Zastosowanie fal elektromagnetycznych w przyrodzie

1. Wymień (co najmniej cztery) zjawiska fizyczne przedstawione na tym zdjęciu oraz krótko je opisz- każde dwoma zdaniami.
Zdjęcie w załączniku

Zjawiska na rysunku to:
1). Załamanie (refrakcja) światła
a) na atmosferze ziemskiej (dlatego słońce jest czerwieńsze)
b) na granicy woda powietrze
2.) odbicie światła od powierzchni wody
3.) rozproszenie światła
4.) falowanie morza spowodowane poziomym ruchem mas powietrza (powodowanym różnymi wartościami ciśnień)
5) rozchodzenie się fal w wodzie

Zjawisko załamania polega na zmianie kierunku rozchodzenia się światła przy przejściu z jednego ośrodka przezroczystego do drugiego.
Światło słoneczne przechodzi dłuższą drogę przez atmosferę niż wtedy, gdy znajduje się w zenicie, i dlatego rozprasza się więcej światła niebieskiego i żółtego. Promienie czerwone, które ulegają najmniejszemu rozproszeniu, widzimy jako najbardziej intensywne i Słońce ma barwę czerwoną.

Ponieważ woda w niejednakowym stopniu przepuszcza promienie różnych barw będące składowymi światła białego, światło barwy czerwonej i żółtej zostanie dość silnie pochłonięte nawet przez cienkie warstwy wody, ale już niebieskie i fioletowe znacznie słabiej. Tak więc światło przenikające coraz głębiej nabiera wyraźnego zielonkawoniebieskiego koloru. W rzeczywistości to zjawisko komplikuje się, gdyż światło jest pochłaniane nie tylko przez cząsteczki wody, ale również przez substancje w niej rozpuszczone lub zawieszone. A w wodzie morskiej można znaleźć prawie wszystkie pierwiastki występujące na Ziemi.

Refleks słońca (ścieżka słońca) na wodzie jest zjawiskiem odbicia słońca od powierzchni wody, w szczególności od powierzchni morza lub oceanu. W przypadku płaskiej powierzchni odbicie byłoby lustrzane, na oceanie byłoby widać obraz Słońca. Natomiast w przypadku pomarszczonej powierzchni wody, takim jaka jest powierzchnia na zdjęciu, pokazuje rozmyte odbicie spowodowane falami na wodzie. Rozmycie obszaru refleksu słońca jest powodowane głównie przez fale kapilarne na powierzchni wody, które przy swej niewielkiej długości mają duże nachylenia powierzchni.

Rozpraszanie Rayleigha (od nazwiska Lorda Rayleigha) to rozpraszanie światła na cząsteczkach o rozmiarach mniejszych od długości fali rozpraszanego światła. Występuje przy rozchodzeniu się światła w przejrzystych ciałach stałych i cieczach, ale najbardziej efektownie objawia się w gazach.
Słońce zachodzące jest położone nisko nad horyzontem i jego światło przechodzi przez grubą warstwę atmosfery (czyli ma wiele szans na rozproszenie).

Fala wiatrowa powstaje pod wpływem działania wiatru na powierzchni morza, rozmiary zależą od prędkości wiatru generującego, czasu wiania, długości rozbiegu wiatru nad wodą, głębokości morza, natomiast fale baryczne są wywołane przez zmiany ciśnienia atmosfery na powierzchni morza. Fale pływowe powstają pod wpływem działania sił przyciągających Słońca i Księżyca.

Dyspersja fal to zależność prędkości fazowej fal od ich częstotliwości.
Falami ulegającymi dyspersji są też fale na wodzie. Fale te mają większą prędkość, gdy poruszają się na wodzie o większej głębokości a mniejszą na mniejszej głębokości.
W wyniku czego zachodzą zjawiska:
- czoło fali przy brzegu jest prawie równoległe do brzegu, a kierunek ruchu fali jest do brzegu prostopadły,
- gdy fala przechodzi na płytką wodę to:
• odległość między kolejnymi grzbietami fali (długość fali) zmniejsza się,
• fala zmienia kierunek ruchu,
• rośnie wysokość fali czyli amplituda fali.
Gdy fala znajdzie się na jeszcze płytszej wodzie, to wysokość fali jest porównywalna z głębokością wody, na fali tworzą się "bałwany". Z fizycznego punktu widzenia oznacza to, że przestaje obowiązywać zasada superpozycji fal i fala przestaje być falą harmoniczną.

2. Przedmiot o wysokości 1 cm znajduje się w odległości 2 cm od ogniskowej. Przedstaw na rysunku w jaki sposób powstaje obraz w zwierciadle wklęsłym. Jaki typ obrazu otrzymasz.

Patrz załącznik

3. Oraz soczewce dwustronnie wypukłej. Opisz jaki typ obrazu powstaje.

Patrz załącznik

4. Popatrz w zwierciadło płaskie- widzisz swój przyglądający się obraz. Czym są obrazy, które widzimy w zwierciadłach płaskich, jakie mają właściwości?

Patrz załącznik

5. Fale elektromagnetyczne docierają do nas z najdalszych zakątków Wszechświata. Czy mówią nam one o tym, jak wygląda Wszechświat obecnie, czy o tym, jak wyglądał w określonej chwili w przeszłości. Przedstaw w trzech zdaniach swoje spostrzeżenia na ten temat.

Fale docierające do nas z odległości względnie bliskiej (np. te pochodzące z gwiazd naszej Galaktyki) zawierają informacje o niedawnym stanie Wszechświata, zaś te pochodzące z najdalszych jego zakątków mówią nam o jego wyglądzie sprzed miliardów lat (np. kwazary). Jednak, ze względu na skończoną prędkość fali elektromagnetycznej, nigdy nie są to informacje o obecnym stanie dowolnej cząstki do niego należącej. Nawet informacja o tym, która jest godzina, dociera do nas ze skończoną prędkością. Nigdy nie są to te same fale, które zostały wyemitowane ze źródła. Oprócz zagięcia czasoprzestrzeni przez pole grawitacyjne ciężkich obiektów, mamy do czynienia także z przesunięciem fazowym fali ku czerwieni spowodowanym rozszerzaniem się Wszechświata. Odpowiedź na zadane pytanie jest więc następująca:

Fale elektromagnetyczne docierające do nas, nie zawierają informacji o obecnym stanie Wszechświata, ale o tym, jak wyglądał on dawniej. Odstęp czasu zależy od odległości dzielącej źródło i obserwatora.