Удивительные явления природы

Определения и обозначения

Радуга — оптическое явление: разноцветная дуга возникает, когда солнечный свет преломляется и отражается в каплях воды. Преломление — изменение направления света при переходе из одной среды в другую. Это определение помогает понять, почему для радуги нужны одновременно свет и вода, а не только дождливая погода.

Северное сияние — свечение верхних слоёв атмосферы, связанное с взаимодействием заряженных частиц Солнца с газами воздуха. Атмосфера — воздушная оболочка Земли, а её верхние слои находятся высоко над поверхностью. Определение позволяет отличить сияние от обычных облаков и понять, что оно возникает не на земле.

Гейзер — горячий источник, который периодически выбрасывает на поверхность воду и пар. Периодически означает, что выбросы повторяются через промежутки времени, а не идут непрерывно. Это понятие нужно, чтобы распознавать гейзер как результат процессов под землёй.

Мираж — оптическое явление, при котором из-за прохождения света через слои воздуха разной температуры предметы кажутся смещёнными или возникают их мнимые изображения. Мнимое изображение видно, но оно не является предметом в том месте, где кажется. Определение помогает не путать мираж с настоящей водой или отражением в водоёме.

Как это устроено

Необычными кажутся явления, причины которых не всегда заметны: человек видит цветную дугу или блеск на дороге, но не видит, как распространяется свет. Для объяснения полезно выяснить, что именно происходит и где. Радуга и мираж относятся к оптическим явлениям, потому что связаны с поведением света; сияние возникает в атмосфере, а гейзер — из-за процессов в недрах Земли. Такое разделение не даёт смешивать похожие на чудо картины с разными природными причинами.

Для радуги нужны капли воды в воздухе и солнечный свет, падающий на них. Внутри капли свет меняет направление, отражается от её внутренней поверхности и выходит наружу; разные цвета преломляются неодинаково, поэтому белый свет распадается на цветную полосу. Наблюдатель должен стоять спиной к Солнцу и смотреть в сторону дождя или водяных капель: так свет приходит к нему с противоположной стороны неба. Если солнце за спиной, а капли впереди, условия для наблюдения подходящие.

Солнце испускает заряженные частицы, и часть из них достигает Земли. В верхних слоях атмосферы частицы сталкиваются с газами воздуха и передают им энергию; после этого газы излучают свет. Магнитное поле Земли направляет многие частицы к полярным областям, поэтому там сияние наблюдают чаще. Оно может менять яркость и форму, поскольку количество частиц и условия в атмосфере меняются.

Гейзер возникает там, где подземная вода соприкасается с нагретыми горными породами. Вода нагревается, а в подземных каналах и полостях накапливается пар; давление постепенно растёт, потому что воде и пару тесно выходить наружу. Когда давление становится достаточно большим, горячая вода и пар выбрасываются на поверхность. Затем источник вновь заполняется водой и нагревается, поэтому выбросы повторяются с перерывами.

Мираж появляется, когда свет проходит через слои воздуха, нагретые неодинаково. Тёплый и холодный воздух по-разному влияют на направление световых лучей, поэтому глаз получает их не так, как при обычном распространении. На горячей дороге это может создать впечатление блестящей полосы, похожей на воду, или сместить видимый предмет. Изображение возникает из-за пути света, а не потому, что на дороге действительно лежит водоём или находится предмет.

Удивительные явления природы и их причины

Сначала найди в таблице место наблюдения и условия, которые нужны явлению. Затем сравни причину: это поможет отличить оптические эффекты от процессов в атмосфере и под землёй. Например, радуга и мираж связаны со светом, но для первой необходимы капли, а для второго — неодинаково нагретый воздух.

Разбор задач

После дождя выглянуло Солнце. Объясни, при каких условиях можно увидеть радугу и где относительно Солнца она появится.

Решение:

1. Сначала проверяем, остались ли в воздухе капли дождя или есть водяные брызги. Они нужны, чтобы солнечный свет мог изменять направление и разделяться на цвета.
2. Затем определяем положение наблюдателя относительно Солнца. Чтобы увидеть радугу, нужно встать спиной к Солнцу и смотреть туда, где находятся капли воды.
3. Делаем вывод о положении дуги. Она появится на части неба, противоположной Солнцу, если одновременно есть солнечный свет и капли.

Ответ: радугу можно увидеть, когда светит Солнце и в воздухе есть капли воды; она находится в стороне, противоположной Солнцу относительно наблюдателя.

Путешественник увидел на жаркой дороге блестящую полосу, похожую на воду. Определи явление и объясни, почему это не настоящий водоём.

Решение:

1. Сопоставляем условия: дорога сильно нагрета, а блестящая полоса кажется водной. Такие признаки характерны для миража, который часто наблюдают над раскалённой поверхностью.
2. Объясняем причину: у земли воздух горячее, чем выше, поэтому свет проходит через слои разной температуры и меняет направление. Глаз воспринимает пришедший свет так, словно на дороге видно отражение неба.
3. Проверяем, что следует из объяснения. Если путник приблизится к этому месту, полоса переместится или исчезнет, потому что это не лежащая на дороге вода, а видимое изображение.

Ответ: путешественник увидел мираж. Блестящая полоса возникает из-за изменения направления света в неодинаково нагретом воздухе, поэтому настоящего водоёма там нет.

Сравни гейзер и северное сияние: укажи, где возникает каждое явление и какие процессы его вызывают.

Решение:

1. Сначала определяем место. Гейзер выходит на поверхность из подземных каналов, а северное сияние наблюдают высоко в атмосфере, особенно вблизи полюсов.
2. Затем сравниваем процессы. В гейзере вода нагревается под землёй, пар и вода накапливают давление и периодически выбрасываются наружу. При сиянии заряженные частицы Солнца взаимодействуют с газами атмосферы, вызывая свечение.
3. Проверяем, не перепутаны ли причины: один процесс связан с горячей водой и породами, другой — с частицами и атмосферными газами. Общее у явлений только то, что оба имеют естественное объяснение.

Ответ: гейзер возникает на поверхности в местах выхода горячей подземной воды из-за нагрева и накопления давления; северное сияние возникает в верхних слоях атмосферы из-за взаимодействия частиц Солнца с газами.

Типичные ошибки

Считать, что радуга появляется только из-за дождя, — ошибка: вода без солнечного света не создаёт видимую цветную дугу. Так думают, потому что обычно замечают радугу сразу после дождя и запоминают только его. Проверь себя: назови оба условия — солнечный свет и капли воды; если одного нет, радугу наблюдать не получится.

Думать, что к радуге можно подойти, — значит считать её предметом, закреплённым в одном месте. Её дуга зависит от положения наблюдателя и от направления, под которым видны капли и солнечный свет. Проверка простая: при движении наблюдателя видимое положение радуги меняется, поэтому она не становится ближе как реальная постройка или гора.

Принимать мираж за настоящее отражение в воде неправильно: на дороге может вообще не быть водоёма. Блеск похож на воду, потому что свет меняет направление в слоях воздуха разной температуры. Проверь объяснение по условиям: если поверхность сильно нагрета, а «вода» не приближается и меняет вид при движении, вероятен мираж.

Считать, что гейзер и северное сияние вызваны одним процессом, — смешивать явления, происходящие в разных местах. Гейзер связан с нагревом подземной воды и давлением, а сияние — с заряженными частицами Солнца и газами атмосферы. Чтобы проверить себя, назови для каждого явления место и причину: недра Земли и горячая вода — гейзер, верхняя атмосфера и свечение газов — сияние.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодится знание о том, что свет распространяется и может менять направление при прохождении через воду и воздух. Это помогает объяснить радугу и мираж, не принимая их за материальные предметы. При изучении круговорота воды и погоды полезно учитывать роль воды, воздуха и нагрева в природных явлениях.

Дальше эти знания пригодятся при изучении света, атмосферы и природных процессов. Наблюдать явления следует безопасно: не смотреть прямо на Солнце и не подходить к горячим источникам или выбросам гейзера. Так объяснение природы можно соединить с внимательным отношением к окружающей среде.

Что запомнить

• У природного явления есть причина, даже если её не видно сразу.
• Для радуги нужны солнечный свет и капли воды.
• Радугу наблюдают в стороне, противоположной Солнцу.
• Северное сияние возникает в верхних слоях атмосферы.
• Гейзер периодически выбрасывает горячую воду и пар.
• Мираж — оптический эффект, а не настоящий водоём.