SCOPUL LUCRARII:-ilustrarea fizicii prin arta-evidentierea unui filon artistic reprezentat prin picturi contemporane si clasice inspirate din fenomene optice in natura-creearea unor exercitii interactive noi-crearea unei animatii ce explica formarea aurorei boreale-raspunsuri la semne de intrebare:De ce este cerul albastru ? De ce este amurgul rosiatic ?

Pictura de Frank Wilbert Stokes (pictor american 1858-1955) – reprezentând un fenomen fizic: Aurora Boreala

Proiect realizat de: Pãdure AndreeaCaracoti DianaProfesori indrumatori Laurentiu Rosu, si Gabriela Stoian

CuprinsReflexia luminii

Dispersia luminii

De ce este cerul albastru?

De ce sunt apusurile rosiatice?

Efectul Tyndall si împrastierea Rayleigh Exercitii interactive

Refractia, mirajulAurora boreala

Pictura de Frederic Edwin Church (1826-1900, pictor american) reprezentând un fenomen optic: amurgul roşiatic

Lumina * Oamenii au fost dintotdeauna fascinati de lumina. De-a lungul secolelor, fizica a studiat continuu proprietatile luminii, descoperirile au fost surprinzatoare, relevând magia luminii, si totodata deschizând calea unor realizari stiintifice si tehnice nebanuite: inventarea lentilelor, telescoapelor, microscoapelor, ochelarilor ce corecteaza vederea, fibrelor optice prin care se transmite semnalul internet, sau chiar aparatul de raze X folosit in medicina, cu radiatii asemanatoare luminii, chiar daca ochii nostri nu le percep!

Fotografie artistica, ilustrând un HALOU solar

Pictura de Kevin Smith (pictor american contemporan) reprezentând dispersia luminii in valurile marii

Reflexia luminii reprezinta fenomenul de intoarcere a luminii in mediul din care a venit atunci cand se intalneste suprafata de separare dintre doua medii.

Reflexia

Pictura de Camille Corot (pictor francez ) REFLEXIA_Plein_air_landscape_trees_reflection

Fotografie artistica, ilustrând REFLEXIA

RefractiaRefractia este schimbarea directiei de propagare a unei unde din cauza schimbarii vitezei de propagare, cel mai adesea la interfata dintre doua medii sau la gradientul local al proprietatilor mediului în care se propaga. Cel mai usor de observat exemplu este în cazul luminii, atunci când aceasta trece dintr-un mediu transparent (aer, apa, sticla etc.) in altul. Totusi fenomenul se petrece cu toate undele, inclusiv cu cele sonore.

Pictura de Betsy Gray Bell (pictorita americana contemporana) -

Efectele refractieiCel mai adesea in viata de zi cu

zi se poate observa refractia atunci cand privim intr-un vas cu apa (precum vâsla din pictura:

Obiectele par a fi mai aproape de suprafata decat sunt, iar pozitia lor pare a se schimba odata cu unghiul din care sunt privite. Pentru a determina pozitia unui obiect creierul uman analizeaza o pereche de raze de lumina venite de la acel obiect, încercand sa afle unde se intersecteaza (ca in imagine:

Pictura de Jelaine Faunce (pictorita americana contemporana)

Seara, soarele se vede inca pe cer chiar si dupa ora la care apune soarele- datorita refractiei, vedem pe cer o imagine refractata a soarelui.

Refractia in straturile calde de aer din preajma nisipului, desertului sau şoselelor incinse vara produce mirajul

câmpului vizual

Exemplificare a aparitiei “razei verzi” de la amurg (relativ rara) in pictura de Joseph Wright of Derby, pictor englez. In plus, in pictura se remarca si DISPERSIA luminii in stropii de apa din atmosfera (ce conduce la formarea curcubeului)

Aplicatii in medicina sau tehnica :

Lentila divergenta Lentila convergenta

Formarea imaginilor in lentile se explica cu ajutorul refractiei. In practica, materialul lentilei trebuie sa aiba un indice de refractie mare (sticla optica).

FOCAR

In cazul miopiei, imaginea se formeaza inaintea retinei. Se corecteaza cu lentile divergente.

In cazul hipermetropiei, imaginea se formeaza dupa retina. Se corecteaza cu lentile convergente.

~Reflexia totala~

*In general,reflexia si refractia se producamandoua odata.*Daca reflexia se pro-duce fara refractie acest fenomen se nu-meste reflexia totala.

Pictura de Christina Wentzel : Reflexia

~Reflectia totala~Reflexia totala se produce cand lumina ajunge la suprafata de separatie a doua medii optice transparente sub un unghi de incidenta mai mare decat un unghi limita specific respectivelor medii optice(apa si aer de exemplu).

Pictura de Nancy Poucher : REFLEXIA DIFUZA

~Reflectia difuzã~Reflexia difuza se produce cand lumina ajunge la suprafata de separatie neregulata(ondulata). Imaginea in acest caz e neclara si nu e chiar identica cu obiectul.

Mirajul• Mirajul , este un efect al refractiei.• Mirajul se produce in zile calduroase,in apropierea

nisipurilor sau soselelor incalzite de soare. Razele de lumina isi schimba directia cand trec dintr-un strat cald de aer intr-un strat mai rece, ajungând la ochi pe o noua directie, astfel observam o imagine refractata care la prima vedere ne pare reala ! Este insa mirajul !

AER CALD

AER MAI RECE

SUPRAFATA FIERBINTE (NISIP INCINS DE LA SOARE)

Mirajul nu se remarca numai in desert ! Chiar si in România poate fi vazut, vara când şoseaua e fierbinte! Se creeaza impresia ca ar fi apa pe şosea- dar e doar imaginea cerului albastru refractata prin straturile de aer de lânga şosea, mai calde decat aerul ceva mai rece de deasupra.

De asemenea, si pe mare poate avea loc mirajul. Marinarii au povestit de fenomenul “Olandezul zburator”- o nava ce parea ca zboara in loc sa plutesca pe apa. Era un miraj- ca in imagine:

AER MAI RECE

AER CALD

Vantul solar se apropie de campul magnetic al Pamtului si interactioneaza cu acesta producandu-se Aurora.

Animatie realizata cu ajutorul programului Paint Shop Pro.

Cum se numeste ,schimbarea directiei razelor de soare la suprafata de separare dintre doua medii si intoarcerea razei din mediul din care a venit?

REFRACTIA GRESIT

REFLEXIA CORECT

DISPERSIAMAI

INCEARCA

MIRAJPOATE DATA

VIITOARE

Pictura de Joseph Wright of Derby, pictor englez Fenomenul fizic ce duce formarea efectului luminos din imagine este:

CURCUBEU

DAR CARE E FENOMENUL FIZIC CE IL PRODUCE?

DISPERSIE

CORECT

REFRACTIE

MAI INCEARCA

REFLEXIA

AI RASPUNS LA INTAMPLARE?

UN SEMN DE PACE DE LA DUMNEZEU

VEZI CA SUNTEM LA FIZICA NU LA RELIGIE

Lumina alba este un amestec al culorilor curcubeului. Acesta a fost demonstrata de Isaac Newton, care a folosit o prisma pentru a separa diferite culori si asa a obtinut spectrul. Culorile de lumina se deosebesc prin lungimii de unda.

Pictura de Jean Leon Huens (pictor englez)- Portrait of Sir Isaac Newton

Dispersia luminii

Partea vizibila a spectrului începe de la lumina rosie cu o lungime de unda mai mare: 720 nanometri, iar culorile albastru si violet au lungimea de unda mica 380 -400 nanometri.

Cei trei receptori ai culorii din ochiului uman percep mai mult undele rosii, verzi si albastre, care dau vederea colorata.

Sir Isaac Newton - pictura de Granger (pictor englez)

De ce este cerul albastru?Pe planeta noastra, aerul e

compus in special din azot si oxigen. Moleculele din compozitia aerului sunt mici, dar comparabile cu lungimea de unda a luminii, de aceea, când lumina albă întâlneşte atomii de oxigen şi azot din atmosfera, componentele sale de frecvenţă înaltă, asociate culorii albastre, sunt împrastiate in toate directiile, generând culoarea albastra a cerului !

Pictura de Camille Corot- pictor francez

Acest lucru face ca lumina de frecvenţă înaltă din spectrul vizibil să fie împrăştiată în toate direcţiile.

Este vorba de componentele luminii albe din zona culorilor violet, indigo şi albastru a spectrului vizibil. Acestea sunt culorile reflectate de atomii din componenţa atmosferei terestre şi, în consecinţă, aceste nuanţe dau şi culoarea cerului, aşa cum îl percepe ochiul uman.

Pe de altă parte, absorbtia si imprastierea luminii este cu atât mai importantă, cu cat este mai mică lungimea de undă a luminii. Lumina albastră este de aproximativ 5 ori mai mult imprastiata decât cea roşie.

Privind la tabelul de mai jos se poate observa un lucru: lumina violetă are lungimea de undă cea mai mica.

Prin urmare se naşte întrebare firească: De ce nu este cerul violet? Răspunsul ţine de biologie: pur şi simplu noi oamenii suntem mai sensibili la culoarea albastră decât la violet şi deşi, teoretic, cerul ar trebui să fie violet, pentru că suntem "contruiţi" să receptăm mult mai bine albastrul, frecvenţele corespondente culorii albastre sunt decisive în stabilirea culorii cerului

Zona vizibilă a spectrului electromagnetic

Lungimea de undă

Proporţia dispersiei luminii având ca reper frecvenţa de 700 nm a

luminii roşii

Color (nanometrii)

Rosu 630 - 760 700nm 1.00

Portocaliu 590 - 630 610nm 1.73

Galben 560 - 590 575nm 2.20

Verde 490 - 560 525nm 3.16

Albastru 450 - 490 470nm 4.92

Violet 380 - 450 415nm 8.09

Pictura de Anne Cameron Cutri (pictorita americana contemporana)

color

Ziua, cerul însorit este albastru pentru ca moleculele din aer imprastie si reflecta lumina albastra de la Soare mai mult decât lumina rosie.

Seara, la asfintit, putem observa culori rosii si portocalii pentru ca lumina albastra este imprastiata si reflectata pe parcurs, si componenta rosie din spectrul luminii albe rãmâne predominanta.

Apusurile rosiaticeSunt doua motive pentru înrosirea

cerului la rasarit sau la apus:- primul motiv este dispersia puternica

a luminii albastre ce parcurge un strat mai gros de aer când soarele apune;

Pictura Frederic Edwin Church (1826-1900, pictor american) Fotografie artistica

Amurgul rosiatic- al doilea motiv este absorbtia si reflexia

radiatiilor luminoase cu lungimi de unde mici, adica albastre, de catre particulele de praf (DISPERSIA RAYLEIGH) . Acesta este motivul pentru care partea rosie din spectru domina.

Frederic Edwin Church (1826-1900, pictor american) -

Fotografie artistica

Combinarea refracţiei şi dispersiei razelor solare de către particulele atmosferice este responsabilă pentru producerea amurgului, lumina pe care o observăm pe cer chiar dacă soarele este sub linia de orizont.

Razele roşii şi galbene sunt mai puţin deviate decât cele albastre şi verzi. Ca urmare, ultimele raze ce dispar din câmpul vizual al observatorului sunt cele roşii, vazute la amurg !.

Imaginea refractata a soarelui

Pictura de Frederic Edwin Church (1826-1900, pictor american) - Twilight_in_the_Wilderness_1860

APUSULROSIATIC REPREZENTAT IN ARTA (EXPLICATA FIZICA ESTE DATA DE DISPERSIA RAYLEIGH

Efectul Tyndall si împrastierea RayleighPrimul pas în a explica culoarea cerului a fost

facut de John Tyndall în 1859. El a descoperit ca atunci când lumina trece printr-un lichid limpede tinând mici particule suspendate, undele scurte de lumina albastra sunt dispersate mai mult decât cele rosii.

Aceasta poate fi demonstrata trimitând un fascicol de lumina alba într-un rezervor cu apa cu putin lapte sau sapun amestecat. Din lateral, fascicolul poate fi observat cu lumina albastra în dispersie; dar lumina care se vede la sfârsit devine rosiatica dupa ce trece de rezervor.

Acesta este numit si efectul Tyndall, dar este mai cunoscut de fizicieni sub numele de dispersia Rayleigh -dupa Lord Rayleigh, care l-a studiat în detaliu câtiva ani mai târziu. Se arata ca lumina albastra este imprastiata si absorbita mai mult decat lumina rosie cu un factor de (700/400)4 ~= 10 ori.

Pictura de Paul Sachtleben(pictor american contemporan)

Tyndall si Rayleigh au crezut ca acea culoare albastra a cerului poate fi cauzata de mici particule de praf sau datorita prezentei vaporilor de apa în atmorfera. Chiar si astazi, oamenii spun incorect acelasi lucru. Mai târziu cercetatorii si-au dat seama ca daca acest lucru nu este adevarat, înseamna ca ar trebui sa fie mai multe variatii ale culorii cerului cu umiditate sau conditii de ceata fina. Pictura de

Sorin Adam

• Aceste variatii de culoare a cerului au fost observate, deci au presupus corect ca moleculele de oxigen si azot din aer sunt suficient de relevante pentru imprastierea si reflexia luminii. Cauza a fost stabilita în final de Einstein în 1911, care a calculat în detaliu formula de imprastierea moleculelor de lumina.

LUNGIME DE UNDA

Pictura de Jean Leon Huens (pictor englez)- Portrait of Sir Isaac Newton Ce fenomen necunoscut

pana atunci a descoperit Newton despre lumina alba?

REFLEXIA

REFRACTIA

CURCUBEUL

PROPAGAREA LUMINII IN

LINIE DREAPTA

DISPERSIA CORECT

GRESIT

GERSIT

MAI INCEARCA

POATE DATA VIITOARE

Unde apare reflexia?

LA SUPRAFATA DE SEPARARE INTRE DOUA

MEDII OPTICE

LA TRECEREA LUMINII

PRINTR-UN MEDIU OPTIC

TRANSPARENT

CORECT

GRESIT

LA TRECEREA LUMINII

PRINTR-UN MEDIU OPAC

TE-AI PACALIT COMPLET

AURORA APARE DATORITA

Frederic Edwin Church (1826-1900, pictor american) - Aurora_Borealis_1865

INTERACTIUNII DINTRE

ELECTRONII VANTULUI SOLAR SI CAMPUL

MAGNETIC AL PAMANTULUI

INTERACTIUNII DINTRE

ELECTRONII CAMPULUI SOLAR CU

GRAVITATIA PAMANTULUI

Pictura de Paul Sachtleben (pictor american contemporan)

Ce reprezinta fenomenul din imagine:

REFRACTIE GRESIT

REFLEXIEGRESIT

DISPERSIA CORECT

EFECTUL TYNDALL

GRESIT

CORECT

MAI INCEARCA