Мираж

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Московский государственный машиностроительный университет

Факультет «Инженерная экология»

Кафедра «Наука о Земле»

Реферат на тему:

«Мираж»

Выполнил: Валеев Азат

Проверил: Буланов С. А.

Москва

2012 г.

Содержание

Введение

Определение и сущность явления

Причины возникновения

Классификация и разновидности

Нижний мираж

Верхний мираж

Мираж дальнего видения

Двойной и тройной миражи

Боковой мираж

Мираж сверхдальнего видения

Фата-моргана

Распространение и масштабы проявления

История открытия и наблюдения

Прогнозирование

Заключение

Список использованной литературы

Введение

«…Как иногда в томительной пустыне

Мы видим образы далеких чуждых стран,

Но то лишь призраки, и снова небо сине

И вдаль идет усталый караван…"

Борис Тимофеев.

Наверняка, хоть однажды, вам приходилось наблюдать голубое озерцо на раскалённом шоссе. А если в жаркий летний день встать на железнодорожное полотно или холмик над ним, когда солнце находится немного сбоку, или сбоку и чуть впереди железнодорожного пути, то можно разглядеть, как рельсы в 2 — 3-х километрах от вас как будто погружаются в искрящееся озеро, словно пути залило наводнением. Попробуйте приблизиться к «озеру» — оно отодвинется, и сколько бы вы ни шли по направлению к нему, оно неизменно будет находиться в 2 — 3-х километрах. Такие «озерные» миражи доводили до отчаяния путников пустыни, изнывавших от зноя и жажды. Они также видели в 2−3 километрах вожделенную воду, брели к ней из последних сил, но вода отступала, а потом точно растворялась в воздухе. 1]

Определение и сущность явления

Мираж (фр. mirage -- букв, видимость) -- оптическое явление в атмосфере: отражение света границей между слоями воздуха разными по плотности. Для наблюдателя такое отражение заключается в том, что вместе с отдалённым объектом (или участком неба) видно его мнимое изображение, смещённое относительно предмета. [2]

Причины возникновения

Физика явления заключается в том, что в неоднородной среде свет распространяется непрямолинейно. Если мы представим себе среду, в которой показатель преломления изменяется снизу вверх, и мысленно разобьем ее на тонкие горизонтальные слои, то, рассматривая условия преломления света при переходе от слоя к слою, заметим, что в такой среде луч света должен постепенно изменять свое направление. Такое искривление световой луч претерпевает в атмосфере, в которой по тем или иным причинам, главным образом благодаря неравномерному нагреванию ее, показатель преломления воздуха изменяется с высотой. Поэтому лучи, идущие сквозь атмосферу, искривляются, пригибаясь к Земле. Это явление получило название нормальной атмосферной рефракции. Вследствие рефракции небесные светила кажутся нам несколько «приподнятыми» (выше своей истинной высоты) над горизонтом. 3]

Классификация и разновидности

Из всего многообразия миражей выделим несколько видов: нижние, видимые под объектом, верхние — над объектом, боковые, двойные и тройные миражи, миражи сверхдальнего видения. 4]

Нижний мираж

Нижние миражи весьма обычны. Например, вода, наблюдаемая на песке в пустыне, является миражом неба над горячим песком. В литературе такой вид миража называют «оазисным», или «озерным». Природа озерного миража изучена в деталях. Он наблюдается при очень большом вертикальном градиенте температуры (падении её с высотой) над перегретой ровной поверхностью. Так, уходящая вдаль дорога в жаркий летний день кажется мокрой. Воздух у самой поверхности землим сильно нагрет и, следовательно, его плотность относительно мала, показатель преломления у поверхности будет меньше, чем в более высоких воздушных слоях. Световые лучи вблизи поверхности землим будут в данном случае изгибаться так, чтобы их траектория была обращена выпуклостью вниз. Пусть в некоторой точке находится наблюдатель. Световой луч от некоторого участка голубого неба попадёт в глаз наблюдателя, испытав указанное искривление. А это означает, что наблюдатель увидит соответствующий участок небосвода не над линией горизонта, а ниже её. Ему будет казаться, что он видит воду, хотя на самом деле перед ним изображение голубого неба. То есть, мнимое изображение неба создаёт иллюзию воды на поверхности. А эффект блеска и переливов вызван неоднородностью потоков теплого воздуха, поднимающегося от горячей поверхности. Если представить себе, что у линии горизонта находятся холмы, пальмы или иные объекты, то наблюдатель увидит и их перевёрнутыми, благодаря отмеченному искривлению лучей, и воспримет как отражения соответствующих объектов в несуществующей воде. Например, приземление самолета в фильмах или автомобильные гонки по телевидению часто снимают очень близко к поверхности горячего асфальта. Тогда ниже автомобиля или самолета вы можете видеть их зеркальное изображение (нижний мираж), а также мираж неба. Причина всё в том же искривлении световых лучей. Так возникает иллюзия, представляющая собой озёрный мираж. Нижние миражи наблюдают, как правило, в пустынях и степях.

Верхний мираж

Наблюдается над холодной земной поверхностью при инверсионном распределении температуры (температура воздуха растёт с повышением высоты). Верхние миражи случаются в целом реже, чем нижние, но чаще всего бывают более стабильными, поскольку холодный воздух не имеет тенденцию двигаться вверх, а теплый — вниз. Верхние миражи являются наиболее распространенными в полярных регионах, особенно на больших ровных льдинах со стабильной низкой температурой. Они также наблюдаются в более умеренных широтах, хотя в этом случаях, они слабее, менее четкие и стабильные. Верхний мираж может быть прямым или перевернутым, в зависимости от расстояния до истинного объекта и градиента температуры. Часто изображение выглядит как фрагментарная мозаика прямых и перевернутых частей.

Верхние миражи могут иметь поразительный эффект за счет кривизны Земли. Если изгиб лучей примерно такой же, как кривизна Земли, лучи света могут перемещаться на большие расстояния, в результате чего наблюдатель видит объекты, находящиеся далеко за горизонтом. Это наблюдалось и задокументировано в первый раз в 1596 году, когда судно под командованием Виллема Баренца в поисках Северо-восточный прохода застряло во льдах на Новой Земле. Экипаж был вынужден пережидать полярную ночь. При этом восход Солнца после полярной ночи наблюдался на две недели раньше, чем ожидалось. В 20-м веке это явление было объяснено, и получило название «Эффект Новой Земли».

Таким же образом, корабли, находящиеся на самом деле так далеко, что они не должны быть видны над горизонтом, могут появиться на горизонте, и даже над горизонтом, как верхние миражи. Это может объяснить некоторые истории о полетах кораблей или прибрежных городов в небе, как описано некоторыми полярниками.

Мираж дальнего видения

Мираж дальнего видения относится к верхним миражам. Подобные явления вызваны перераспределением теплых и холодных слоев воздуха. Уменьшение его плотности с высотой «вынуждает» лучи, отраженные от предметов, находящихся невысоко над горизонтом, искривляться книзу. А законы оптики таковы, что мы всегда видим предмет по направлению последнего отрезка пути светового луча. Поэтому атмосферная рефракция приподнимает предметы, и наблюдатель может видеть объекты, скрытые от него за горизонтом, причём он будет видеть их вверху, как бы висящими над линией горизонта. Поэтому такие миражи и называют верхними.

Этот вид миражей по своему происхождению не сложнее «озерных», но разнообразнее. Верхний мираж может давать как прямое, так и перевёрнутое изображение. Прямое изображение возникает, когда показатель преломления воздуха уменьшается с высотой относительно медленно. При быстром уменьшении показателя преломления образуется перевёрнутое изображение.

Двойные и тройные миражи

Миражи могут быть двойными, когда наблюдаются два изображения, простое и перевёрнутое. Эти изображения могут быть разделены полосой воздуха (одно может оказаться над линией горизонта, другое под ней), но могут непосредственно смыкаться друг с другом. Иногда возникает ещё одно -- третье изображение. Если показатель преломления воздуха изменяется сначала быстро, а затем медленно, то в этом случае лучи в первой области будут искривляться быстрее, чем во второй области. В результате возникают два изображения. Световые лучи, распространяющиеся в пределах первой воздушной области, формируют перевёрнутое изображение объекта. Лучи распространяющиеся в основном в пределах второй области, искривляются в меньшей степени и формируют прямое изображение.

Чтобы понять, как появляется тройной мираж, нужно представить три последовательные воздушные области: первая (у самой поверхности), где показатель преломления уменьшается с высотой медленно, следующая, где показатель преломления уменьшается быстро, и третья область, где показатель преломления снова уменьшается медленно.

Боковой мираж

Если есть мираж нижний и верхний, почему бы не быть боковому миражу? Этот вид миражей может возникнуть в тех случаях, когда слои воздуха неодинаковой плотности располагаются в атмосфере не горизонтально, как обычно, а наклонно или даже вертикально. Такие условия создаются летом, утром вскоре после восхода Солнца у скалистых берегов моря или озера, когда берег уже освещен Солнцем, а поверхность воды и воздух над ней еще холодные. Боковые миражи неоднократно наблюдались на Женевском озере. Видели лодку, которая приближалась к берегу, а рядом с нею в точности такая же лодка удалялась от берега. Боковой мираж может появиться у каменной стены дома, хорошо прогретой Солнцем, и даже сбоку от нагретой печи. «Приближаясь к стене форта, сделанной из песчаника, я вдруг заметил, что она заблестела как зеркало и в ней отразились и пыльные пальмы, и верблюды, тащившие на горбах наши пушки», -- описывает свои впечатления от Туниса французский офицер Лазар Погю. А голландский астроном и популяризатор науки Марсель Миннарт предлагал такой оптический фокус: «Встаньте у длинной стены на расстоянии вытянутой руки и смотрите на блестящий металлический предмет, который ваш товарищ постепенно приближает к стене у другого конца. Когда предмет окажется на расстоянии нескольких сантиметров от стены, его контуры исказятся, и вы увидите на стене его отражение, как если бы она была зеркальной. В очень жаркий день изображений может быть даже два».

Природа этого миража точно такая же, как у озерного миража. Конечно, лучи света отражаются не от стены, а от примыкающей к ней более горячей прослойки воздуха.

Миражи сверхдальнего видения

Особенно удивительны миражи сверхдальнего видения. К. Фламмарион в своей книге «Атмосфера» описывает пример подобного миража. «Опираясь на свидетельства нескольких лиц, заслуживающих доверия, я могу сообщить про мираж, который видели в городе Вервье (Бельгия) в июне 1815 г. Однажды утром жители города увидели в небе войско, и так ясно, что можно было различить костюмы артиллеристов и даже, например, пушку со сломанным колесом, которое вот-вот отвалится… Это было утро сражения при Ватерлоо!» Описанный мираж изображён в виде цветной акварели одним из очевидцев. Расстояние от Ватерлоо до Вервье по прямой линии составляет более 100 км. Известны случаи, когда подобные миражи наблюдались и на больших расстояниях -- до 1000 км. «Летучего голландца» следует отнести именно к таким миражам. (Корабль-призрак, предвещавший несчастье тем, кто встретится с ним в океане.) В 11 часов утра 10 декабря 1941 года команда британского транспорта «Вендор», находящегося в районе Мальдивских островов, заметила на горизонте горящий корабль. «Вендор» пошел на выручку терпящим бедствие, но через час горящий корабль завалился набок и затонул. «Вендор» подошел к предполагаемому месту гибели корабля, но, несмотря на тщательные поиски, не нашел не только никаких обломков, но даже и пятен мазута. В порту назначения, в Индии, командир «Вендора» узнал, что в ту самую минуту, когда его команда наблюдала трагедию, тонул крейсер «Рипалс», атакованный японскими торпедоносцами неподалеку от Цейлона. Расстояние между кораблями на тот момент составляло 900 км.

Природа этих миражей изучена менее всего. Ясно, что атмосфера должна быть прозрачной, свободной от водяных паров и загрязнений. Но этого мало. Должен образоваться устойчивый слой охлаждённого воздуха на некоторой высоте над поверхностью землим. Ниже и выше этого слоя воздух должен быть более теплым. Световой луч, попавший внутрь плотного холодного слоя воздуха, оказывается как бы запертым внутри него и распространяется в нём, как по своеобразному световоду. Траектория луча всё время обращена выпуклостью в сторону менее плотных областей воздуха. Возникновение сверхдальних миражей можно объяснить распространением лучей внутри подобных световодов, которые иногда создаёт природа. 5]

Фата-моргана

Фата-моргана (итал. fata Morgana -- фея Моргана, по преданию, живущая на морском дне и обманывающая путешественников призрачными видениями) -- редко встречающееся сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями.

Фата-моргана возникает в тех случаях, когда в нижних слоях атмосферы образуется (обычно вследствие разницы температур) несколько чередующихся слоёв воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также и преломления лучей, реально существующие объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично накладывающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину фата-морганы.

Вечно изменяющиеся воздушные образы и картины фата-морганы подробно и красочно описал датский писатель Ганс Христиан Андерсен в сказке «Дикие лебеди»:

«Элиза увидала перед собой как бы плавающую в воздухе гористую страну с массами блестящего льда на скалах; между скалами возвышался огромный замок, обвитый какими-то смелыми воздушными галереями из колонн; внизу под ним качались пальмовые леса и роскошные цветы, величиною с мельничные колеса. … Она видела перед собой чудный, вечно изменяющийся облачный замок Фата-Морганы. … Элиза опять устремила свой взор на замок, и вот горы, леса и замок сдвинулись вместе, и из них образовались двадцать одинаковых величественных церквей с колокольнями и стрельчатыми окнами. … Теперь церкви были совсем близко, но вдруг превратились в целую флотилию кораблей; Элиза вгляделась пристальнее и увидела, что это просто морской туман, подымавшийся над водой. … Перед глазами у нее были вечно сменяющиеся воздушные образы и картины!»

Также Антон Павлович Чехов описывает подобную оптическую иллюзию в своей повести «Черный монах»:

«Тысячу лет тому назад какой-то монах, одетый в черное, шел по пустыне, где-то в Сирии или Аравии… За несколько миль от того места, где он шел, рыбаки видели другого черного монаха, который медленно двигался по поверхности озера. Этот второй монах был мираж. Теперь забудьте все законы оптики, которых легенда, кажется, не признает, и слушайте дальше. От миража получился другой мираж, потом от другого третий, так что образ черного монаха стал без конца передаваться из одного слоя атмосферы в другой. Его видели то в Африке, то в Испании, то в Индии, то на Дальнем Севере…» [6]

Распространение и масштабы проявления

В целом, мираж это явление довольно частое — так, в Сахаре ежегодно наблюдается около 160 тысяч миражей: они бывают стабильными и блуждающими, вертикальными и горизонтальными.

Но чемпионом по миражам уже давно признают далекую холодную Аляску. Чем сильнее стужа, тем четче и красивее возникают в ее небе видения. Постоянно фиксировать появление миражей в тех краях начали только в XIX веке. Так, в 1889 году местный житель, прогуливаясь близ горы Фэруэтер, что на юго-востоке полуострова, наблюдал силуэт большого города -- с небоскребами, высокими башнями и шпилями, храмами, похожими на мечети. Источник миража мог находиться за тысячи километров от Аляски. Кстати, Аляска и по сей день остается одним из лучших мест в мире для появления миражей. Там даже создано специальное общество по изучению природных оптических явлений, которое выпускает журнал наблюдения миражей, а туристов из Канады и США возят на автобусах полюбоваться, как на ровном океанском горизонте прямо из пучины встают горы, а потом неведомо куда исчезают. [7]

Для того чтобы наблюдать мираж, необязательно ехать в Сахару или на Аляску, мираж можно увидеть в обычный жаркий летний день, когда поверхность асфальта сильно перегревается на солнце. Возникает большой вертикальный градиент температуры, вследствие чего создается мнимое изображение неба на поверхности асфальта, которое создает иллюзию воды.

История открытия и наблюдений

Люди видели миражи, начиная с глубокой древности, о чем сохранилось немало преданий. Особенно красочные рассказы о миражах Палестины остались от крестоносцев, которым, впрочем, никто особенно не верил. Уж больно любили приврать рыцари о чудесах Востока. Начало научного наблюдения за этим оптическим фокусом совпало с появлением судового журнала, в который детально записывалось все необычное. Откроем старинную книгу «Поденные записки о плавании на северный китовый промысел, содержащие исследования и обретения на восточном береге Гренландии». В ней говорится о большом городе, который наблюдал летом 1820 года командир судна «Баффин», полный замков и храмов, очень похожих на древние строения. Моряк подробно зарисовал это чудесное явление, но свидетельства позднее, конечно же, не подтвердились.

Первое же описание миража было сделано древнегреческим историком Диодором Сицилийским:

«В Африке в некоторые сезоны, особенно при полном отсутствии ветра, происходят удивительные вещи… В воздухе появляются изображения различных зверей, неподвижных и движущихся. Звери то бегут от зрителя, то преследуют его. Когда они настигают человека, то словно окутывают его холодным туманом».

А в 1799 г., когда французский колониальный отряд пересекал алжирскую пустыню, они увидели впереди, километрах в шести от него, шла гуськом стая фламинго. Но когда птицы пересекли границу миража, ноги у них вытянулись и сдвоились, вместо двух у каждой стало по четыре. Ни дать, ни взять — арабский всадник в белом одеянии. Командир отряда, встревожившись, послал разведчика проверить, что за люди в пустыне. Когда солдат сам проник в зону искривления солнечных лучей, он, конечно, разобрался, с кем имеет дело. Но… вот же он нагнал страху на своих товарищей! Ноги его лошади стали такими длинными, что казалось, он сидит на фантастическом чудовище. Впрочем, такой мираж объясняется элементарно. Изображение птиц и всадника приподнялось над горизонтом в результате рефракции.

В 1840 году, жители маленького островка к северу от Англии увидели в небе прекрасные белые здания. Поскольку ничего подобного на их родине не было, то люди сочли это подтверждением сказки о народе фин, обитавшем в хрустальном городе. Видение далекой страны повторилось через 17 лет и висело в воздухе целых три часа.

В 1878 г. в Северной Америке во время войны с индейцами из форта «Авраам Линкольн» вышел отряд карателей. Спустя несколько часов охрана форта с ужасом увидела своих товарищей марширующими по небу. Караул не сомневался, что карательный отряд погиб и на небе — души умерших. Через несколько дней отряд действительно был уничтожен индейцами. Солдаты, оставшиеся в форте «Авраам Линкольн», конечно же видели обыкновенный мираж. Фантастические, непонятные картины миражей в прошлом воспринимались как своеобразные предзнаменования трагических событий и порождали страх перед неизвестным. Люди верили, что миражи-дело духов воздуха, что они — воздушные призраки. А когда появлялась какая-то особенно красивая картина миража, многие считали, что видят «небесный рай».

Когда-то миражи «Летучий голландец» и «Фата — Моргана» наводили ужас на моряков. В ночь на 27 марта 1898 года среди Тихого океана экипаж судна «Матадор» был напуган видением, когда в штиль в полночь увидел в 2милях (3,2 км) судно, которое боролось с сильным штормом. Все эти события на самом деле происходили на расстоянии 170 км. Сегодня все, кто знает законы физики, а точнее ее раздела оптики, могут объяснить некоторые из описанных в работе загадочных явлений. Однако физическое объяснение феномена миражей нисколько не облегчает участь путников, введенных эфемерным оазисом в гибельное заблуждение. Дабы уберечь занесенных в пустыню людей от риска заблудиться и погибнуть от жажды, составляются специальные карты с отметкой мест, где обычно наблюдаются миражи. На этих путеводителях указано, где могут привидеться колодцы, а где — пальмовые рощи и даже горные цепи. Жертвами миражей особенно часто оказываются караваны в пустыне Эрг-эр-Рави на Севере Африки. Перед людьми «воочию» на расстоянии 2−3 километров предстают оазисы, до которых в действительности не менее 700 километров.

Вот какую страну увидел и описал художник В. Переплетчиков, побывавший на Новой Земле в 1913 году:

«Густо повалил из пароходной трубы черный дым, заработал пароходный винт. Становище, горы быстро уменьшались в размерах на наших глазах. На безоблачном небе сияло Солнце. Мы выходили в море. Качки нет, чуть плещет зеленовато-синяя волна. С одной стороны беспредельность воды и неба, с другой — цепи береговых гор. Все они покрыты снегом. Берег уходит мыском в море, но кончается какой-то странной фигурой, как будто берег обломился и висит в воздухе. У дальнего берега плавают какие-то странные белые фигуры, а там, где расстилается беспредельный океан, — там тоже плавают какие-то фантастические предметы: громадный белый гриб на тоненькой ножке, что-то похожее на судно, но не судно, что-то похожее на горы, но не горы, киты — не киты…» [8]

А вот современное крупное наблюдение миража произошло 8 мая 2006 года в городе Пенглай у восточного побережья Китая. Тысячи туристов и местных жителей наблюдали мираж города-призрака. 9]

мираж проявление видение наблюдение

Прогнозирование

Миражи — явление уникальное и непредсказуемое. В теории мы знаем о миражах все, ученые могут точно рассказать каков процесс возникновения миража, а вот на практике увидеть их не так-то просто, в основном из-за того что миражи не появляются по заказу, их явление всегда не предсказуемо. 10]

Заключение

В своей работе я описал одно из интересных явлений природы, связанных с особенностями распространения света в различных средах. А сколько ещё не менее интересных и загадочных явлений происходит вокруг нас! Природа необычайно разнообразна, она поистине неисчерпаема.

Работая с дополнительной литературой, я убедился, что на вопросы, которые возникают при наблюдениях за окружающим нас миром, можно всегда найти ответы.

Вывод: мираж — это оптическое явление, показывающее в более или менее искажённой форме предметы, расположенные на самом деле не в том месте, где мы видим их изображение. Мир загадочен, но познаваем.

Список использованной литературы

1. «Алые паруса» — http: //nsportal. ru (http: //nsportal. ru/ap/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo)

2. «Википедия» — http: //ru. wikipedia. org (http: //ru. wikipedia. org/wiki/Мираж)

3. «Физика в природе» Тарасов Л. В., сайт «AB alleng. ru» — http: //www. alleng. ru

4. «NEUDOFF. NET» — http: //neudoff. net

5. «Физика в природе» Тарасов Л. В., «AB alleng. ru» — http: //www. alleng. ru

6. «Википедия» — http: //ru. wikipedia. org (http: //ru. wikipedia. org/wiki/Фата-моргана)

7. «Вокруг Света» — http: //www. vokrugsveta. ru (http: //www. vokrugsveta. ru/vs/article/1230)

8. «Оптика» — http: //optika8. narod. ru/ (http: //optika8. narod. ru/History. htm)

9. «GNOZIS. INFO» — http: //gnozis. info/ (http: //gnozis. info/?q=node/4513)

10. «Интересные факты» — http: //i-fakt. ru/ (http: //i-fakt. ru/mirazhi-mify-i-fakty)

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой