Es gibt viele interessante Dinge auf der Welt. Das Funkeln der Sterne ist eines der erstaunlichsten Phänomene. Wie viele unterschiedliche Glaubensvorstellungen sind mit diesem Phänomen verbunden! Das Unbekannte macht immer Angst und zieht gleichzeitig an. Was ist die Natur dieses Phänomens?

Einfluss der Atmosphäre

Astronomen haben es getan interessante Entdeckung: Das Funkeln der Sterne hat nichts mit ihren Veränderungen zu tun. Warum funkeln dann Sterne am Nachthimmel? Es geht um die atmosphärische Bewegung kalter und heißer Luftströme. Wo warme Schichten über kalte Schichten wandern, bilden sich Luftwirbel. Unter dem Einfluss dieser Wirbel werden die Lichtstrahlen verzerrt. Auf diese Weise werden Lichtstrahlen gebogen und verändern so die scheinbare Position von Sternen.

Eine interessante Tatsache ist, dass die Sterne überhaupt nicht funkeln. Diese Vision entsteht auf der Erde. Die Augen des Beobachters nehmen Licht wahr, das von einem Stern ausgeht, nachdem er die Atmosphäre passiert hat. Daher können wir auf die Frage, warum Sterne funkeln, antworten, dass Sterne nicht funkeln, sondern das Phänomen, das wir auf der Erde beobachten, eine Verzerrung des Lichts ist, das von einem Stern durch die atmosphärischen Luftschichten gelangt. Gäbe es solche Luftbewegungen nicht, wäre auch von Anfang an kein Flackern zu beobachten entfernter Stern im Weltraum.

Wissenschaftliche Erklärung

Wenn wir näher auf die Frage eingehen, warum Sterne funkeln, ist es erwähnenswert, dass dieser Prozess beobachtet wird, wenn das Licht eines Sterns von einer dichteren Atmosphärenschicht in eine weniger dichte wandert. Darüber hinaus bewegen sich diese Schichten, wie oben erwähnt, ständig relativ zueinander. Aus den Gesetzen der Physik wissen wir, dass warme Luft aufsteigt und kalte Luft dagegen sinkt. Wenn Licht diese Schichtgrenze passiert, beobachten wir ein Flackern.

Beim Durchgang durch Luftschichten unterschiedlicher Dichte beginnt das Licht der Sterne zu flackern, ihre Umrisse verschwimmen und das Bild nimmt zu. Gleichzeitig ändern sich auch die Strahlungsintensität und damit die Helligkeit. Durch die Untersuchung und Beobachtung der oben beschriebenen Prozesse haben Wissenschaftler verstanden, warum Sterne funkeln und ihr Flackern in der Intensität variiert. In der Wissenschaft wird diese Änderung der Lichtintensität Szintillation genannt.

Planeten und Sterne: Was ist der Unterschied?

Eine weitere interessante Tatsache ist, dass nicht jedes leuchtende kosmische Objekt Licht erzeugt, das durch das Phänomen der Szintillation entsteht. Nehmen wir die Planeten. Sie reflektieren auch das Sonnenlicht, flackern aber nicht. Durch die Art der Strahlung unterscheidet sich ein Planet von einem Stern. Ja, das Licht eines Sterns flackert, das Licht eines Planeten jedoch nicht.

Seit jeher hat die Menschheit gelernt, mithilfe der Sterne im Weltraum zu navigieren. In jenen Tagen, als es noch keine Präzisionsinstrumente gab, half der Himmel, den richtigen Weg zu finden. Und auch heute hat dieses Wissen nicht an Bedeutung verloren. Die Astronomie als Wissenschaft begann im 16. Jahrhundert, als das Teleskop erfunden wurde. Damals begannen sie, das Licht der Sterne genau zu beobachten und die Gesetze zu studieren, nach denen sie funkeln. Wort Astronomie Aus dem Griechischen übersetzt heißt es „das Gesetz der Sterne“.

Sternenwissenschaft

Die Astronomie untersucht das Universum und die Himmelskörper, ihre Bewegung, Lage, Struktur und Herkunft. Dank der Entwicklung der Wissenschaft haben Astronomen erklärt, wie sich ein flackernder Stern am Himmel von einem Planeten unterscheidet und wie die Entwicklung abläuft Himmelskörper, ihre Systeme, Satelliten. Diese Wissenschaft hat weit über die Grenzen hinaus geschaut Sonnensystem. Pulsare, Quasare, Nebel, Asteroiden, Galaxien, Schwarze Löcher, interstellare und interplanetare Materie, Kometen, Meteoriten und alles, was damit zusammenhängt Weltraum, studiert die Wissenschaft der Astronomie.

Die Intensität und Farbe des funkelnden Sternenlichts wird auch von der Höhe der Atmosphäre und der Nähe zum Horizont beeinflusst. Es ist leicht zu erkennen, dass in der Nähe befindliche Sterne heller leuchten und in verschiedenen Farben schimmern. Besonders schön wird dieser Anblick in frostigen Nächten oder unmittelbar nach dem Regen. In diesen Momenten ist der Himmel wolkenlos, was zu einem helleren Flimmern beiträgt. Sirius hat eine besondere Ausstrahlung.

Atmosphäre und Sternenlicht

Wer das Funkeln von Sternen beobachten möchte, sollte sich darüber im Klaren sein, dass dies bei ruhiger Atmosphäre im Zenit nur gelegentlich möglich ist. Die Helligkeit des Lichtstroms ändert sich ständig. Dies ist wiederum auf die Ablenkung von Lichtstrahlen zurückzuführen, die über der Erdoberfläche ungleichmäßig konzentriert sind. Auch der Wind beeinflusst die Sternenlandschaft. Dabei befindet sich der Betrachter des Sternpanoramas ständig abwechselnd in einem abgedunkelten oder beleuchteten Bereich.

Bei der Beobachtung von Sternen, die sich in einer Höhe von mehr als 50° befinden, ist die Farbveränderung nicht erkennbar. Aber Sterne, die unter 35° liegen, funkeln und ändern häufig ihre Farbe. Ein sehr intensives Flackern weist auf eine atmosphärische Heterogenität hin, die in direktem Zusammenhang mit der Meteorologie steht. Bei der Beobachtung des Sternfunkelns fiel auf, dass es bei niedrigen Temperaturen tendenziell stärker wird. Luftdruck, Temperatur. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit ist auch eine Zunahme des Flimmerns zu beobachten. Es ist jedoch unmöglich, das Wetter mithilfe der Szintillation vorherzusagen. Der Zustand der Atmosphäre hängt davon ab große Zahl verschiedene Faktoren, die es uns nicht erlauben, allein aus dem Sternfunkeln Rückschlüsse auf das Wetter zu ziehen. Natürlich funktionieren einige Dinge, aber dieses Phänomen birgt immer noch seine eigenen Unklarheiten und Geheimnisse.

In der Atmosphäre gibt es kalte und heiße Luftströmungen. Wo die warmen Schichten über den kalten liegen, bilden sich Luftwirbel, unter deren Einfluss die Lichtstrahlen gebogen werden und sich die Position des Sterns ändert.

Die Helligkeit eines Sterns ändert sich, weil falsch abweichende Strahlen ungleichmäßig auf der Planetenoberfläche konzentriert werden. Gleichzeitig verändert sich die gesamte Landschaft aufgrund atmosphärischer Phänomene, beispielsweise durch Wind, ständig. Der Beobachter der Sterne befindet sich entweder in einem stärker beleuchteten Bereich oder umgekehrt in einem schattigeren.

Wenn Sie das Funkeln von Sternen beobachten möchten, bedenken Sie, dass dieses Phänomen im Zenit und in einer ruhigen Atmosphäre nur gelegentlich beobachtet werden kann. Wenn Sie Ihren Blick auf Himmelsobjekte richten, die näher am Horizont liegen, werden Sie feststellen, dass diese viel stärker funkeln. Dies erklärt sich dadurch, dass man die Sterne durch eine dichtere Luftschicht betrachtet und dementsprechend seinen Blick durchdringt größere Zahl Luft strömt. Bei Sternen, die sich in einer Höhe von mehr als 50° befinden, werden Sie keine Farbveränderungen bemerken. Bei Sternen unter 35° kommt es jedoch häufig zu Farbveränderungen. Sirius flackert sehr schön und schimmert in allen Farben des Spektrums, besonders in Wintermonate, tief über dem Horizont.

Das starke Funkeln der Sterne beweist die Heterogenität der Atmosphäre, die mit verschiedenen meteorologischen Phänomenen verbunden ist. Daher denken viele Menschen, dass das Flackern mit dem Wetter zusammenhängt. Bei niedrigem Luftdruck, niedrigerer Temperatur, erhöhter Luftfeuchtigkeit usw. gewinnt es oft an Stärke. Aber der Zustand der Atmosphäre hängt von so vielen verschiedenen Faktoren ab dieser Moment Es ist nicht möglich, das Wetter anhand des Funkelns der Sterne vorherzusagen.

Dieses Phänomen birgt seine Geheimnisse und Unklarheiten. Es wird angenommen, dass es sich in der Dämmerung verstärkt. Dies könnte eine optische Täuschung oder eine Folge ungewöhnlicher atmosphärischer Veränderungen sein, die zu dieser Tageszeit häufig auftreten. Es wird angenommen, dass das Funkeln der Sterne durch das Nordlicht verursacht wird. Aber das ist angesichts dessen sehr schwer zu erklären Nordlichter liegt auf einer Höhe von mehr als 100 km. Darüber hinaus bleibt es ein Rätsel, warum weiße Sterne weniger funkeln als rote.

Sterne sind Sonnen. Der erste Mensch, der diese Wahrheit entdeckte, war ein Wissenschaftler italienischer Herkunft. Ohne Übertreibung ist sein Name jedem bekannt moderne Welt. Das ist der legendäre Giordano Bruno. Er argumentierte, dass es unter den Sternen solche gibt, die der Sonne in Größe, Temperatur ihrer Oberfläche und sogar Farbe ähneln, was direkt von der Temperatur abhängt. Darüber hinaus gibt es Sterne, die sich deutlich von der Sonne unterscheiden – Riesen und Überriesen.

Rangliste

Die Vielfalt der unzähligen Sterne am Himmel zwang die Astronomen, eine gewisse Ordnung zwischen ihnen herzustellen. Zu diesem Zweck beschlossen Wissenschaftler, die Sterne in entsprechende Klassen ihrer Leuchtkraft einzuteilen. Sterne, die mehrere tausend Mal mehr Licht aussenden als die Sonne, werden beispielsweise Riesen genannt. Im Gegensatz dazu sind Sterne mit minimaler Leuchtkraft Zwerge. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Sonne diesem Merkmal entspricht durchschnittlicher Stern.

leuchten sie anders?

Eine Zeit lang dachten Astronomen, dass Sterne aufgrund ihrer unterschiedlichen Position zur Erde unterschiedlich leuchten. Aber das ist nicht so. Astronomen haben herausgefunden, dass selbst Sterne, die sich in der gleichen Entfernung von der Erde befinden, eine völlig unterschiedliche scheinbare Helligkeit haben können. Diese Helligkeit hängt nicht nur von der Entfernung, sondern auch von der Temperatur der Sterne selbst ab. Um Sterne anhand ihrer scheinbaren Helligkeit zu vergleichen, verwenden Wissenschaftler eine bestimmte Maßeinheit – die absolute Helligkeit. Es ermöglicht uns, die tatsächliche Strahlung eines Sterns zu berechnen. Mit dieser Methode haben Wissenschaftler berechnet, dass es nur 20 der hellsten Sterne am Himmel gibt.

Warum haben Sterne verschiedene Farben?

Oben wurde geschrieben, dass Astronomen Sterne anhand ihrer Größe und Leuchtkraft unterscheiden. Dies ist jedoch nicht ihre gesamte Klassifizierung. Neben ihrer Größe und scheinbaren Helligkeit werden alle Sterne auch nach ihrer eigenen Farbe klassifiziert. Tatsache ist, dass das Licht, das diesen oder jenen Stern definiert, Wellenstrahlung hat. Diese sind ziemlich kurz. Trotz der minimalen Wellenlänge des Lichts verändert selbst der kleinste Unterschied in der Größe der Lichtwellen die Farbe des Sterns dramatisch, was direkt von der Temperatur seiner Oberfläche abhängt. Wenn Sie beispielsweise eine Eisenbratpfanne erhitzen, erhält diese die entsprechende Farbe.

Das Farbspektrum eines Sterns ist eine Art Pass, der ihn am meisten bestimmt Eigenschaften. Beispielsweise wurden die Sonne und Capella (ein sonnenähnlicher Stern) von Astronomen als ein und dasselbe identifiziert. Beide haben eine blassgelbe Farbe und eine Oberflächentemperatur von 6000°C. Darüber hinaus umfasst ihr Spektrum identische Substanzen: Linien, Natrium und Eisen.

Sterne wie Beteigeuze oder Antares haben im Allgemeinen eine charakteristische rote Farbe. Ihre Oberflächentemperatur beträgt 3000°C und sie enthalten Titanoxid. Weiße Farbe haben Sterne wie Sirius und Wega. Ihre Oberflächentemperatur beträgt 10000°C. Ihre Spektren weisen Wasserstofflinien auf. Es gibt auch einen Stern mit einer Oberflächentemperatur von 30.000 °C – das ist der bläulich-weiße Orionis.

Beim Durchgang durch die Erdatmosphäre ändern Lichtstrahlen ihre Richtung. Aufgrund der zunehmenden atmosphärischen Dichte nimmt die Brechung der Lichtstrahlen zu, wenn sie sich der Erdoberfläche nähern. Als Ergebnis sieht der Beobachter Himmelskörper als ob er um einen Winkel über dem Horizont angehoben wäre, der astronomische Brechung genannt wird.

Die Brechung ist eine der Hauptquellen sowohl für systematische als auch für zufällige Beobachtungsfehler. Im Jahr 1906 Newcomb schrieb, dass es keinen Zweig der praktischen Astronomie gibt, über den so viel geschrieben wurde wie die Brechung, und der sich in einem so unbefriedigenden Zustand befinde. Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts reduzierten Astronomen ihre Beobachtungen mithilfe von im 19. Jahrhundert erstellten Brechungstabellen. Der Hauptnachteil aller alten Theorien war ein ungenaues Verständnis der Struktur der Erdatmosphäre.

Nehmen wir die Erdoberfläche AB als eine Kugel mit dem Radius OA=R und stellen uns die Erdatmosphäre in Form von dazu konzentrischen Schichten vor Oh, ein 1 in 1 und 2 in 2...wobei die Dichte mit der Annäherung der Schichten an die Erdoberfläche zunimmt (Abb. 2.7). Dann wird ein Strahl SA von einem sehr weit entfernten Körper, der in der Atmosphäre gebrochen wird, am Punkt A in der Richtung S¢A ankommen und von seiner Ausgangsposition SA oder von der dazu parallelen Richtung S²A um einen bestimmten Winkel S¢AS²= abweichen R, astronomische Brechung genannt. Alle Elemente des gekrümmten Strahls SA und seiner endgültigen scheinbaren Richtung AS¢ liegen in derselben vertikalen Ebene ZAOS. Folglich erhöht die astronomische Brechung nur die wahre Richtung des Sterns in der durch ihn verlaufenden vertikalen Ebene.

Die Winkelhöhe eines Sterns über dem Horizont wird in der Astronomie als Höhe des Sterns bezeichnet. Winkel S¢AH = h¢ ist die scheinbare Höhe des Sterns und der Winkel S²AH = h = h¢ - r ist seine wahre Höhe. Ecke z ist der wahre Zenitabstand der Leuchte und z¢ ist sein sichtbarer Wert.

Das Ausmaß der Brechung hängt von vielen Faktoren ab und kann sich an jedem Ort der Erde, sogar innerhalb eines Tages, ändern. Für durchschnittliche Bedingungen wurde eine ungefähre Brechungsformel erhalten:

Dh=-0,9666 ctg h¢. (2.1)

Der Koeffizient 0,9666 entspricht der Dichte der Atmosphäre bei einer Temperatur von +10°C und einem Druck von 760 mm Hg. Bei unterschiedlichen Eigenschaften der Atmosphäre muss die nach Formel (2.1) berechnete Brechungskorrektur durch Temperatur- und Druckkorrekturen korrigiert werden.

Abb. 2.7. Astronomische Brechung

Um die astronomische Brechung bei zenitalen Methoden astronomischer Bestimmungen zu berücksichtigen, werden bei der Beobachtung der Zenitabstände von Himmelskörpern Temperatur und Luftdruck gemessen. Bei präzisen Methoden der astronomischen Bestimmung werden die Zenitabstände von Himmelskörpern im Bereich von 10° bis 60° gemessen. Die Obergrenze ist auf instrumentelle Fehler zurückzuführen, die Untergrenze auf Fehler in den Refraktionstabellen.

Der durch die Brechungskorrektur korrigierte Zenitabstand der Leuchte wird nach folgender Formel berechnet:

Durchschnittliche (normal bei einer Temperatur von +10°C und einem Druck von 760 mm Hg.) Brechung, berechnet nach z¢;

Ein Koeffizient, der die Lufttemperatur berücksichtigt und aus dem Temperaturwert berechnet wird;

B– Koeffizient unter Berücksichtigung des Luftdrucks.

Viele Wissenschaftler untersuchten die Brechungstheorie. Zunächst ging man davon aus, dass die Dichte verschiedener Schichten der Atmosphäre mit zunehmender Höhe dieser Schichten abnimmt arithmetische Folge(Booge). Doch bald erkannte man, dass diese Annahme in jeder Hinsicht unbefriedigend war, da sie auch dazu führte kleine Größe Brechung und zu einem zu schnellen Temperaturabfall mit der Höhe über der Erdoberfläche.

Newton stellte die Hypothese auf, dass die Dichte der Atmosphäre gemäß dem Gesetz mit der Höhe abnimmt geometrischer Verlauf. Und diese Hypothese erwies sich als unbefriedigend. Nach dieser Hypothese stellte sich heraus, dass die Temperatur in allen Schichten der Atmosphäre konstant und gleich der Temperatur auf der Erdoberfläche bleiben sollte.

Am genialsten war Laplaces Hypothese, die zwischen den beiden oben genannten liegt. Die Brechungstabellen, die jährlich im französischen astronomischen Kalender veröffentlicht wurden, basierten auf dieser Laplace-Hypothese.

Die Erdatmosphäre mit ihrer Instabilität (Turbulenzen, Brechungsschwankungen) schränkt die Genauigkeit astronomischer Beobachtungen von der Erde aus ein.

Bei der Auswahl eines Standorts für die Installation großer astronomischer Instrumente wird zunächst das Astroklima des Gebiets umfassend untersucht. Darunter versteht man eine Reihe von Faktoren, die die Form der Wellenfront der Strahlung von Himmelsobjekten, die die Atmosphäre durchdringen, verzerren. Wenn die Wellenfront das Gerät unverzerrt erreicht, kann das Gerät in diesem Fall mit maximaler Effizienz arbeiten (mit einer Auflösung, die sich der theoretischen annähert).

Wie sich herausstellte, verringerte sich die Qualität des Teleskopbildes hauptsächlich aufgrund von Störungen durch die Bodenschicht der Atmosphäre. Die Erde kühlt aufgrund ihrer eigenen Wärmestrahlung nachts deutlich ab und kühlt die angrenzende Luftschicht ab. Eine Änderung der Lufttemperatur um 1°C ändert ihren Brechungsindex um 10 -6. Auf isolierten Berggipfeln kann die Dicke der Bodenluftschicht mit einem erheblichen Temperaturunterschied (Gefälle) mehrere zehn Meter erreichen. In Tälern und flachen Gebieten ist diese Schicht nachts viel dicker und kann Hunderte von Metern betragen. Dies erklärt die Wahl der Standorte für astronomische Observatorien auf Bergrückenausläufern und auf isolierten Gipfeln, von wo aus dichtere Kaltluft in die Täler strömen kann. Die Höhe des Teleskopturms wird so gewählt, dass sich das Instrument über dem Hauptbereich der Temperaturinhomogenitäten befindet.

Ein wichtiger Faktor im Astroklima ist der Wind in der Oberflächenschicht der Atmosphäre. Durch die Vermischung von Schichten aus kalter und warmer Luft kommt es zu Dichteinhomogenitäten in der Luftsäule über dem Gerät. Inhomogenitäten, deren Abmessungen kleiner als der Durchmesser des Teleskops sind, führen zu einer Defokussierung des Bildes. Größere Dichteschwankungen (mehrere Meter oder mehr) verursachen keine starken Verzerrungen der Wellenfront und führen hauptsächlich zu einer Verschiebung und nicht zu einer Defokussierung des Bildes.

IN obere Schichten Atmosphäre (an der Tropopause) werden auch Schwankungen der Dichte und des Brechungsindex der Luft beobachtet. Störungen in der Tropopause haben jedoch keinen nennenswerten Einfluss auf die Bildqualität optischer Instrumente, da dort die Temperaturgradienten viel geringer sind als in der Oberflächenschicht. Diese Schichten verursachen kein Zittern, sondern das Funkeln von Sternen.

In astroklimatischen Studien wird ein Zusammenhang zwischen der Anzahl der vom Wetterdienst erfassten klaren Tage und der Anzahl der für astronomische Beobachtungen geeigneten Nächte hergestellt. Die vorteilhaftesten Gebiete laut astroklimatischer Analyse des Gebiets ehemalige UdSSR sind einige Bergregionen der zentralasiatischen Staaten.

Terrestrische Brechung

Strahlen von Bodenobjekten erfahren ebenfalls eine Brechung, wenn sie einen ausreichend langen Weg in der Atmosphäre zurücklegen. Die Flugbahn der Strahlen wird unter dem Einfluss der Brechung gebogen, und wir sehen sie an den falschen Stellen oder in der falschen Richtung, wo sie tatsächlich sind. Unter bestimmten Bedingungen entstehen durch die irdische Brechung Fata Morganas – falsche Bilder entfernter Objekte.

Der terrestrische Brechungswinkel a ist der Winkel zwischen der Richtung zur scheinbaren und der tatsächlichen Position des beobachteten Objekts (Abb. 2.8). Der Wert des Winkels a hängt von der Entfernung zum beobachteten Objekt und vom vertikalen Temperaturgradienten in der Oberflächenschicht der Atmosphäre ab, in der die Ausbreitung von Strahlen von Bodenobjekten erfolgt.

Abb.2.8. Manifestation der Erdbrechung während der Sichtung:

a) – von unten nach oben, b) – von oben nach unten, a – Winkel der terrestrischen Brechung

Der geodätische (geometrische) Sichtbereich hängt mit der terrestrischen Brechung zusammen (Abb. 2.9). Nehmen wir an, dass sich der Beobachter am Punkt A in einer bestimmten Höhe hH über der Erdoberfläche befindet und den Horizont in Richtung des Punktes B beobachtet. Die NAN-Ebene ist eine horizontale Ebene, die senkrecht zum Radius des Globus durch den Punkt A geht, genannt die Ebene des mathematischen Horizonts. Wenn sich Lichtstrahlen geradlinig in der Atmosphäre ausbreiten würden, wäre Punkt B der am weitesten entfernte Punkt auf der Erde, den ein Beobachter von Punkt A aus sehen könnte. Die Entfernung zu diesem Punkt (Tangente AB zum Globus) ist der geodätische (oder geometrische) Sichtbereich D 0 . Eine kreisförmige Sprenglinie auf der Erdoberfläche ist der geodätische (oder geometrische) Horizont des Beobachters. Der Wert von D 0 wird nur durch geometrische Parameter bestimmt: den Erdradius R und die Höhe h H des Beobachters und ist gleich D o ≈ √ 2Rh H = 3,57√ h H, was aus Abb. 2.9 folgt.

Abb.2.9. Terrestrische Refraktion: mathematische (NN) und geodätische (BB) Horizonte, geodätischer Sichtbereich (AB=D 0)

Wenn ein Beobachter ein Objekt beobachtet, das sich in einer Höhe h über der Erdoberfläche befindet, ist die geodätische Entfernung die Entfernung AC = 3,57(√ h H + √ h pr). Diese Aussagen wären wahr, wenn Licht geradlinig durch die Atmosphäre wandern würde. Aber das ist nicht so. Bei einer Normalverteilung von Temperatur und Luftdichte in der Bodenschicht ist die gekrümmte Linie, die die Flugbahn des Lichtstrahls darstellt, mit ihrer konkaven Seite der Erde zugewandt. Daher ist der am weitesten entfernte Punkt, den ein Beobachter von A sehen kann, nicht B, sondern B¢. Der geodätische Sichtbereich AB¢ wird unter Berücksichtigung der Brechung im Durchschnitt um 6-7 % größer sein und anstelle des Koeffizienten von 3,57 in den Formeln tritt ein Koeffizient von 3,82 ein. Die geodätische Reichweite wird anhand der Formeln berechnet

, h - in m, D - in km, R - 6378 km

Wo H n und H pr – in Metern, D - in Kilometern.

Für einen durchschnittlich großen Menschen beträgt die Horizontentfernung auf der Erde etwa 5 km. Für die Kosmonauten V.A. Shatalov und A.S. Eliseev, die weiterflogen Raumschiff„Sojus-8“, die Horizontreichweite am Perigäum (Höhe 205 km) betrug 1730 km und am Apogäum (Höhe 223 km) 1800 km.

Bei Radiowellen ist die Brechung nahezu unabhängig von der Wellenlänge, hängt aber neben Temperatur und Druck auch vom Wasserdampfgehalt der Luft ab. Unter den gleichen Bedingungen von Temperatur- und Druckänderungen werden Radiowellen stärker gebrochen als Lichtwellen, insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit.

Daher gibt es in den Formeln zur Bestimmung der Horizontreichweite oder zur Erkennung eines Objekts durch einen Radarstrahl vor der Wurzel einen Koeffizienten von 4,08. Folglich ist der Horizont des Radarsystems etwa 11 % weiter entfernt.

Radiowellen werden von der Erdoberfläche und von der unteren Grenze der Inversion oder Schicht mit geringer Luftfeuchtigkeit gut reflektiert. In solch einem einzigartigen Wellenleiter, der von der Erdoberfläche und der Basis der Inversion gebildet wird, können sich Radiowellen über weite Strecken ausbreiten lange Distanzen. Diese Merkmale der Funkwellenausbreitung werden erfolgreich im Radar genutzt.

Die Lufttemperatur in der Bodenschicht, insbesondere im unteren Teil, nimmt nicht immer mit der Höhe ab. Sie kann unterschiedlich schnell abnehmen, sie darf sich mit der Höhe nicht ändern (Isothermie) und sie kann mit der Höhe zunehmen (Inversion). Abhängig von der Größe und dem Vorzeichen des Temperaturgradienten kann die Brechung unterschiedliche Auswirkungen auf die Reichweite des sichtbaren Horizonts haben.

Der vertikale Temperaturgradient in einer homogenen Atmosphäre, in der sich die Luftdichte nicht mit der Höhe ändert, G 0 = 3,42°C/100m. Betrachten wir die Flugbahn des Strahls AB bei unterschiedlichen Temperaturgradienten an der Erdoberfläche.

Lass, d.h. Die Lufttemperatur nimmt mit der Höhe ab. Unter dieser Bedingung nimmt auch der Brechungsindex mit der Höhe ab. Die Flugbahn des Lichtstrahls wird in diesem Fall mit seiner konkaven Seite der Erdoberfläche zugewandt sein (in Abb. 2.9 die Flugbahn). AB¢). Diese Brechung wird als positiv bezeichnet. Am weitesten entfernter Punkt IN¢ Der Beobachter sieht in Richtung der letzten Tangente zum Strahlengang. Diese Tangente, d.h. Der durch Brechung sichtbare Horizont ist gleich dem mathematischen Horizont NAS Winkel D, kleiner als Winkel D. Ecke D ist der Winkel zwischen dem mathematischen und dem geometrischen Horizont ohne Brechung. Somit ist der sichtbare Horizont um einen Winkel angestiegen ( D- D) und erweitert, weil D > D0.

Stellen wir uns das jetzt mal vor G nimmt allmählich ab, d.h. Mit der Höhe nimmt die Temperatur immer langsamer ab. Es wird einen Moment geben, in dem der Temperaturgradient Null wird (Isothermie) und dann wird der Temperaturgradient negativ. Die Temperatur nimmt nicht mehr ab, sondern steigt mit der Höhe, d. h. Es wird eine Temperaturinversion beobachtet. Wenn der Temperaturgradient abnimmt und den Nullpunkt durchläuft, steigt der sichtbare Horizont immer höher und es wird ein Moment kommen, in dem D gleich Null wird. Der sichtbare geodätische Horizont wird zum mathematischen Horizont aufsteigen. Die Erdoberfläche schien sich aufzurichten und flach zu werden. Der geodätische Sichtbereich ist unendlich groß. Der Krümmungsradius des Strahls entsprach dem Radius der Erdkugel.

Bei einer noch stärkeren Temperaturinversion wird D negativ. Der sichtbare Horizont ist über den mathematischen gestiegen. Am Punkt A wird es dem Beobachter so vorkommen, als befände er sich auf dem Grund eines riesigen Beckens. Aufgrund des Horizonts steigen Objekte, die sich weit außerhalb des geodätischen Horizonts befinden, auf und werden sichtbar (als würden sie in der Luft schweben) (Abb. 2.10).

Solche Phänomene können in Polarländern beobachtet werden. Von der kanadischen Küste Amerikas durch die Smith Strait kann man manchmal die Küste Grönlands mit all den Gebäuden sehen. Die Entfernung zur grönländischen Küste beträgt etwa 70 km, während die geodätische Sichtweite nicht mehr als 20 km beträgt. Ein anderes Beispiel. Von Hastings aus, auf der englischen Seite der Pas-de-Calais-Straße, konnte ich die französische Küste sehen, die in einer Entfernung von etwa 75 km auf der anderen Seite der Meerenge lag.

Abb.2.10. Das Phänomen der ungewöhnlichen Brechung in Polarländern

Nehmen wir das nun einmal an G=G 0, daher ändert sich die Luftdichte nicht mit der Höhe (homogene Atmosphäre), es gibt keine Brechung und D=D 0 .

Bei G > G 0 Der Brechungsindex und die Luftdichte nehmen mit der Höhe zu. In diesem Fall ist die Flugbahn der Lichtstrahlen mit ihrer konvexen Seite der Erdoberfläche zugewandt. Diese Brechung wird negativ genannt. Der letzte Punkt auf der Erde, den ein Beobachter von A aus sehen wird, ist B². Der sichtbare Horizont AB² verengte sich und fiel in einen Winkel ab (D - D).

Aus dem Besprochenen können wir die folgende Regel formulieren: Wenn sich entlang der Ausbreitung eines Lichtstrahls in der Atmosphäre die Luftdichte (und damit der Brechungsindex) ändert, dann wird der Lichtstrahl so gebogen, dass seine Flugbahn immer gleich ist konvex in Richtung abnehmender Dichte (und Brechungsindex) der Luft.

Brechung und Fata Morgana

Das Wort Fata Morgana ist französischen Ursprungs und hat zwei Bedeutungen: „Reflexion“ und „trügerische Vision“. Beide Bedeutungen dieses Wortes spiegeln gut das Wesen des Phänomens wider. Eine Fata Morgana ist ein Bild eines Objekts, das tatsächlich auf der Erde existiert, oft vergrößert und stark verzerrt. Je nachdem, wo sich das Bild im Verhältnis zum Objekt befindet, gibt es verschiedene Arten von Fata Morgana: obere, untere, seitliche und komplexe. Am häufigsten beobachtet werden obere und untere Fata Morgana, die auftreten, wenn eine ungewöhnliche Verteilung der Dichte (und damit des Brechungsindex) in der Höhe vorliegt, wenn sich in einer bestimmten Höhe oder in der Nähe der Erdoberfläche eine relativ dünne Schicht befindet sehr warme Luft (mit niedrigem Brechungsindex), in der Strahlen, die von Bodenobjekten kommen, eine Totalreflexion erfahren. Dies geschieht, wenn Strahlen in einem Winkel auf diese Schicht fallen, der größer als der Vollwinkel ist innere Reflexion. Diese wärmere Luftschicht fungiert als Luftspiegel und reflektiert die einfallenden Strahlen.

Überlegene Luftspiegelungen (Abb. 2.11) treten bei starken Temperaturinversionen auf, wenn die Luftdichte und der Brechungsindex mit der Höhe schnell abnehmen. Bei überlegenen Fata Morgana befindet sich das Bild über dem Objekt.

Abb.2.11. Überlegenes Mirage

Die Flugbahnen der Lichtstrahlen sind in Abbildung (2.11) dargestellt. Nehmen wir an, dass die Erdoberfläche flach ist und parallel dazu Schichten gleicher Dichte liegen. Da die Dichte mit der Höhe abnimmt, gilt . Die warme Schicht, die als Spiegel fungiert, liegt in der Höhe. Wenn in dieser Schicht der Einfallswinkel der Strahlen gleich dem Brechungsindex () wird, rotieren die Strahlen zurück zur Erdoberfläche. Der Betrachter kann gleichzeitig das Objekt selbst (sofern es sich nicht außerhalb des Horizonts befindet) und ein oder mehrere Bilder darüber sehen – aufrecht und umgekehrt.

Abb.2.12. Komplexe, überlegene Fata Morgana

In Abb. Abbildung 2.12 zeigt ein Diagramm des Auftretens einer komplexen oberen Fata Morgana. Das Objekt selbst ist sichtbar ab, über ihm ist ein direktes Bild von ihm zu sehen a¢b¢, invertiert in²b² und wieder direkt a²¢b²¢. Eine solche Fata Morgana kann auftreten, wenn die Luftdichte mit der Höhe zunächst langsam, dann schnell und wieder langsam abnimmt. Das Bild wird invertiert, wenn die Strahlen von kommen Extrempunkte Objekte werden sich schneiden. Befindet sich ein Objekt weit entfernt (jenseits des Horizonts), ist das Objekt selbst möglicherweise nicht sichtbar, aber seine hoch in die Luft gehobenen Bilder sind aus großer Entfernung sichtbar.

Die Stadt Lomonossow liegt am Ufer des Finnischen Meerbusens, 40 km von St. Petersburg entfernt. Normalerweise ist St. Petersburg von Lomonosov aus überhaupt nicht oder nur sehr schlecht sichtbar. Manchmal ist St. Petersburg „auf einen Blick“ sichtbar. Dies ist ein Beispiel für überlegene Fata Morgana.

Anscheinend sollte die Zahl der oberen Fata Morgana zumindest einen Teil der sogenannten Geisterländer umfassen, die jahrzehntelang in der Arktis gesucht und nie gefunden wurden. Sie suchten besonders lange nach dem Sannikow-Land.

Yakov Sannikov war Jäger und im Pelzhandel tätig. Im Jahr 1811 Er machte sich mit Hunden auf den Weg über das Eis zur Gruppe der Neusibirischen Inseln und sah von der Nordspitze der Insel Kotelny eine unbekannte Insel im Ozean. Er konnte sie nicht erreichen, meldete aber der Regierung die Entdeckung einer neuen Insel. Im August 1886 E.V. Tol sah während seiner Expedition zu den Neusibirischen Inseln auch die Insel Sannikow und schrieb in sein Tagebuch: „Der Horizont ist völlig klar. In Richtung Nordosten, 14–18 Grad, waren die Konturen von vier Tafelbergen deutlich zu erkennen, die mit dem Tiefland im Osten verbunden waren. Somit wurde Sannikows Botschaft vollständig bestätigt. Wir haben daher das Recht, an der entsprechenden Stelle auf der Karte eine gepunktete Linie zu zeichnen und darauf zu schreiben: „Sannikov-Land.“

Tol widmete 16 Jahre seines Lebens der Suche nach dem Sannikow-Land. Er organisierte und leitete drei Expeditionen in das Gebiet der Neusibirischen Inseln. Während der letzten Expedition auf dem Schoner „Zarya“ (1900-1902) scheiterte Tolyas Expedition, ohne das Sannikow-Land zu finden. Mehr Erde Niemand hat Sannikow gesehen. Vielleicht handelte es sich um eine Fata Morgana, die zu bestimmten Zeiten im Jahr am selben Ort auftaucht. Sowohl Sannikov als auch Tol sahen eine Fata Morgana derselben Insel in dieser Richtung, nur viel weiter im Ozean. Vielleicht war es eine der De-Long-Inseln. Vielleicht war es ein riesiger Eisberg – eine ganze Eisinsel. Solche Eisberge mit einer Fläche von bis zu 100 km2 wandern über mehrere Jahrzehnte über den Ozean.

Die Fata Morgana täuschte die Menschen nicht immer. Der englische Polarforscher Robert Scott im Jahr 1902. In der Antarktis sah ich Berge, als hingen sie in der Luft. Scott vermutete, dass es weiter hinter dem Horizont eine Bergkette gab. Und tatsächlich wurde die Bergkette später vom norwegischen Polarforscher Raoul Amundsen genau dort entdeckt, wo Scott sie erwartet hatte.

Abb.2.13. Minderwertige Fata Morgana

Minderwertige Luftspiegelungen (Abb. 2.13) treten auf, wenn die Temperatur mit der Höhe sehr schnell abnimmt, d. h. bei sehr großen Temperaturgradienten. Die Rolle eines Luftspiegels übernimmt die dünne Oberfläche der wärmsten Luftschicht. Eine Fata Morgana wird als minderwertige Fata Morgana bezeichnet, weil das Bild eines Objekts unter dem Objekt platziert wird. Bei niedrigeren Fata Morganas scheint es, als ob sich unter dem Objekt eine Wasseroberfläche befände und sich alle Objekte darin spiegeln würden.

Bei ruhigem Wasser spiegeln sich alle am Ufer stehenden Gegenstände deutlich. Die Reflexion in einer dünnen, von der Erdoberfläche erhitzten Luftschicht ähnelt völlig der Reflexion im Wasser, nur dass die Luft selbst die Rolle eines Spiegels übernimmt. Die Luftverhältnisse, in denen minderwertige Fata Morgana auftreten, sind äußerst instabil. Denn unten, in Bodennähe, liegt stark erhitzte und damit leichtere Luft, darüber liegt kältere und schwerere Luft. Vom Boden aufsteigende heiße Luftstrahlen durchdringen kalte Luftschichten. Dadurch verändert sich die Fata Morgana vor unseren Augen, die Oberfläche des „Wassers“ scheint bewegt zu werden. Ein kleiner Windstoß oder eine Erschütterung genügt und es kommt zum Einsturz, d.h. Luftschichten umdrehen. Schwere Luft wird nach unten strömen, den Luftspiegel zerstören und die Fata Morgana wird verschwinden. Günstige Bedingungen für das Auftreten minderwertiger Fata Morgana sind ein homogener, flacher Erdboden, wie er in Steppen und Wüsten vorkommt, sowie sonniges, windstilles Wetter.

Wenn eine Fata Morgana ein Abbild eines real existierenden Objekts ist, dann stellt sich die Frage: Was für eine Wasseroberfläche sehen Reisende in der Wüste? Schließlich gibt es in der Wüste kein Wasser. Tatsache ist, dass die scheinbare Wasseroberfläche oder der See, die in einer Fata Morgana sichtbar sind, in Wirklichkeit kein Bild der Wasseroberfläche, sondern des Himmels ist. Teile des Himmels spiegeln sich im Luftspiegel und erzeugen die vollständige Illusion einer glänzenden Wasseroberfläche. Eine solche Fata Morgana kann man nicht nur in der Wüste oder Steppe sehen. Sie kommen sogar in St. Petersburg und Umgebung vor sonnige Tageüber Asphaltstraßen oder einen flachen Sandstrand.

Abb.2.14. Seitliche Fata Morgana

Seitentrugbilder treten auf, wenn Luftschichten gleicher Dichte nicht wie üblich horizontal, sondern schräg und sogar vertikal in der Atmosphäre liegen (Abb. 2.14). Solche Bedingungen entstehen im Sommer, morgens kurz nach Sonnenaufgang, an den felsigen Ufern des Meeres oder Sees, wenn das Ufer bereits von der Sonne beleuchtet wird und die Wasseroberfläche und die Luft darüber noch kalt sind. Am Genfersee wurden immer wieder seitliche Fata Morgana beobachtet. Eine seitliche Fata Morgana kann in der Nähe einer Steinmauer eines von der Sonne beheizten Hauses und sogar an der Seite eines beheizten Ofens erscheinen.

Komplexe Arten von Luftspiegelungen oder Fata Morgana treten auf, wenn gleichzeitig Bedingungen für das Auftreten einer oberen und einer unteren Luftspiegelung vorliegen, beispielsweise während einer erheblichen Temperaturinversion in einer bestimmten Höhe über einem relativ warmen Meer. Die Luftdichte nimmt mit der Höhe zunächst zu (die Lufttemperatur sinkt) und nimmt dann auch schnell wieder ab (die Lufttemperatur steigt). Bei einer solchen Luftdichteverteilung ist der Zustand der Atmosphäre sehr instabil und unterliegt plötzlichen Veränderungen. Daher verändert sich das Aussehen der Fata Morgana vor unseren Augen. Die gewöhnlichsten Felsen und Häuser verwandeln sich vor unseren Augen durch wiederholte Verzerrungen und Vergrößerungen in die wundervollen Schlösser der Fee Morgana. Fata Morgana wird vor der Küste Italiens und Siziliens beobachtet. Es kann aber auch in hohen Breiten vorkommen. So beschrieb der berühmte sibirische Entdecker F.P. Wrangel die Fata Morgana, die er in Nischnekolymsk sah: „Die Wirkung der horizontalen Brechung erzeugte eine Art Fata Morgana.“ Die im Süden liegenden Berge schienen uns in verschiedenen verzerrten Formen in der Luft zu hängen. Die Gipfel der fernen Berge schienen umgestürzt zu sein. Der Fluss verengte sich so sehr, dass das gegenüberliegende Ufer fast bei unseren Hütten zu liegen schien.“

DIE REGIERUNG VON MOSKAU

MOSKAUER BILDUNGSABTEILUNG

ABTEILUNG DES ÖSTLICHEN BEZIRKS

BILDUNGSEINRICHTUNG DES STAATLICHEN HAUSHALTS

Sekundarschule Nr. 000

111141 Moskauer Str. Perovskaya-Gebäude 44-a, Gebäude 1,2 Telefon

Lektion Nr. 5 (28.02.13)

„Mit Text arbeiten“

Zu den Prüfungsmaterialien in der Physik gehören Aufgaben, die die Fähigkeit der Studierenden testen, für sie neue Informationen zu beherrschen, mit diesen Informationen zu arbeiten und Fragen zu beantworten, deren Antworten sich aus dem zum Studium vorgeschlagenen Text ergeben. Nach dem Studium des Textes werden drei Aufgaben angeboten (Nr. 16,17 - Basislevel, Nr. 18 - Fortgeschrittenes Niveau).

Gilberts Experimente zum Magnetismus.

Gilbert schnitt eine Kugel aus einem natürlichen Magneten, sodass diese an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten Pole hatte. Er nannte diesen kugelförmigen Magneten eine Terella (Abb. 1), also eine kleine Erde. Indem Sie eine sich bewegende Magnetnadel näher an sie heranbringen, können Sie deutlich die verschiedenen Positionen der Magnetnadel erkennen, die sie an verschiedenen Punkten der Erdoberfläche einnimmt: Am Äquator befindet sich die Nadel parallel zur Horizontebene, am Pol - senkrecht zur Horizontebene.

Betrachten wir ein Experiment, das „Magnetismus durch Einfluss“ offenbart. Hängen wir zwei Eisenstreifen parallel zueinander an Fäden und bringen langsam einen großen Permanentmagneten heran. In diesem Fall divergieren die unteren Enden der Streifen, da sie gleichmäßig magnetisiert sind (Abb. 2a). Bei weiterer Annäherung des Magneten konvergieren die unteren Enden der Streifen etwas, da der Pol des Magneten selbst mit größerer Kraft auf sie einzuwirken beginnt (Abb. 2b).

Aufgabe 16

Wie ändert sich der Neigungswinkel der Magnetnadel, wenn sie sich entlang des Meridians vom Äquator zum Pol über den Globus bewegt?

1) nimmt ständig zu

2) nimmt ständig ab

3) zuerst steigt, dann sinkt

4) zuerst abnimmt, dann zunimmt

Richtige Antwort: 1

Aufgabe 17

An welchen Stellen befinden sie sich? magnetische Pole terella (Abb. 1)?

Richtige Antwort: 2

Aufgabe 18

In einem Experiment zum Nachweis von „Magnetismus durch Einfluss“ werden beide Eisenstreifen magnetisiert. In den Abbildungen 2a und 2b sind für beide Fälle die Pole des linken Streifens angegeben.

Am unteren Ende des rechten Streifens

1) In beiden Fällen erscheint der Südpol

2) In beiden Fällen erscheint der Nordpol

3) Im ersten Fall entsteht der nördliche und im zweiten Fall der südliche

4) Im ersten Fall entsteht der südliche und im zweiten Fall der nördliche

Richtige Antwort: 2

Ptolemäus‘ Experimente zur Lichtbrechung.

Der griechische Astronom Claudius Ptolemäus (ca. 130 n. Chr.) ist der Autor eines bemerkenswerten Buches, das fast 15 Jahrhunderte lang als wichtigstes Lehrbuch der Astronomie diente. Neben dem astronomischen Lehrbuch verfasste Ptolemaios jedoch auch das Buch „Optik“, in dem er die Theorie des Sehens, die Theorie der flachen und sphärischen Spiegel und eine Untersuchung des Phänomens der Lichtbrechung darlegte.

Ptolemaios stieß bei der Beobachtung der Sterne auf das Phänomen der Lichtbrechung. Er bemerkte, dass ein Lichtstrahl, der sich von einem Medium zum anderen bewegt, „bricht“. Daher erreicht ein Sternstrahl, der durch die Erdatmosphäre geht, die Erdoberfläche nicht in einer geraden Linie, sondern entlang einer gekrümmten Linie, das heißt, es kommt zu einer Brechung. Die Krümmung des Strahls entsteht dadurch, dass sich die Luftdichte mit der Höhe ändert.

Um das Brechungsgesetz zu untersuchen, führte Ptolemaios das folgende Experiment durch..gif" width="13" height="24 src="> (siehe Abbildung). Die Lineale konnten sich um den Mittelpunkt des Kreises auf einer gemeinsamen Achse O drehen.

Ptolemaios tauchte diesen Kreis bis zum Durchmesser AB in Wasser und stellte durch Drehen des unteren Lineals sicher, dass die Lineale für das Auge auf derselben geraden Linie lagen (wenn man entlang des oberen Lineals schaut). Danach nahm er den Kreis aus dem Wasser und verglich die Einfallswinkel α und Brechung β . Es maß Winkel mit einer Genauigkeit von 0,5°. Die von Ptolemäus erhaltenen Zahlen sind in der Tabelle aufgeführt.

Einfallswinkel α , Hagel
Brechungswinkel β , Hagel

Ptolemaios fand keine „Formel“ für die Beziehung zwischen diesen beiden Zahlenreihen. Wenn wir jedoch die Sinuswerte dieser Winkel bestimmen, stellt sich heraus, dass das Verhältnis der Sinuswerte selbst bei einer so groben Winkelmessung, auf die Ptolemäus zurückgegriffen hat, durch fast die gleiche Zahl ausgedrückt wird.

Aufgabe 16

Im Text bezieht sich die Brechung auf das Phänomen

1) Änderungen der Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls aufgrund von Reflexion an der Grenze der Atmosphäre

2) Änderungen der Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls aufgrund der Brechung in der Erdatmosphäre

3) Absorption von Licht bei seiner Ausbreitung in der Erdatmosphäre

4) Ablenkung des Lichtstrahls um Hindernisse herum und dadurch Abweichung von der geradlinigen Ausbreitung

Richtige Antwort: 2

Aufgabe 17

Welche der folgenden Schlussfolgerungen widerspricht Experimente des Ptolemäus?

1) Brechungswinkel weniger Winkel fällt ab, wenn der Strahl von Luft zu Wasser übergeht

2) Mit zunehmendem Einfallswinkel nimmt der Brechungswinkel linear zu

3) Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels ändert sich nicht

4) Der Sinus des Brechungswinkels hängt linear vom Sinus des Einfallswinkels ab

Richtige Antwort: 2

Aufgabe 18

Aufgrund der Lichtbrechung in einer ruhigen Atmosphäre die scheinbare Position der Sterne am Himmel relativ zum Horizont

1) über der tatsächlichen Position

2) unterhalb der tatsächlichen Position

3) relativ zur tatsächlichen Position vertikal auf die eine oder andere Seite verschoben

4) stimmt mit der tatsächlichen Position überein

Richtige Antwort: 1

Thomsons Experimente und die Entdeckung des Elektrons

Ende des 19. Jahrhunderts wurden zahlreiche Experimente zur Untersuchung der elektrischen Entladung in verdünnten Gasen durchgeführt. Die Entladung wurde zwischen der Kathode und der Anode angeregt, die in einer Glasröhre eingeschlossen waren, aus der die Luft evakuiert wurde. Was von der Kathode ausging, wurde Kathodenstrahlen genannt.

Um die Natur der Kathodenstrahlen zu bestimmen, führte der englische Physiker Joseph John Thomson (1856 – 1940) das folgende Experiment durch. Sein Versuchsaufbau war eine Vakuum-Kathodenstrahlröhre (siehe Abbildung). Die Glühkathode K war eine Quelle für beschleunigte Kathodenstrahlen elektrisches Feld, bestehend zwischen Anode A und Kathode K. In der Mitte der Anode befand sich ein Loch. Die durch dieses Loch hindurchtretenden Kathodenstrahlen treffen auf den Punkt G an der Wand der Röhre S gegenüber dem Loch in der Anode. Wenn die Wand S mit einer fluoreszierenden Substanz bedeckt ist, erscheinen die Strahlen, die auf den Punkt G treffen, als leuchtender Punkt. Auf dem Weg von A nach G passierten die Strahlen die Platten eines Kondensators CD, an den Spannung aus einer Batterie angelegt werden konnte.

Wenn Sie diese Batterie einschalten, werden die Strahlen durch das elektrische Feld des Kondensators abgelenkt und auf dem Bildschirm S erscheint ein Punkt an der Position . Thomson schlug vor, dass sich Kathodenstrahlen wie negativ geladene Teilchen verhalten. Indem Sie im Bereich zwischen den Kondensatorplatten ein gleichmäßiges Magnetfeld senkrecht zur Bildebene erzeugen (dies ist durch Punkte dargestellt), können Sie eine Ablenkung des Flecks in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung bewirken.

Experimente haben gezeigt, dass die Ladung des Teilchens der Ladung des Wasserstoffions (C) entspricht und seine Masse fast 1840-mal geringer ist als die Masse des Wasserstoffions.

Später erhielt es den Namen Elektron. Der Tag, der 30. April 1897, als Joseph John Thomson über seine Forschungen berichtete, gilt als „Geburtstag“ des Elektrons.

Aufgabe 16

Was sind Kathodenstrahlen?

1) Röntgenstrahlen

2) Gammastrahlen

3) Elektronenfluss

4) Ionenfluss

Richtige Antwort: 3

Aufgabe 17

A. Kathodenstrahlen interagieren mit dem elektrischen Feld.

B. Kathodenstrahlen interagieren mit Magnetfeld.

1) nur A

2) nur B

4) weder A noch B

Richtige Antwort: 3

Aufgabe 18

Die Kathodenstrahlen (siehe Abbildung) treffen auf Punkt G, sofern dieser zwischen den Platten des Kondensators CD liegt

1) Es wirkt nur das elektrische Feld

2) Nur das Magnetfeld wirkt

3) Die Wirkung der Kräfte aus den elektrischen und magnetischen Feldern wird kompensiert

4) Die Wirkung der Kräfte aus dem Magnetfeld ist vernachlässigbar

Richtige Antwort: 3

Experimentelle Entdeckung des Äquivalenzgesetzes von Wärme und Arbeit.

Im Jahr 1807 führte der Physiker J. Gay-Lussac, der die Eigenschaften von Gasen untersuchte, ein einfaches Experiment durch. Es ist seit langem bekannt, dass sich komprimiertes Gas abkühlt, wenn es sich ausdehnt. Gay-Lussac zwang das Gas zur Expansion ins Leere – in ein Gefäß, aus dem zuvor die Luft abgepumpt worden war. Zu seiner Überraschung kam es zu keinem Temperaturabfall; die Temperatur des Gases änderte sich nicht. Der Forscher konnte das Ergebnis nicht erklären: Warum dehnt sich das gleiche Gas bei gleicher Kompression aus, kühlt ab, wenn es direkt in die Atmosphäre abgegeben wird, und kühlt nicht ab, wenn es in ein leeres Gefäß abgegeben wird, in dem der Druck Null ist?

Der deutsche Arzt Robert Mayer konnte das Erlebnis erklären. Mayer hatte die Idee, dass Arbeit und Wärme ineinander umgewandelt werden könnten. Diese wunderbare Idee ermöglichte es Mayer sofort, das mysteriöse Ergebnis des Gay-Lussac-Experiments deutlich zu machen: Wenn Wärme und Arbeit ineinander umgewandelt werden, dann, wenn ein Gas ins Leere expandiert, wenn es keine Arbeit verrichtet, da es keine gibt Durch die Kraft (Druck), die seiner Volumenvergrößerung entgegenwirkt, sollte das Gas nicht abgekühlt werden. Wenn ein Gas bei seiner Expansion Arbeit gegen den äußeren Druck verrichten muss, sollte seine Temperatur sinken. Einen Job bekommt man nicht umsonst! Mayers bemerkenswertes Ergebnis wurde vielfach durch direkte Messungen bestätigt; Von besonderer Bedeutung waren die Experimente von Joule, der die Wärmemenge maß, die zum Erhitzen einer Flüssigkeit erforderlich ist, indem ein Rührer darin rotiert wird. Gleichzeitig wurden sowohl die beim Drehen des Mischers aufgewendete Arbeit als auch die von der Flüssigkeit aufgenommene Wärmemenge gemessen. Egal wie sich die Versuchsbedingungen veränderten, unterschiedliche Flüssigkeiten, unterschiedliche Gefäße und Mischer genommen wurden, das Ergebnis war das gleiche: Aus der gleichen Arbeit wurde immer die gleiche Wärmemenge gewonnen.

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Schmelzkurve (p – Druck, T – Temperatur)

Nach modernen Vorstellungen bleibt der größte Teil des Erdinneren fest. Allerdings befindet sich die Substanz der Asthenosphäre (die Hülle der Erde in einer Tiefe von 100 km bis 300 km) in einem nahezu geschmolzenen Zustand. Dies ist die Bezeichnung für einen festen Zustand, der bei leichtem Temperaturanstieg (Prozess 1) oder Druckabfall (Prozess 2) leicht in eine Flüssigkeit (geschmolzen) übergeht.

Die Quelle primärer Magmaschmelzen ist die Asthenosphäre. Wenn der Druck in einem bestimmten Bereich abnimmt (z. B. wenn sich Teile der Lithosphäre verschieben), dann solide Die Asthenosphäre verwandelt sich sofort in eine flüssige Schmelze, also in Magma.

Doch welche physikalischen Gründe setzen den Mechanismus eines Vulkanausbruchs in Gang?

Magma enthält neben Wasserdampf verschiedene Gase ( Kohlendioxid, Chlorwasserstoff und Fluorid, Schwefeloxide, Methan und andere). Die Konzentration gelöster Gase entspricht dem Außendruck. In der Physik ist das Henrysche Gesetz bekannt: Die Konzentration eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases ist proportional zu seinem Druck über der Flüssigkeit. Stellen Sie sich nun vor, dass der Druck in der Tiefe abgenommen hat. Im Magma gelöste Gase werden gasförmig. Das Magma nimmt an Volumen zu, schäumt auf und beginnt nach oben zu steigen. Wenn das Magma aufsteigt, sinkt der Druck noch mehr, sodass sich der Prozess der Gasfreisetzung verstärkt, was wiederum zu einer Beschleunigung des Aufstiegs führt.

Aufgabe 16

In was Aggregatzustand Befindet sich die Asthenosphärenmaterie in den Regionen I und II des Diagramms (siehe Abbildung)?

1) I – in Flüssigkeit, II – in Feststoff

2) I – in festem Zustand, II – in flüssiger Form

3) I – in Flüssigkeit, II – in Flüssigkeit

4) I – in Vollton, II – in Vollton

Richtige Antwort: 2

Aufgabe 17

Welche Kraft lässt geschmolzenes, schäumendes Magma nach oben steigen?

1) Schwerkraft

2) elastische Kraft

3) Archimedes' Kraft

4) Reibungskraft

Richtige Antwort: 3

Aufgabe 18

Die Caisson-Krankheit ist eine Krankheit, die auftritt, wenn ein Taucher schnell aus großen Tiefen aufsteigt. Die Caisson-Krankheit tritt beim Menschen auf, wenn sich der äußere Druck schnell ändert. Bei Arbeiten unter erhöhtem Druck nehmen menschliche Gewebe zusätzliche Mengen Stickstoff auf. Deshalb müssen Taucher langsam aufsteigen, damit das Blut Zeit hat, die entstehenden Gasblasen in die Lunge zu befördern.

Welche Aussagen sind wahr?

A. Die Konzentration des im Blut gelösten Stickstoffs steigt, je tiefer der Taucher taucht.

B. Wenn Sie sich zu schnell aus einer Umgebung mit entfernen hoher Druck In einer Umgebung mit niedrigem Druck wird überschüssiger, im Gewebe gelöster Stickstoff freigesetzt und es bilden sich Gasblasen.

1) nur A

2) nur B

4) weder A noch B

Richtige Antwort: 3

Geysire

Geysire befinden sich in der Nähe aktiver oder kürzlich ruhender Vulkane. Geysire benötigen zum Ausbruch die Wärme von Vulkanen.

Um die Physik von Geysiren zu verstehen, bedenken Sie, dass der Siedepunkt von Wasser vom Druck abhängt (siehe Abbildung).

Abhängigkeit des Siedepunkts von Wasser vom Druck https://pandia.ru/text/78/089/images/image013_71.gif" width="25" height="21"> Pa. In diesem Fall ist das Wasser in der Rohr

1) bewegt sich unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks nach unten

2) bleibt im Gleichgewicht, da seine Temperatur unter dem Siedepunkt liegt

3) kühlt schnell ab, da seine Temperatur in 10 m Tiefe unter dem Siedepunkt liegt

4) wird sieden, da seine Temperatur höher ist als der Siedepunkt bei Außendruck Pa

Richtige Antwort: 4

Nebel

Unter bestimmten Bedingungen kondensiert der Wasserdampf in der Luft teilweise, was zu Nebeltröpfchen führt. Wassertropfen haben einen Durchmesser von 0,5 Mikrometer bis 100 Mikrometer.

Nehmen Sie ein Gefäß, füllen Sie es zur Hälfte mit Wasser und schließen Sie den Deckel. Die schnellsten Wassermoleküle überwinden die Anziehungskraft anderer Moleküle, springen aus dem Wasser und bilden Dampf über der Wasseroberfläche. Dieser Vorgang wird Wasserverdunstung genannt. Andererseits können Wasserdampfmoleküle, die miteinander und mit anderen Luftmolekülen kollidieren, zufällig an der Wasseroberfläche landen und sich wieder in Flüssigkeit verwandeln. Das ist Dampfkondensation. Letztendlich kompensieren sich bei einer gegebenen Temperatur die Prozesse der Verdampfung und Kondensation gegenseitig, das heißt, es stellt sich ein Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts ein. Der in diesem Fall über der Flüssigkeitsoberfläche befindliche Wasserdampf wird als gesättigt bezeichnet.

Wird die Temperatur erhöht, erhöht sich die Verdunstungsrate und es stellt sich ein Gleichgewicht bei einer höheren Dichte des Wasserdampfes ein. Also die Dichte gesättigter Dampf nimmt mit steigender Temperatur zu (siehe Abbildung).

Abhängigkeit der gesättigten Wasserdampfdichte von der Temperatur

Damit Nebel entsteht, muss der Dampf nicht nur gesättigt, sondern übersättigt sein. Wasserdampf wird bei ausreichender Kühlung (AB-Prozess) oder bei zusätzlicher Verdampfung von Wasser (AC-Prozess) gesättigt (und übersättigt). Dementsprechend wird der fallende Nebel als Kühlnebel und Verdunstungsnebel bezeichnet.

Die zweite Voraussetzung für die Nebelbildung ist das Vorhandensein von Kondensationskernen (Zentren). Die Rolle von Kernen können Ionen, winzige Wassertröpfchen, Staubpartikel, Rußpartikel und andere kleine Verunreinigungen spielen. Je höher die Luftverschmutzung, desto dichter der Nebel.

Aufgabe 16

Die Grafik in der Abbildung zeigt, dass bei einer Temperatur von 20 °C die Dichte von gesättigtem Wasserdampf 17,3 g/m3 beträgt. Das heißt, bei 20 °C

5) 1 m Masse gesättigte Dämpfe Wasser beträgt 17,3 g

6) 17,3 m Luft enthalten 1 g gesättigten Wasserdampf

8) Die Luftdichte beträgt 17,3 g/m

Richtige Antwort: 1

Aufgabe 17

Bei welchem ​​in der Grafik dargestellten Prozess kann Verdunstungsnebel beobachtet werden?

1) Nur AB

2) nur AC

4) weder AB noch AC

Richtige Antwort: 2

Aufgabe 18

Welche Aussagen sind wahr?

A. Stadtnebel zeichnen sich im Vergleich zu Nebeln in Berggebieten durch eine höhere Dichte aus.

B. Nebel werden beobachtet, wenn die Lufttemperatur stark ansteigt.

1) nur A

2) nur B

4) weder A noch B

Richtige Antwort: 1

Die Farbe des Himmels und der untergehenden Sonne

Warum ist der Himmel blau? Warum wird die untergehende Sonne rot? Es stellt sich heraus, dass der Grund in beiden Fällen derselbe ist – die Streuung des Sonnenlichts in der Erdatmosphäre.

Im Jahr 1869 trat der englische Physiker J. Tyndall auf nächstes Erlebnis: Ein schwach divergierender schmaler Lichtstrahl wurde durch ein rechteckiges, mit Wasser gefülltes Aquarium geleitet. Es wurde festgestellt, dass der Lichtstrahl im Aquarium, wenn man ihn von der Seite betrachtet, bläulich erscheint. Und wenn man den Strahl von der Ausgangsseite aus betrachtet, nimmt das Licht einen rötlichen Farbton an. Dies kann durch die Annahme erklärt werden, dass blaues (blaues) Licht stärker gestreut wird als rotes Licht. Wenn daher ein weißer Lichtstrahl ein Streumedium durchläuft, wird hauptsächlich blaues Licht daran gestreut, so dass rotes Licht in dem aus dem Medium austretenden Strahl zu dominieren beginnt. Je weiter ein weißer Strahl in einem streuenden Medium wandert, desto röter erscheint er am Ausgang.

Im Jahr 1871 entwickelte J. Strett (Rayleigh) eine Theorie der Streuung von Lichtwellen durch kleine Teilchen. Das von Rayleigh aufgestellte Gesetz besagt: Die Intensität des Streulichts ist proportional zur vierten Potenz der Lichtfrequenz oder, mit anderen Worten, umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Lichtwellenlänge.

Rayleigh stellte eine Hypothese auf, nach der die Zentren, die das Licht streuen, Luftmoleküle sind. Später, bereits in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts, wurde festgestellt, dass die Hauptrolle bei der Lichtstreuung Schwankungen der Luftdichte spielen – mikroskopische Kondensationen und Luftverdünnungen, die durch Chaos entstehen thermische Bewegung Luftmoleküle.

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Die Disc, auf der der Ton aufgezeichnet wird, besteht aus einem speziellen weichen Wachsmaterial. Von dieser Wachsscheibe wird im galvanoplastischen Verfahren eine Kupferkopie (Klischee) abgelöst. Dabei kommt es zur Abscheidung von reinem Kupfer auf der Elektrode beim Passieren elektrischer Strom durch eine Lösung seiner Salze. Die Kupferkopie wird dann auf Kunststoffscheiben gedruckt. So entstehen Schallplatten.

Bei der Tonwiedergabe wird eine Schallplatte unter eine mit der Schallplatte verbundene Nadel gelegt und die Schallplatte gedreht. Wenn Sie sich entlang der wellenförmigen Rille der Schallplatte bewegen, vibriert das Ende der Nadel, und die Membran vibriert mit, und diese Vibrationen reproduzieren den aufgenommenen Ton ziemlich genau.

Aufgabe 16

Welche Schwingungen erzeugt die Hornmembran unter dem Einfluss einer Schallwelle?

5) kostenlos

6) verblassen

7) gezwungen

8) Selbstschwingungen

Richtige Antwort: 3

Aufgabe 17

Mit welcher aktuellen Aktion erhält man ein Klischee aus einer Wachsscheibe?

1) magnetisch

2) thermisch

3) Licht

4) chemisch

Richtige Antwort: 4

Aufgabe 18

Bei der mechanischen Tonaufnahme wird eine Stimmgabel verwendet. Durch Verdoppelung der Spielzeit der Stimmgabel

5) Die Länge der Klangrille erhöht sich um das Zweifache

6) Die Länge der Schallrille verringert sich um das Zweifache

7) Die Tiefe der Klangrille wird um das Zweifache erhöht

8) Die Tiefe der Klangrille verringert sich um das Zweifache

Richtige Antwort: 1

Magnetische Aufhängung

Durchschnittsgeschwindigkeit der Züge Eisenbahnenüberschreitet nicht
150 km/h. Es ist nicht einfach, einen Zug zu konstruieren, der mit der Geschwindigkeit eines Flugzeugs mithalten kann. Bei hohen Geschwindigkeiten können Eisenbahnräder der Belastung nicht standhalten. Es gibt nur einen Ausweg: die Räder aufzugeben und den Zug fliegen zu lassen. Eine Möglichkeit, einen Zug über den Gleisen „aufzuhängen“, ist die magnetische Abstoßung.

1910 baute der Belgier E. Bachelet das weltweit erste Modell einer fliegenden Eisenbahn und testete es. Der 50 Kilogramm schwere zigarrenförmige Waggon des fliegenden Zuges beschleunigte auf Geschwindigkeiten von über 500 km/h! Bachelets magnetische Straße war eine Kette aus Metallpfosten, an deren Spitzen Spulen befestigt waren. Nach dem Einschalten des Stroms wurde der Anhänger mit eingebauten Magneten über die Spulen gehoben und durch dasselbe Magnetfeld beschleunigt, über dem er schwebte.

Fast zeitgleich mit Bachelet im Jahr 1911 entwickelte der Professor des Tomsker Instituts für Technologie B. Weinberg eine viel wirtschaftlichere Aufhängung für einen fliegenden Zug. Weinberg schlug vor, die Straße und die Autos nicht voneinander wegzudrängen, was mit enormen Energiekosten verbunden wäre, sondern sie mit gewöhnlichen Elektromagneten anzuziehen. Die Elektromagnete der Straße befanden sich über dem Zug, um durch ihre Anziehungskraft die Schwerkraft des Zuges auszugleichen. Der Eisenwagen befand sich zunächst nicht genau unter dem Elektromagneten, sondern dahinter. In diesem Fall wurden Elektromagnete über die gesamte Länge der Straße angebracht. Als der Strom im ersten Elektromagneten eingeschaltet wurde, hob sich der Anhänger und bewegte sich vorwärts in Richtung des Magneten. Doch einen Moment bevor der Anhänger am Elektromagneten haften sollte, wurde der Strom abgeschaltet. Der Zug flog aufgrund der Trägheit weiter und verringerte seine Höhe. Der nächste Elektromagnet schaltete sich ein, der Zug stieg wieder an und beschleunigte. Indem er sein Auto in ein Kupferrohr stellte, aus dem die Luft abgepumpt wurde, beschleunigte Weinberg das Auto auf eine Geschwindigkeit von 800 km/h!

Aufgabe 16

Welche magnetische Wechselwirkung kann für die Magnetschwebebahn genutzt werden?

A. Anziehung gegensätzlicher Pole.

B. Abstoßung gleichartiger Pole.

1) nur A

2) nur B

3) weder A noch B

Richtige Antwort: 4

Aufgabe 17

Wenn eine Magnetschwebebahn fährt

1) Es gibt keine Reibungskräfte zwischen Zug und Straße

2) Luftwiderstandskräfte sind vernachlässigbar

3) Es werden elektrostatische Abstoßungskräfte genutzt

4) Die Anziehungskräfte gleichnamiger Magnetpole werden genutzt

Richtige Antwort: 1

Aufgabe 18

Im Modell einer Magnetbahn von B. Weinberg war es notwendig, einen Anhänger mit größerer Masse zu verwenden. Damit sich der neue Anhänger wie bisher bewegen kann, ist dies erforderlich

5) Ersetzen Sie das Kupferrohr durch ein Eisenrohr

6) Schalten Sie den Strom in den Elektromagneten nicht aus, bis der Anhänger „klebt“.

7) Erhöhen Sie den Strom in den Elektromagneten

8) Installieren Sie in großen Abständen Elektromagnete entlang der Straße

Richtige Antwort: 3

Piezoelektrizität

Im Jahr 1880 untersuchten die französischen Wissenschaftlerbrüder Pierre und Paul Curie die Eigenschaften von Kristallen. Sie stellten fest, dass, wenn ein Quarzkristall von beiden Seiten komprimiert wird, auf seinen Flächen senkrecht zur Kompressionsrichtung elektrische Ladungen auftreten: positiv auf einer Seite, negativ auf der anderen. Kristalle aus Turmalin, Rochelle-Salz und sogar Zucker haben die gleiche Eigenschaft. Auch beim Strecken entstehen Ladungen auf den Kristallflächen. Wenn sich außerdem beim Komprimieren eine positive Ladung auf der Fläche ansammelt, sammelt sich beim Dehnen eine negative Ladung auf dieser Fläche an und umgekehrt. Dieses Phänomen wurde Piezoelektrizität genannt (vom griechischen Wort „piezo“ – drücken). Ein Kristall mit dieser Eigenschaft wird Piezoelektrikum genannt. Später entdeckten die Curie-Brüder, dass der piezoelektrische Effekt reversibel ist: Wenn auf den Flächen eines Kristalls entgegengesetzte elektrische Ladungen erzeugt werden, schrumpft oder dehnt er sich, je nachdem, auf welche Fläche eine positive und eine negative Ladung aufgebracht wird.

Die Wirkungsweise weit verbreiteter piezoelektrischer Feuerzeuge beruht auf dem Phänomen der Piezoelektrizität. Der Hauptbestandteil eines solchen Feuerzeugs ist ein piezoelektrisches Element – ​​ein piezoelektrischer Keramikzylinder mit Metallelektroden an der Basis. Über ein mechanisches Gerät wird ein kurzzeitiger Stoß auf das piezoelektrische Element ausgeübt. In diesem Fall treten auf seinen beiden Seiten entgegengesetzte elektrische Ladungen auf, die senkrecht zur Wirkungsrichtung der Verformungskraft liegen. Die Spannung zwischen diesen Seiten kann mehrere tausend Volt erreichen. Die Spannungsversorgung erfolgt über isolierte Drähte an zwei Elektroden, die sich in der Spitze des Feuerzeugs im Abstand von 3 - 4 mm voneinander befinden. Die zwischen den Elektroden entstehende Funkenentladung zündet das Gas-Luft-Gemisch.

Trotz der sehr hohen Spannungen (~10 kV) sind Experimente mit einem Piezofeuerzeug völlig ungefährlich, da sich selbst bei einem Kurzschluss die Stromstärke als vernachlässigbar und gesundheitlich unbedenklich erweist, wie bei elektrostatischen Entladungen beim Ausziehen von Woll- oder Synthetikkleidung bei trockenem Wetter.

Aufgabe 16

Piezoelektrizität ist ein Phänomen

1) Vorkommen elektrische Aufladungen auf der Oberfläche von Kristallen während ihrer Verformung

2) das Auftreten von Zug- und Druckverformungen in Kristallen

3) Leiten von elektrischem Strom durch die Kristalle

4) Durchgang einer Funkenentladung während der Kristallverformung

Richtige Antwort: 1

Aufgabe 17

Mit einem Piezo-Feuerzeug repräsentiert nicht Gefahren, weil

7) Die Stromstärke ist vernachlässigbar

8) Ein Strom von 1 A ist für den Menschen ungefährlich

Richtige Antwort: 3

Aufgabe 18

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts erfand der französische Wissenschaftler Paul Langevin einen Ultraschallwellensender. Indem er die Flächen eines Quarzkristalls mit Strom aus einem Hochfrequenz-Wechselstromgenerator auflud, stellte er fest, dass der Kristall mit der Frequenz der Spannungsänderung schwingt. Die Wirkung des Emitters basiert auf

1) direkter piezoelektrischer Effekt

2) inverser piezoelektrischer Effekt

3) das Phänomen der Elektrifizierung unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes

4) das Phänomen der Elektrifizierung beim Aufprall

Richtige Antwort: 2

Bau der ägyptischen Pyramiden

Die Cheopspyramide ist eines der sieben Weltwunder. Es gibt noch viele Fragen darüber, wie genau die Pyramide gebaut wurde.

Das Transportieren, Heben und Installieren von Steinen mit einem Gewicht von Dutzenden und Hunderten von Tonnen war keine leichte Aufgabe.

Um die Steinblöcke anzuheben, entwickelten sie eine sehr raffinierte Methode. Rund um die Baustelle wurden Erdrampen errichtet. Während die Pyramide wuchs, stiegen die Rampen immer höher, als würden sie das gesamte zukünftige Gebäude umgeben. Steine ​​wurden wie auf dem Boden auf Schlitten auf der Rampe entlanggeschleppt, wobei man sich mit Hebeln bediente. Der Neigungswinkel der Rampe war sehr gering – 5 oder 6 Grad, wodurch die Länge der Rampe auf Hunderte von Metern anwuchs. So hatte beim Bau der Chephren-Pyramide die Rampe, die den oberen Tempel mit dem unteren verband, mit einem Höhenunterschied von mehr als 45 m, eine Länge von 494 m und eine Breite von 4,5 m.

Im Jahr 2007 schlug der französische Architekt Jean-Pierre Houdin vor, dass die Ingenieure des alten Ägypten beim Bau der Cheops-Pyramide ein System aus externen und internen Rampen und Tunneln verwendeten. Houdin glaubt, dass nur die untere mit Hilfe von Außenrampen gebaut wurde,
43-Meter-Teil (die Gesamthöhe der Cheops-Pyramide beträgt 146 Meter). Um die restlichen Blöcke anzuheben und zu installieren, wurde ein System spiralförmig angeordneter interner Rampen verwendet. Dazu bauten die Ägypter die Außenrampen ab und verlegten sie nach innen. Der Architekt ist überzeugt, dass es sich bei den 1986 entdeckten Hohlräumen in der Dicke der Cheops-Pyramide um Tunnel handelt, in die sich nach und nach Rampen verwandelten.

Aufgabe 16

Welche Art einfache Mechanismen bezieht sich auf die Rampe?

5) beweglicher Block

6) fester Block

8) schiefe Ebene

Richtige Antwort: 4

Aufgabe 17

Zu den Rampen gehören

5) Lastenaufzug in Wohngebäuden

6) Kranausleger

7) Tor zum Heben von Wasser aus dem Brunnen

8) eine geneigte Plattform für die Einfahrt von Fahrzeugen

Richtige Antwort: 4

Aufgabe 18

Wenn wir die Reibung vernachlässigen, ermöglichte die Rampe, die beim Bau der Chephren-Pyramide den oberen mit dem unteren Tempel verband, einen Gewinn

5) etwa 11-mal stärker

6) Mehr als 100-fache Stärke

7) ca. 11 Mal in Betrieb

8) im Abstand von ca. 11 Mal

Richtige Antwort: 1

Albedo der Erde

Die Temperatur an der Erdoberfläche hängt vom Reflexionsvermögen des Planeten ab – der Albedo. Die Oberflächenalbedo ist das Verhältnis des Energieflusses der reflektierten Sonnenstrahlen zum Energiefluss der auf die Oberfläche einfallenden Sonnenstrahlen, ausgedrückt als Prozentsatz oder Bruchteil einer Einheit. Die Albedo der Erde im sichtbaren Teil des Spektrums beträgt etwa 40 %. Ohne Wolken wären es etwa 15 %.

Die Albedo hängt von vielen Faktoren ab: dem Vorhandensein und Zustand der Bewölkung, Veränderungen der Gletscher, der Jahreszeit und dementsprechend dem Niederschlag. In den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde die bedeutende Rolle von Aerosolen – den kleinsten festen und flüssigen Partikeln in der Atmosphäre – deutlich. Bei der Verbrennung von Kraftstoff werden gasförmiger Schwefel und Stickoxide in die Luft freigesetzt; In der Atmosphäre bilden sie mit Wassertröpfchen Schwefelsäure, Salpetersäure und Ammoniak, die sich dann in Sulfat- und Nitrat-Aerosole verwandeln. Aerosole reflektieren nicht nur das Sonnenlicht und verhindern so, dass es die Erdoberfläche erreicht. Aerosolpartikel dienen bei der Wolkenbildung als Kondensationskeime für die Luftfeuchtigkeit und tragen so zu einer Zunahme der Bewölkung bei. Und das wiederum verringert den Zufluss von Sonnenwärme zur Erdoberfläche.

Auch die Durchlässigkeit der unteren Schichten der Erdatmosphäre für Sonnenlicht hängt von Bränden ab. Durch Brände steigen Staub und Ruß in die Atmosphäre auf, die die Erde mit einem dichten Schirm bedecken und die Albedo der Oberfläche erhöhen.

Aufgabe 16

Oberflächenalbedo bezieht sich auf

1) der Gesamtfluss der auf die Erdoberfläche einfallenden Sonnenstrahlen

2) das Verhältnis des Energieflusses der reflektierten Strahlung zum Fluss der absorbierten Strahlung

3) das Verhältnis des Energieflusses der reflektierten Strahlung zum Fluss der einfallenden Strahlung

4) die Differenz zwischen einfallender und reflektierter Strahlungsenergie

Richtige Antwort: 3

Aufgabe 17

Welche Aussagen sind wahr?

A. Aerosole reflektieren das Sonnenlicht und tragen so zur Verringerung der Albedo der Erde bei.

B. Vulkanausbrüche erhöhen die Albedo der Erde.

1) nur A

2) nur B

4) weder A noch B

Richtige Antwort: 2

Aufgabe 18

Die Tabelle zeigt einige Eigenschaften der Planeten des Sonnensystems – Venus und Mars. Es ist bekannt, dass die Albedo der Venus A = 0,76 und die Albedo des Mars A = 0,15 beträgt. Welche der Eigenschaften beeinflussten hauptsächlich den Unterschied in der Albedo der Planeten?

Eigenschaften	Venus	Mars
A. Durchschnittliche Entfernung von der Sonne, ausgedrückt in den Radien der Erdumlaufbahn
B. Durchschnittlicher Radius des Planeten, km
IN. Anzahl der Satelliten
G. Präsenz von Atmosphäre	sehr dicht	spärlich

Richtige Antwort: 4

Treibhauseffekt

Um die Temperatur eines von der Sonne erhitzten Objekts zu bestimmen, ist es wichtig, seinen Abstand von der Sonne zu kennen. Je näher ein Planet im Sonnensystem an der Sonne ist, desto höher ist seine Durchschnittstemperatur. Für ein Objekt, das so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde, ergibt eine numerische Schätzung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur das folgende Ergebnis: T Å ≈ –15°C.

In Wirklichkeit ist das Klima auf der Erde viel milder. Seine durchschnittliche Oberflächentemperatur liegt aufgrund des sogenannten Treibhauseffekts – der Erwärmung des unteren Teils der Atmosphäre durch Strahlung von der Erdoberfläche – bei etwa 18 °C.

In den unteren Schichten der Atmosphäre überwiegen Stickstoff (78 %) und Sauerstoff (21 %). Die restlichen Komponenten machen nur 1 % aus. Doch genau dieser Prozentsatz bestimmt die optischen Eigenschaften der Atmosphäre, da Stickstoff und Sauerstoff nahezu nicht mit Strahlung interagieren.

Der „Treibhauseffekt“ ist jedem bekannt, der sich mit dieser einfachen Gartenstruktur beschäftigt hat. In der Atmosphäre sieht es so aus. Ein Teil der Sonnenstrahlung, die nicht von den Wolken reflektiert wird, gelangt durch die Atmosphäre, die als Glas oder Film fungiert, und erwärmt sich Erdoberfläche. Die erhitzte Oberfläche kühlt ab und emittiert Wärmestrahlung, aber das ist eine andere Strahlung – Infrarot. Die durchschnittliche Wellenlänge dieser Strahlung ist viel länger als die der Sonne, und daher lässt die Atmosphäre, die für sichtbares Licht fast transparent ist, Infrarotstrahlung viel schlechter durch.

Wasserdampf absorbiert etwa 62 % der Infrarotstrahlung, was zur Erwärmung der unteren Schichten der Atmosphäre beiträgt. Dahinter steht Wasserdampf auf der Liste Treibhausgase gefolgt von Kohlendioxid (CO2), das in transparenter Luft 22 % der Infrarotstrahlung der Erde absorbiert.

Die Atmosphäre absorbiert den von der Planetenoberfläche aufsteigenden Strom langwelliger Strahlung, erwärmt sich und erwärmt dadurch die Erdoberfläche. Das Maximum im Spektrum der Sonnenstrahlung liegt bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm. Das Maximum im Strahlungsspektrum der Erde liegt bei einer Wellenlänge von etwa 10 Mikrometern. Die Rolle des Treibhauseffekts ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abb.1(a). Kurve 1 – berechnetes Spektrum der Sonnenstrahlung (mit einer Photosphärentemperatur von 6000°C); Kurve 2 – berechnetes Spektrum der Erdstrahlung (bei einer Oberflächentemperatur von 25°C)
Abb.1 (b). Absorption (in Prozent) von Strahlung verschiedener Wellenlängen durch die Erdatmosphäre. Im Spektralbereich von 10 bis 20 µm gibt es Absorptionsbanden von CO2-, H2O-, O3- und CH4-Molekülen. Sie absorbieren Strahlung, die von der Erdoberfläche kommt

Aufgabe 16

Welches Gas spielt die größte Rolle beim Treibhauseffekt der Erdatmosphäre?

10) Sauerstoff

11) Kohlendioxid

12) Wasserdampf

Richtige Antwort: 4

Aufgabe 17

Welche der folgenden Aussagen entspricht der Kurve in Abbildung 1(b)?

A. Die sichtbare Strahlung, die dem Maximum des Sonnenspektrums entspricht, durchdringt die Atmosphäre nahezu ungehindert.

B. Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 10 Mikrometern gelangt praktisch nicht über die Erdatmosphäre hinaus.

5) nur A

6) nur B

8) weder A noch B

Richtige Antwort: 3

Aufgabe 18

Dank des Treibhauseffekts

1) Bei kaltem, bewölktem Wetter schützt Wollkleidung den menschlichen Körper vor Unterkühlung

2) Tee in einer Thermoskanne bleibt lange heiß

3) Die durch die Glasfenster fallenden Sonnenstrahlen erwärmen die Raumluft

4) An einem sonnigen Sommertag ist die Wassertemperatur in den Stauseen niedriger als die Sandtemperatur am Ufer

Richtige Antwort: 3

Menschliches Gehör

Der tiefste Ton, den ein normalhörender Mensch wahrnimmt, hat eine Frequenz von etwa 20 Hz. Die Obergrenze der Hörwahrnehmung variiert stark unterschiedliche Leute. Dabei kommt dem Alter eine besondere Bedeutung zu. Im Alter von achtzehn Jahren kann man bei perfektem Gehör Töne bis zu 20 kHz hören, im Durchschnitt liegen die Hörgrenzen für jedes Alter jedoch im Bereich von 18 bis 16 kHz. Mit zunehmendem Alter nimmt die Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs gegenüber hochfrequenten Geräuschen allmählich ab. Die Abbildung zeigt ein Diagramm des Niveaus der Schallwahrnehmung im Verhältnis zur Frequenz für Menschen unterschiedlichen Alters.

Schmerzen" href="/text/category/boleznennostmz/" rel="bookmark">schmerzhafte Reaktionen. Verkehrs- oder Industrielärm wirken deprimierend auf den Menschen – er ermüdet, irritiert, beeinträchtigt die Konzentration. Sobald dieser Lärm aufhört, ein Mensch verspürt ein Gefühl der Erleichterung und des Friedens.

Ein Lärmpegel von 20–30 Dezibel (dB) ist für den Menschen praktisch ungefährlich. Dabei handelt es sich um ein natürliches Hintergrundgeräusch, ohne das menschliches Leben nicht möglich ist. Für " laute Geräusche„Der maximal zulässige Grenzwert liegt bei etwa 80–90 Dezibel. Ein Geräusch von 120–130 Dezibel bereitet einem Menschen bereits Schmerzen, bei 150 wird es für ihn unerträglich. Die Wirkung von Lärm auf den Körper hängt vom Alter, der Hörempfindlichkeit und der Einwirkungsdauer ab.

Am schädlichsten für das Gehör ist eine längere Dauerbelastung durch hochintensiven Lärm. Nach starker Lärmbelastung steigt die normale Hörschwelle deutlich an, also der niedrigste Pegel (Lautstärke), bei dem eine bestimmte Person noch einen Ton einer bestimmten Frequenz hören kann. Messungen der Hörwahrnehmungsschwelle werden in speziell dafür ausgestatteten Räumen mit sehr großen Geräten durchgeführt niedriges Niveau Umgebungsgeräusche durch die Ausgabe von Tonsignalen über die Kopfhörer unterdrücken. Diese Technik wird Audiometrie genannt; Damit können Sie eine Kurve der individuellen Hörempfindlichkeit, ein Audiogramm, erstellen. Typischerweise zeigen Audiogramme Abweichungen von der normalen Hörempfindlichkeit (siehe Abbildung).

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Lärmquelle

Geräuschpegel (dB)

A. funktionierender Staubsauger

B. Lärm im U-Bahnwagen

IN. Popmusik-Orchester

G. Automobil

D. im Abstand von 1 m flüstern

8) B, B, D und A

Richtige Antwort: 1

Astronomen nennen Flares „sporadische Ereignisse“ – sie treten plötzlich und unvorhersehbar auf. Darüber hinaus ist aus Beobachtungen bekannt, dass Rote Zwerge durch eine sehr intensive Flare-Aktivität gekennzeichnet sind. Sie sind weniger massereiche Sterne als unsere Sonne und gelten auch als geeignete „Wiegen des Lebens“. Kürzlich haben Wissenschaftler den Grund für dieses Phänomen entdeckt.

Das Interesse am Phänomen der Flares bei Roten Zwergen ist ganz natürlich – Tatsache ist, dass ein so starker Flare für entstehende oder entwickelte Biota katastrophal sein kann. Aber Rote Zwerge haben Planeten, von denen einige ganz normale Bedingungen für die Existenz von Leben bieten.

Vor dem Hintergrund riesiger Sterne sehen Rote Zwerge wie schwach leuchtende Sterne aus, sodass ihre Beobachtungen in einem begrenzten Nahbereich erfolgen. In unserer Galaxie, im Sternbild Ursa Major, es gibt ein Doppelsternsystem, bestehend aus zwei Roten Zwergen – sie sind durch einen Abstand von 190 voneinander getrennt Astronomische Einheiten. Auf der Skala des Sonnensystems entspricht dies dem Vierfachen der Entfernung von der Sonne zu Pluto.

Dieses Sternensystem heißt Gliese 412 und wurde recht gründlich untersucht. Seine Sterne, Rote Zwerge, sind wie folgt: Der erste – Gliese hat eine Masse von 412 A, erreicht die Hälfte der Sonnenmasse und leuchtet viel schwächer – erreicht nur 2 Prozent der Leuchtkraft unseres Sterns. Der zweite Stern, Gliese 412 B, ist viel weniger massereich und weist keine konstante Leuchtkraft auf. Dies ist ein sehr schwacher Stern der M6-Klasse, hundertmal schwächer als sein Nachbar Gliese 412 A! Aber die hellsten Momente von Sternfackeln werden von solchen veränderlichen Sternen erkannt; dies ist wirklich ihr „Sternmoment“ – der stärkste Anstieg der Helligkeit des Leuchtens wird bei Beobachtungen festgestellt.

Die Stellar-Flare-Theorie erklärt diese Phänomene durch Transformationen in der komplexen Hierarchie der Sternmagnetfelder, die die Sternaktivität steuern. Dies ist auf der Sonne deutlich sichtbar: Ein neuer Aktivitätskomplex mit Flecken entsteht, er wächst und verändert sich, und wenn ein neuer starker entsteht, entsteht magnetischer Fluss, erfolgt eine erneute Verbindung Stromleitungen, und im leitenden Plasmamedium findet auf der Sonne eine starke Energieumwandlung statt, die als Flare sichtbar ist. Dieser Auswurf hat enorme kinetische Energie und fliegt mit Geschwindigkeiten von mehr als 1000 km/s von der Sonne weg. Riesige Flares treten bei Roten Zwergen auf; das konvektive Plasmamedium dieser Sterne erzeugt nach dem gleichen elektrischen Entladungsmuster Flare-Aktivität.

Vakhtang Tamazyan, Professor an der Universidad de Santiago de Compostela (Galizien, Spanien), und eine Gruppe von Kollegen aus Spanien und Armenien identifizierten und untersuchten ein außergewöhnlich starkes Beispiel für einen solchen Flare-Prozess: Der veränderliche Stern WX UMa erhöhte seine Helligkeit um das 15-fache mal in 160 s. Seine Oberflächentemperatur von 2.800 K erreichte im Bereich des Flare-Ereignisses 18.000 K – das ist die Oberflächentemperatur von Blauen Riesen der Spektralklasse B! Aber blaue Riesen befeuern ihre monströse Leuchtkraft mit einem konstanten Energiefluss aus den Tiefen des Sterns. Im Falle eines Roten Zwergs erkennt diese Temperatur die Erwärmung der koronalen Flare-Schleife, einer aktiven Formation in der oberen Atmosphäre des Roten Zwergs, deren Leuchtkraft durch die realisierte Energie des Magnetfelds ausgelöst wird.

Eine ähnliche Änderung der Helligkeit der Koronalschleife auf der Sonne wurde im Weltraumexperiment Coronas-F in IZMIRAN entdeckt. N.V. Pushkov RAS, die Entdeckung wurde mit dem Staatspreis ausgezeichnet. Typischerweise wird die Sonnenkorona auf etwa 2 Millionen Grad erhitzt; im Coronas-F-Experiment wurde eine Erwärmung auf bis zu 20 Millionen Grad beobachtet. Bei Roten Zwergen, typischen Flare-Sternen, werden auf diese Weise die Instabilitäten ihrer komplexen Magnetfelder deutlich. Aufgrund ihrer geringen Leuchtkraft ist es nicht einfach, diese Phänomene zu registrieren, da Rote Zwerge nicht weiter als 60 Lichtjahre von der Erde entfernt beobachtet werden können, was die Grenze der modernen technischen Möglichkeiten darstellt.

Das Sternpaar, zu dem auch der Stern WX UMa gehört, bietet Forschern eine einzigartige Gelegenheit, „zu untersuchen, ob die Häufigkeit von Flares und die relative Position eines Paares von einander umkreisenden Leuchten zusammenhängen“, betont Vakhtang Tamazyan. Die Untersuchung eines binären Systems, in dem Rote Zwerge gravitativ miteinander interagieren, ermöglicht es uns, die Frage der Konnektivität von Flare-Prozessen zu untersuchen und unser Verständnis der physikalischen Natur einzigartiger Flares bei Roten Zwergen zu erweitern.

Gleichzeitig mit der Beobachtung des Sterns WX UMa untersuchte ein Team von Astronomen vier weitere Doppelsternsysteme mit Roten Zwergen und beobachtete deren Flare-Aktivität. Kraftvolle Blitze Beobachtungen wurden nicht aufgezeichnet, aber dennoch wurden drei weitere Zwerge während der Flares heller, und nur einer von ihnen zeigte während der Beobachtungen keine solche Aktivität. Es stellte sich also heraus, dass die Flare-Eigenschaften von Roten Zwergen keine nachgewiesene Periodizität aufweisen. Daher gingen Wissenschaftler davon aus, dass es in so kurzer Zeit registriert wurde große Menge Fackeln in Doppelsternsystemen, dann erscheinen sie offenbar aufgrund des Einflusses des Begleitsterns.

Es sollte beachtet werden, dass rote Zwerge, die mit Fackeln toben, in dieser Hinsicht nicht mit unserer viel stabileren Sonne vergleichbar sind. Die Sonneneruptionsaktivität beginnt auf dem Wachstumszweig jedes 11-Jahres-Zyklus, erreicht ihren Höhepunkt am Maximum des Zyklus und nimmt beim Minimum der Sonnenaktivität auf ihr Minimum ab. Allerdings waren bereits Ausnahmen von den allgemeinen Trends zu beobachten: Im Jahr 2003, kurz vor dem Minimum, kam es zu einer Reihe von starken Sonneneruptionen, was bei Fachleuten große Aufmerksamkeit erregte.

Solche starken Flares auf der Sonne werden Röntgenfackeln genannt, Punkte M und Ihre Natur wird den Wissenschaftlern immer klarer, aber die Vorhersage von Flare-Ereignissen ist immer noch nur probabilistisch und nicht präzise. Es ist jedoch durchaus möglich, dass mit zunehmendem Wissen eine solche Prognose erscheint ...