Варламова, Аттилио Ригамонти и Жака Виллена «Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий».

Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Андрей Варламов, Аттилио Ригамонти, Жак Виллен

Альпина Паблишер, 2020

Цвет моря и сила ветра

Море и небо дарят нам разнообразные цвета, вдохновившие многих художников. Аркадий Рылов воспроизвел эти цвета на картине, выставленной в Третьяковской галерее в Москве. Белые хмурые облака плывут по небу всех оттенков синего. Поверхность моря более темная, подошвы волн — почти черные, а гребни местами образуют белые «барашки».

Количество «барашков» и высота волн зависят от скорости ветра. Эта информация имеет важное значение для моряков: для определения скорости ветра они пользуются эмпирической таблицей, которую разработал британский адмирал сэр Фрэнсис Бофорт (1774–1857). На картине Рылова наличие небольшого количества «барашков» свидетельствует о ветре 12–19 км / ч, то есть 7–10 морских узлов. Такой ветер считается слабым и соответствует силе в 3 балла по шкале Бофорта.

Яркость морской поверхности зависит от угла наблюдения. Действительно, луч света, падающий на поверхность моря, как частично преломляется, так и частично отражается. Интенсивность отраженного луча зависит, в частности, от показателя преломления воды и угла падения. Чем острее угол, тем сильнее отражение. Поэтому поверхность моря кажется более яркой у горизонта, чем вблизи наблюдателя.

А что насчет его цвета? Цвет поверхности практически непредсказуем , так как зависит от многих факторов, таких как глубина моря, положение солнца, цвет неба, наличие взвешенных частиц и водорослей и т. д. Все эти факторы влияют на отражение света от поверхности, его рассеяние и поглощение в воде. И все же море чаще всего синее.

Причина в том, что вода поглощает меньше света в диапазоне между 400 и 500 нм (синего), чем в остальной части видимого спектра. Да, вода поглощает мало синего! Стакан воды выглядит совершенно прозрачным. Но начиная с толщины в несколько метров вода начинает заметно поглощать свет.

Цвет неба в хорошую погоду

В то время как предсказать цвет моря непросто, цвет неба в хорошую погоду легко объясняется физическими принципами, выявленными английским физиком лордом Рэйли (Рэлеем) (1842–1919). В отсутствие облаков цвет неба определяется результатом взаимодействия солнечного излучения с компонентами атмосферы Земли , а именно с неоднородностями (флуктуациями) плотности молекул азота и кислорода.

Как эти молекулы ведут себя, попав в поле солнечного излучения? Рассмотрим монохроматический свет, обладающий заданной длиной волны λ. Он представляет собой колеблющиеся в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения света, с частотой υ магнитное и электрическое поля. Под действием колеблющегося электрического поля электроны в молекулах также колеблются с частотой υ. В результате и сама молекула становится маленьким излучателем, испуская свет той же частоты, что и падающая волна. Это похоже на то, как излучает электромагнитные радиоволны теле- или радиоантенна. В случае молекул и солнечного света длина его волны оказывается много большей размера молекул, и такое рассеяние называется «рассеянием Рэлея» . Расчеты показывают, что интенсивность рассеянного света оказывается пропорциональной четвертой степени частоты υ4 (или 1 / λ4). Это утверждение называется законом Рэлея — Джинса.

Как все это связано с цветом неба? Согласно закону Рэлея, рассеяние электромагнитных волн оказывается значительно интенсивнее для высоких частот по сравнению с низкими. Это означает, что молекулы атмосферы сильнее рассеивают синий цвет, чем красный, зеленый или желтый.

Наших глаз преимущественно достигают именно световые лучи синего цвета.

Вот почему небо синее! Следуя этому рассуждению, можно было бы предположить, что небо должно быть фиолетовым, так как фиолетовое излучение обладает более высокой частотой, чем синее. В действительности в спектре солнечного излучения доля фиолетового меньше, чем синего. Кроме того, и максимальная чувствительность человеческого глаза находится в области зеленого (555 нм). В результате фиолетовая часть спектра солнечного излучения оказывается подавленной в восприятии человеческого глаза, и небо видится синим.

Небо на закате и после

На закате небо над горизонтом принимает красивый розовый оттенок. Этот цвет также обусловлен рассеянием солнечного света в атмосфере. Поскольку свет распространяется во всех направлениях, то до нас доходит лишь его часть, а остальное возвращается в пространство. Часть солнечной энергии, возвращающаяся за пределы земной атмосферы, невелика, однако для некоторых явлений она может оказаться существенной. В видимом излучении разница между энергией, получаемой поверхностью земли и верхними слоями атмосферы, обусловлена прежде всего рассеянием.

Так, мы видим, что в дневное время энергия, получаемая на земле, меньше падающей на верхние слои атмосферы примерно на 25% в синем и на 10% — в красном диапазонах. На закате эти пропорции изменяются, поскольку свету приходится преодолевать гораздо большую толщу атмосферы. Таким образом, синий свет почти целиком рассеивается, и наблюдатель на земле видит в основном красный.

Как только солнце исчезает за горизонтом, постепенно наступает ночь. Цвет неба в ночное время — совсем иной вопрос.

В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках.
Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.

Источник

Почему вода темнее неба

Определить, почему в воде изображение темнее, чем в действительности, рассмотрев его с разных ракурсов.

3) Исследовать изображение с разных ракурсов от источника света.

4) Объяснить, полученные результаты.

Для опытов понадобится:

• Фотоаппарат
• Водная поверхность (вода)
• Интернет
• Предметы, явления (их изображения, отражения)

1) Подготовить необходимое обору дование для проведения опытов.

2) Провести серию опытов.

3) Зафиксировать полученные результаты опытов.

4) Доказать гипотезу на основе полученных результатов.

5) Выполнить оптические схемы.

6) Представить полученные результаты.

7) Сделать выводы.

Предмет и его отражение

• Часто людям кажется, что отражение в пруду кустов и деревьев отличается большей яркостью красок и насыщенностью тонов.
• Данное явление объясняется тем, что световые лучи отражаются от поверхности воды не полностью, часть из них отражается, а другая поглощается водой, или уходит внутрь.
• Рассмотрим это явление на конкретных примерах:

1. Зеркальное отражение.

• Возникает на хорошо отшлифованной поверхности стекла и поверхности спокойной воды, так как такие поверхности рассеивают очень мало света. Мы видим в них чёткие изображения окружающих нас освещенных предметов.

Источник

Не верь глазам своим, или почему вода в море кажется синей

Во многих литературных источниках указывают, что море обладает синим цветом. Визуально большой объем воды действительно имеет этот оттенок.

Если набрать небольшое количество, то цвет меняется. Поэтому становится ясно, что на самом деле он иной.

Почему вода в море кажется синей? Существует несколько объяснений, которые дают понять человеку, почему это происходит.

Действительно ли H2O синяя?

Когда человек смотрит на воду, ему кажется, что она темно-синяя. На самом деле, это не так. Она прозрачная, самостоятельно не имеет цвета, но может иметь зеленый, желтый, голубой оттенок, в зависимости от микроорганизмов, которые в ней находятся.

Бывают моря, обладающие иным цветом, даже визуально. Они могут быть:

На это влияют временные и постоянные факторы.

Причины такого оттенка

На восприятие любого цвета влияет прохождение солнечных лучей. Они имеют разную длину волны, спектр. Выделяют:

• красный,
• желтый,
• синий,
• зеленый цвет, видимый человеческим зрением.

Когда они смешиваются между собой, формируются другие оттенки, видимые глазами человека.

Другие волны проникают намного глубже, поэтому невидимы для человеческих органов зрения. Это первая причина, объясняющая феномен.

Выделяют факторы окружающей среды, влияющие на оттенок морской H2O. Они действуют постоянно. Поэтому не всегда можно понять, какой именно цвет видит человек. Оттенок может меняться даже ежедневно.

Физические

Погода, облачность над морем постоянно меняются. В этом случае оно проявляет себя в качестве зеркала, отражая окружающее состояние неба, природы.

Например, если пасмурно, находят тучи, вода кажется темно-синей или черной. Когда светло и ясно, она голубая.

Многие люди, отдыхающие на море, отмечают, что оно может изменяться от светло-лазурного до черного. При этом находят тучи, появляются ураганы.

Химические

Микроэлементный состав – определяющий фактор. В морях, озерах находится большое количество разных веществ. Если они накапливаются, меняется оттенок.

В Черном море содержится большое количество сероводорода. Поэтому его оттенок переходит от темно-синего в черный.

Часто в море выбрасывают отходы. Например, нефтепереработки. Тогда оно становится черным с перламутровым переливом. Желтый, зеленый оттенок свидетельствуют об обширных загрязнениях отходами.

Биологические

Живые организмы в виде водорослей, планктона постоянно размножаются в воде. При обильном скоплении они приводят к изменению оттенка с синего до зеленого.

При смене температурного режима живые организмы уменьшаются в количестве, погибают. Поэтому цвет воды меняется.

Наиболее благоприятный фактор для размножения микроорганизмов, растительных культур – увеличение температуры воды и воздуха. Поэтому к лету оттенок становится зеленоватым, но зимой он темно-синий.

Морские водоемы, отличающиеся по цвету

В мире существует множество морей. Считается, что все они синие. На самом деле, это не так. Каждое из них имеет свой оттенок, на это влияют многие факторы:

1. Средиземное – считается лазурным, так как в Италии часто наблюдается ясная погода, большое количество солнца, изредка облачность;
2. Желтое – имеет одноименный оттенок, потому что в нем содержится огромное количество взвеси, распространяющейся из ближайших рек, впадающих в это море;
3. Балтийское – серое, так как в его области наблюдаются частые дожди, другие осадки, тучи, ухудшающие цветовосприятие;
4. Северное – темно-серый, черный, море находится в области холодного климата, где часто наблюдаются тучи;
5. Южно-Китайское, Саргассовое – зеленое, в нем постоянно размножается планктон, водоросли;
6. Черное – на разных побережьях оно отличается по цвету, может быть лазурным, темно-синим, черным, так как в нем содержится огромное количество сероводорода, придающего разный оттенок в зависимости от накопления и рассеивания световых лучей.

Видео по теме статьи

Почему море синее, если вода в стакане прозрачная — ответ на вопрос в видео:

Заключение

На оттенок морских вод влияет множество факторов. Когда человек посещает курорт, он может наблюдать голубой, ярко-синий цвет. Все связано с хорошими погодными условиями. Однако, если приехать в это же место в другое время, когда проходит сезон дождей, цвет меняется до черного.

Немаловажное значение имеет микроэлементный, биологический состав. Концентрирующиеся в воде вещества вызывают разное преломление световых лучей. Поэтому для человека оттенок воды иной. Хотя, на самом деле, он остается прежним, изменяется только содержание веществ.

Источник