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LABORATÓRIO CIENTÍFICO INFANTIL
Por que o céu é azul?. Laboratório de Ciências para Crianças
Diretório / Laboratório de Ciências para Crianças Em um dia claro e ensolarado, o céu acima de nós parece azul brilhante. À noite, o pôr do sol colore o céu de vermelho, rosa e laranja. Por que o céu é azul? O que torna um pôr do sol vermelho? Para responder a essas perguntas, você precisa saber o que é a luz e em que consiste a atmosfera da Terra. Atmosfera A atmosfera é a mistura de gases e outras partículas que envolvem a Terra. Basicamente, a atmosfera consiste em nitrogênio gasoso (78%) e oxigênio (21%). O gás argônio e a água (na forma de vapor, gotículas e cristais de gelo) são os próximos mais abundantes na atmosfera, suas concentrações não ultrapassam 0,93% e 0,001%, respectivamente. A atmosfera da Terra também contém pequenas quantidades de outros gases, bem como as menores partículas de poeira, fuligem, cinzas, pólen e sal que entram na atmosfera dos oceanos. A composição da atmosfera varia dentro de pequenos limites, dependendo do local, clima, etc. A concentração de água na atmosfera aumenta durante as tempestades torrenciais, bem como perto do oceano. Os vulcões são capazes de lançar grandes quantidades de cinzas na atmosfera. A poluição tecnogênica também pode adicionar vários gases ou poeira e fuligem à composição usual da atmosfera. A densidade atmosférica em baixa altitude perto da superfície da Terra é a mais alta, com o aumento da altitude ela diminui gradualmente. Não há uma fronteira clara entre a atmosfera e o espaço. Ondas de luz A luz é uma forma de energia que é transportada por ondas. Além da luz, as ondas carregam outros tipos de energia, por exemplo, uma onda sonora é uma vibração do ar. Uma onda de luz é uma oscilação de campos elétricos e magnéticos, essa faixa é chamada de espectro eletromagnético. As ondas eletromagnéticas se propagam pelo espaço sem ar a uma velocidade de 299,792 km/s. A velocidade de propagação dessas ondas é chamada de velocidade da luz.
A energia da radiação depende do comprimento de onda e da sua frequência. O comprimento de onda é a distância entre os dois picos (ou vales) mais próximos de uma onda. A frequência da onda é o número de oscilações da onda por segundo. Quanto mais longa a onda, menor sua frequência e menos energia ela carrega. Cores da luz visível A luz visível é a parte do espectro eletromagnético que nossos olhos podem ver. A luz emitida pelo Sol ou por uma lâmpada incandescente pode parecer branca, mas na verdade é uma mistura de cores diferentes. Você pode ver as diferentes cores do espectro visível da luz decompondo-o em seus componentes usando um prisma. Esse espectro também pode ser observado no céu em forma de arco-íris, que ocorre devido à refração da luz do Sol em gotículas de água, agindo como um prisma gigante.
As cores do espectro são misturadas, movendo-se continuamente uma na outra. Em uma extremidade do espectro está o vermelho ou o laranja. Essas cores esmaecem em amarelo, verde, azul, índigo e violeta. As cores têm diferentes comprimentos de onda, diferentes frequências e diferentes energias. Propagação da luz no ar A luz viaja pelo espaço em linha reta, desde que não haja obstáculos em seu caminho. Quando uma onda de luz entra na atmosfera, a luz continua a se propagar em linha reta até que as moléculas de poeira ou gás atrapalhem. Nesse caso, o que acontece com a luz dependerá de seu comprimento de onda e do tamanho das partículas em seu caminho. Partículas de poeira e gotículas de água são muito maiores que o comprimento de onda da luz visível. A luz é refletida em diferentes direções quando colide com essas grandes partículas. Diferentes cores de luz visível são igualmente refletidas por essas partículas. A luz refletida parece branca porque ainda contém as mesmas cores que tinha antes de ser refletida. As moléculas de gás são menores que o comprimento de onda da luz visível. Se uma onda de luz colidir com eles, o resultado da colisão pode ser diferente. Quando a luz colide com uma molécula de qualquer gás, parte dela é absorvida. Um pouco depois, a molécula começa a emitir luz em várias direções. A cor da luz emitida é a mesma cor que foi absorvida. Mas as cores de diferentes comprimentos de onda são absorvidas de forma diferente. Todas as cores podem ser absorvidas, mas as frequências mais altas (azul) são muito mais absorvidas do que as frequências mais baixas (vermelho). Esse processo é chamado de espalhamento de Rayleigh, em homenagem ao físico britânico John Rayleigh, que descobriu esse fenômeno de espalhamento na década de 1870. Por que o céu é azul? O céu é azul devido à dispersão de Rayleigh. À medida que a luz viaja pela atmosfera, a maioria dos comprimentos de onda longos do espectro óptico passa inalterada. Apenas uma pequena parte das cores vermelha, laranja e amarela interage com o ar. No entanto, muitos comprimentos de onda mais curtos de luz são absorvidos pelas moléculas de gás. Após a absorção, a cor azul é emitida em todas as direções. Está espalhado por todo o céu. Para qualquer lado que você olhe, parte dessa luz azul dispersa atinge o observador. Como a luz azul é visível em todos os lugares acima, o céu parece azul.
Se você olhar para o horizonte, o céu terá uma tonalidade mais pálida. Isso é resultado do fato de que a luz percorre uma distância maior na atmosfera até o observador. A luz espalhada é novamente espalhada pela atmosfera, e menos azul atinge o olho do observador. Portanto, a cor do céu perto do horizonte parece mais pálida ou até completamente branca.
Céu preto e sol branco Da Terra, o Sol aparece amarelo. Se estivéssemos no espaço ou na Lua, o Sol nos pareceria branco. Não há atmosfera no espaço que espalhe a luz solar. Na Terra, alguns dos comprimentos de onda curtos da luz solar (azul e violeta) são absorvidos por espalhamento. O resto do espectro parece amarelo. Além disso, no espaço, o céu parece escuro ou preto em vez de azul. Este é o resultado da ausência de uma atmosfera, portanto a luz não se espalha de forma alguma.
Por que o pôr do sol é vermelho? À medida que o sol se põe, a luz do sol tem que percorrer uma distância maior na atmosfera para chegar ao observador, de modo que mais luz do sol é refletida e espalhada pela atmosfera. Como menos luz direta atinge o observador, o Sol parece menos brilhante. A cor do Sol também parece ser diferente, variando do laranja ao vermelho. Isso se deve ao fato de que ainda mais cores de comprimento de onda curto, azuis e verdes, estão espalhadas. Restam apenas os componentes de comprimento de onda longo do espectro óptico, que atingem os olhos do observador.
O céu ao redor do sol poente pode ser pintado em cores diferentes. O céu é mais bonito quando o ar contém muitas pequenas partículas de poeira ou água. Essas partículas refletem a luz em todas as direções. Nesse caso, ondas de luz mais curtas são espalhadas. O observador vê raios de luz de comprimentos de onda mais longos e, portanto, o céu parece vermelho, rosa ou laranja. Mais sobre a atmosfera O que é atmosfera? A atmosfera é uma mistura de gases e outras substâncias que envolvem a Terra, na forma de uma fina casca quase transparente. A atmosfera é mantida no lugar pela gravidade da Terra. Os principais componentes da atmosfera são nitrogênio (78,09%), oxigênio (20,95%), argônio (0,93%) e dióxido de carbono (0.03%). A atmosfera também contém pequenas quantidades de água (em diferentes locais sua concentração varia de 0% a 4%), partículas sólidas, gases néon, hélio, metano, hidrogênio, criptônio, ozônio e xenônio. A ciência que estuda a atmosfera chama-se meteorologia. A vida na Terra não seria possível sem a presença de uma atmosfera que fornece o oxigênio de que precisamos para respirar. Além disso, a atmosfera desempenha outra função importante - equaliza a temperatura em todo o planeta. Se não houvesse atmosfera, então em alguns lugares do planeta poderia haver um calor escaldante, e em outros lugares seria extremamente frio, a faixa de temperatura poderia variar de -170 ° C à noite a + 120 ° C durante o dia. A atmosfera também nos protege da radiação nociva do Sol e do espaço, absorvendo-a e espalhando-a. Da quantidade total de energia solar que atinge a Terra, aproximadamente 30% é refletida pelas nuvens e pela superfície da Terra de volta ao espaço. A atmosfera absorve aproximadamente 19% da radiação do Sol, e apenas 51% é absorvido pela superfície da Terra. O ar tem peso, embora não percebamos e não sintamos a pressão da coluna de ar. Ao nível do mar, essa pressão é de uma atmosfera, ou 760 mmHg (1013 milibares ou 101,3 kPa). À medida que a altitude aumenta, a pressão atmosférica diminui rapidamente. A pressão cai por um fator de 10 para cada 16 km de altitude. Isso significa que a uma pressão de 1 atmosfera ao nível do mar, a uma altitude de 16 km, a pressão será de 0,1 atm e a uma altitude de 32 km - 0,01 atm. A densidade da atmosfera em suas camadas mais baixas é de 1,2 kg/m3. Cada centímetro cúbico de ar contém aproximadamente 2,7 * 1019 moléculas. Ao nível do solo, cada molécula viaja a cerca de 1600 km/h, enquanto colide com outras moléculas a uma taxa de 5 bilhões de vezes por segundo. A densidade do ar também cai rapidamente com a altitude. A uma altura de 3 km, a densidade do ar diminui em 30%. As pessoas que vivem perto do nível do mar experimentam problemas respiratórios temporários quando elevadas a esta altitude. A maior altitude em que as pessoas vivem permanentemente é de 4 km. A estrutura da atmosfera A atmosfera é composta por diferentes camadas, a divisão nessas camadas ocorre de acordo com sua temperatura, composição molecular e propriedades elétricas. Essas camadas não têm limites pronunciados, mudam sazonalmente e, além disso, seus parâmetros mudam em diferentes latitudes.
Separação da atmosfera em camadas, dependendo de sua composição molecular
heterosfera
Separação da atmosfera em camadas dependendo de suas propriedades elétricas Atmosfera neutra
Ionosfera
Magnetosfera é a parte superior da ionosfera, estendendo-se até cerca de 70000 km, esta altura depende da intensidade do vento solar. A magnetosfera nos protege das partículas carregadas de alta energia do vento solar, mantendo-as no campo magnético da Terra. Separação da atmosfera em camadas, dependendo de suas temperaturas A altura do limite superior da troposfera depende das estações e da latitude. Estende-se desde a superfície terrestre até uma altura de cerca de 16 km no equador e até uma altura de 9 km nos pólos norte e sul. O prefixo "tropo" significa mudança. A mudança nos parâmetros da troposfera ocorre devido às condições climáticas - por exemplo, devido ao movimento das frentes atmosféricas. À medida que a altitude aumenta, a temperatura cai. O ar quente sobe, depois esfria e desce de volta à Terra. Esse processo é chamado de convecção, ocorre como resultado do movimento das massas de ar. Os ventos nesta camada sopram principalmente na vertical. Esta camada contém mais moléculas do que todas as outras camadas combinadas. Estratosfera - estende-se aproximadamente de uma altura de 11 km a 50 km.
Mesosfera - estende-se a altitudes de cerca de 100 km.
Exosfera - se estende por centenas de quilômetros além da termosfera, passando gradualmente para o espaço sideral.
Experiências com luz O primeiro experimento - decomposição da luz em um espectro Para este experimento você vai precisar de:
Como realizar um experimento:
O que está acontecendo: A água e o espelho agem como um prisma, dividindo a luz em seu espectro de cores. Isso acontece porque os raios de luz que passam de um meio (ar) para outro (água) mudam de velocidade e direção. Esse fenômeno é chamado de refração. Cores diferentes são refratadas de maneira diferente, os raios violetas são mais desacelerados e mudam de direção com mais força. Os raios vermelhos desaceleram e mudam de direção em menor grau. A luz é dividida em suas cores componentes e podemos ver o espectro. Modelando o céu em uma jarra de vidro Materiais necessários para o experimento:
Conduzindo um experimento:
O que acontece nesse experimento é que pequenas partículas de leite suspensas na água espalham a luz vinda de uma lanterna da mesma forma que partículas e moléculas no ar espalham a luz do sol. Quando o vidro é iluminado de cima, a água aparece azulada devido ao fato de a cor azul se espalhar em todas as direções. Quando você olha diretamente para a luz através da água, a lanterna aparece vermelha, pois alguns dos raios azuis foram removidos devido à dispersão da luz. mistura de cores Você vai precisar de:
Como realizar um experimento:
Explicação do fenômeno visto: as cores que pintam os setores do disco são os principais componentes das cores da luz branca. Quando o disco gira rápido o suficiente, as cores parecem se misturar e o disco parece branco. Tente experimentar outras combinações de cores. Publicação: the-mostly.ru
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