Varför är himlen blå?

Himlen är blå på en solig dag, men ändå röd eller orange vid soluppgång och solnedgång. De olika färgerna orsakas av spridning av ljus i jordens atmosfär. Här är ett enkelt experiment du kan göra för att se hur detta fungerar:

Blue Sky - Red Sunset Materials

Du behöver bara några enkla material för det här väderprojektet:

• Vatten
• Mjölk
• Transparent behållare med plana parallella sidor
• Ficklampa eller mobiltelefonlampa

Ett litet rektangulärt akvarium fungerar bra för detta experiment. Prova en 2-1 / 2-gallon eller 5-gallon tank. Alla andra fyrkantiga eller rektangulära klara glas- eller plastbehållare fungerar.

Genomföra experimentet

1. Fyll behållaren med cirka 3/4 full vatten. Slå på ficklampan och håll den platt mot behållarens sida. Du kommer antagligen inte kunna se strålkastaren, även om du kan se ljusa gnistrar där ljuset slår damm, luftbubblor eller andra små partiklar i vattnet. Detta är ungefär som hur solljus reser genom rymden.
2. Tillsätt ca 1/4 kopp mjölk (för en 2-1 / 2 gallon behållare - öka mängden mjölk för en större behållare). Rör mjölken i behållaren för att blanda den med vatten. Om du nu lyser ficklampan mot tankens sida kan du se ljusstrålen i vattnet. Partiklarna från mjölken sprider ljus. Undersök behållaren från alla sidor. Observera att om du tittar på behållaren från sidan ser fickljusstrålen något blå ut medan ficklampans ände är något gul.
3. Rör mer mjölk i vattnet. När du ökar antalet partiklar i vattnet sprids ljuset från ficklampan starkare. Strålen verkar ännu blåare, medan strålens väg längst från ficklampan går från gul till orange. Om du tittar in i ficklampan från hela tanken ser det ut som att den är orange eller röd, snarare än vit. Strålen verkar också sprida sig när den passerar behållaren. Den blå änden, där det finns några partiklar som sprider ljus, är som himlen på en klar dag. Den orange änden är som himlen nära soluppgång eller solnedgång.

Hur det fungerar

Ljus rör sig i en rak linje tills det möter partiklar, som avleder eller sprider det. I ren luft eller vatten kan du inte se en ljusstråle och den färdas längs en rak väg. När det finns partiklar i luften eller vattnet, som damm, aska, is eller vattendroppar, sprids ljuset genom partiklarnas kanter.

Mjölk är en kolloid som innehåller små partiklar av fett och protein. Blandade med vatten sprider partiklarna mycket när damm sprider ljus i atmosfären. Ljus sprids på olika sätt beroende på dess färg eller våglängd. Blått ljus sprids mest, medan det orange och röda ljuset är minst spridd. Att titta på daghemen är som att titta på en ficklampa från sidan - du ser det spridda ljuset. Att titta på soluppgång eller solnedgång är som att titta direkt in i strålkastaren - du ser ljuset som inte är spridd, vilket är orange och rött.

Vad gör soluppgång och solnedgång annorlunda från dagshimlen? Det är den atmosfär som solljuset måste korsa innan det når dina ögon. Om du tänker på atmosfären som en beläggning som täcker jorden, passerar solljus vid middagstid genom den tunnaste delen av beläggningen (som har minst antal partiklar). Solljus vid soluppgång och solnedgång måste ta en sidled stig till samma punkt, genom mycket mer "beläggning", vilket innebär att det finns mycket fler partiklar som kan sprida ljus.

Medan flera typer av spridning förekommer i jordens atmosfär, är Rayleigh-spridningen huvudsakligen ansvarig för det dagliga himmelens blåa och den rödaktiga nyans av den stigande och instående solen. Tyndall-effekten spelar också in, men det är inte orsaken till blå himmelfärg eftersom molekyler i luften är mindre än våglängderna i synligt ljus.

källor

• Smith, Glenn S. (2005). "Mänsklig färgvision och dagens himmel omättade blå färg". American Journal of Physics. 73 (7): 590-97. doi: 10,1119 / 1,1858479
• Young, Andrew T. (1981). "Rayleigh-spridning". Tillämpad optik. 20 (4): 533-5. doi: 10,1364 / AO.20.000533