Законы отражения света. Отражение света поверхностью Вариант 3 гладкая поверхность всегда светится лишь

ТЕНЬ ПЛАМЕНИ

Осветите горящую свечу мощной электрической лампой. На экране из белого листа бумаги появится не только тень свечи, но и тень ее пламени

На первый взгляд кажется стран­ным, что сам источник света может иметь собственную тень. Объясняется это тем, что в пламени свечи есть непрозрачные раскаленные частицы и что очень велика разница в яр­кости пламени свечи и освещающего ее мощного источника света. Этот опыт очень хорошо наблюдать, когда свечу освещают яркие лучи Солнца.

ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА

Для этого опыта нам понадобятся: небольшое прямоугольное зеркало и два длинных карандаша.
Положите на стол лист бумаги и проведите на нем прямую линию. Поставьте на бумагу перпендикулярно проведенной линии зеркало. Что­бы зеркало не упало, позади него положите книги.

Для проверки строгой перпендикулярности нарисованной на бумаге линии к зеркалу проследите, чтобы
и эта линия и ее отражение в зеркале были прямолинейными, без излома у поверхности зеркала. Это мы с вами создали перпендикуляр.

В роли световых лучей в нашем опыте выступят карандаши. Положите карандаши на листок бумаги по разные стороны от начерченной линии концами друг к другу и к той точке, где линия упирается в зеркало.

Теперь проследите, чтобы отражения карандашей в зеркале и карандаши, лежащие перед зеркалом, образовывали прямые линии, без излома. Один из карандашей будет играть роль падающего луча, другой - луча отраженного. Углы между карандашами и начерченным перпендикуляром получаются равными друг другу.

Если теперь вы повернете один из карандашей (например, увеличивая угол падения), то обязательно нужно повернуть и второй карандаш, чтобы не было излома между первым карандашом и его продолжением в зеркале.
Всякий раз, изменяя угол между одним карандашом и перпендикуляром, нужно проделывать это и с другим карандашом, чтобы не нарушить прямолинейности светового луча, который карандаш изображает.

ЗЕРКАЛЬНОЕ ОТРАЖЕНИЕ

Бумага бывает разных сортов и отличается своей гладкостью. Но даже очень гладкая бумага не способна отражать, как зеркало, она совсем не похожа на зеркало. Если такую гладкую бумагу рассматривать через увеличительное стекло, то сразу можно увидеть ее волокнистое строение, разглядеть впадинки и бугорки на ее поверхности. Свет, падающий на бумагу, отражается и бугорками, и впадинками. Эта беспорядочность отражений создает рассеянный свет.

Однако и бумагу можно заставить отражать световые лучи по-другому, чтобы не получался рассеянный свет. Правда, даже очень гладкой бумаге далеко до настоящего зеркала, но все-таки и от нее можно добиться некоторой зеркальности.

Возьмите лист очень гладкой бумаги и, прислонив его край к переносице, повернитесь к окну (этот опыт надо делать в яркий, солнечный день). Ваш взгляд должен скользить по бумаге. Вы увидите на ней очень бледное отражение неба смутные силуэты деревьев, домов. И чем меньше будет угол между направлением взгляда и листом бумаги, тем яснее будет отражение. Подобным образом можно получить на бумаге зеркальное отражение свечи или электрической лампочки.

Чем же объяснить, что на бумаге, хоть и плохо, все-таки можно видеть отражение?
Когда вы смотрите вдоль листа, все бугорки бумажной поверхности загораживают впадинки и превращаются как бы в одну сплошную поверхность. Беспорядочных лучей от впадин мы уже не видим, они нам теперь не мешают видеть то, что отражают бугорки.

ОТРАЖЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛУЧЕЙ

Положите на расстоянии двух метров от настольной лампы (на одном с ней уровне) лист плотной белой бумаги. На одном краю бумаги укрепите расческу с крупными зубьями. Сделайте так, чтобы свет от лампы проходил на бумагу сквозь зубья расчески. Около самой расчески получится полоска тени от ее «спинки». На бумаге от этой теневой полоски должны идти параллельные полоски света, прошедшие между зубьями расчески

Возьмите небольшое прямоугольное зеркало и поставьте его поперек светлых полосок. На бумаге появятся полоски отраженных лучей.

Поверните зеркало, чтобы лучи падали на него под некоторым углом. Отражен­ные лучи тоже повернутся. Если мысленно провести перпендикуляр к зеркалу в месте падения какого-ни­будь луча, то угол между этим перпендикуляром и падающим лучом будет равен углу отраженного луча. Как бы вы ни изменяли угол падения лучей на отражающую поверхность, как бы ни поворачивали зеркало, всегда отраженные лучи будут выходить под таким же углом.

Если нет маленького зеркала, его можно заменить блестящей стальной линейкой или лезвием безопасной бритвы. Результат будет несколько хуже, чем с зеркалом, но все-таки опыт провести можно.

С бритвой или линейкой возможно проделать еще и такие опыты. Согните линейку или бритву и поставьте на пути параллельных лучей. Если лучи попадут на вогнутую поверхность, то они, отразившись, соберутся в одной точке.

Попав на выпуклую поверхность, лучи отразятся от нее веером. Для наблюдения этих явлений очень пригодится та тень, которая получилась от «спинки» расчески.

ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ

Интересное явление происходит с лучом света, который выходит из более плотной среды в менее плотную, например, из воды в воздух. Лучу света не всегда удается это сделать. Все зависит от того, под каким углом он пытается выйти из воды. Здесь угол - это угол, который луч образует с перпендикуляром к поверхности, через которую он хочет пройти. Если этот угол равен нулю, то он свободно выходит наружу. Так, если положить на дно чашки пуговицу и смотреть на нее точно сверху, то пуговица хорошо видна.

Если же увеличивать угол, то может наступить момент, когда нам будет казаться, что предмет исчез. В этот момент лучи полностью отразятся от поверхности, уйдут в глубину и до наших глаз не дойдут. Такое явление называется полным внутренним отражением или полным отражением.

Опыт 1

Сделайте из пластилина шарик диаметром 10- 12 мм и воткните в него спичку. Из плотной бумаги или картона вырежьте кружок диаметром 65 мм. Возьмите глубокую тарелку и натяните на ней параллельно диаметру две нитки на расстоянии трех сантиметров друг от друга. Концы ниток закрепите на краях тарелки пластилином или лейкопластырем.

Затем, проткнув шилом кружок в самом центре, вставьте в отверстие спичку с шариком. Расстояние между шариком и кружком сделайте около двух миллиметров. Положите кружок шариком вниз на натянутые нитки в центре тарелки. Если посмотреть сбоку, шарик должен быть виден. Теперь налейте в тарелку воду до самого кружка. Шарик исчез. Световые лучи с его изображением уже не дошли до наших глаз. Они, отразившись от внутрен­ней поверхности воды, ушли в глубь тарелки. Произошло полное отражение.

Опыт 2

Надо найти шарик из металла с ушком или отверстием, подвесить его на кусочке проволоки и покрыть копотью (лучше всего поджечь кусочек ваты, смоченный скипидаром, машинным или растительным маслом). Дальше налейте в тонкий стакан воды и, когда шарик остынет, опустите его в воду. Виден будет блестящий шарик с «черной косточкой». Это происходит потому, что частицы сажи удерживают воздух, который создает вокруг шарика газовую оболочку.

Опыт 3

Налейте в стакан воду и погрузите в нее стеклянную пипетку. Если ее рассматривать сверху, немного наклонив в воде, чтобы хорошо была видна ее стеклянная часть, она будет так сильно отражать световые лучи, что станет словно зеркальной, будто сделана из серебра. Но стоит нажать на резинку пальцами и набрать в пипетку воду, как сразу же иллюзия исчезнет, и мы увидим только стеклянную пипетку - без зеркального наряда. Зеркальной ее делала поверхность воды, соприкасавшаяся со стеклом, за которым был воздух. От этой границы между водой и воздухом (стекло в данном случае не учитывается) отражались полностью световые лучи и создавали впечатление зеркальности. Когда же пипетка наполнилась водой, воздух в ней исчез, полное внутреннее отражение лучей прекратилось, потому что они просто стали проходить в воду, заполнившую пипетку.

Обратите внимание на пузырьки воздуха, которые иногда бывают в воде на внутренней стороне стакана. Блеск этих пузырьков тоже результат полного внутреннего отражения света от границы воды и воздуха в пузырьке.

ХОД СВЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ В СВЕТОВОДЕ

Хотя световые лучи распространяются от источника света по прямым линиям, можно заставить их идти и по кривому пути. Сейчас изготовляют тончайшие световоды из стекла, по которым световые лучи проходят большие расстояния с различными поворотами.

Простейший световод можно сделать довольно просто. Это будет струя воды. Свет, идя по такому световоду, встретив поворот, отражается от внутренней поверхности струи, не может вырваться наружу и идет дальше внутри струи до самого ее конца. Частично вода рассеивает небольшую долю света, и поэтому в темноте мы все-таки увидим слабо светящуюся струю. Если вода слегка забелена краской, светиться струя будет сильнее.
Возьмите шарик для настольного тенниса и проделайте в нем три отверстия: для крана, для короткой резиновой трубки и против этого отверстия третье - для лампочки от карманного фонаря. Лампочку вставьте внутрь шарика цоколем наружу и прикрепите к нему два провода, которые потом присоедините к батарейке от карманного фонаря. Шарик укрепите на кране с помощью изоляционной ленты. Все места соединений промажьте пластилином. Затем обмотайте шарик темной материей.

Откройте кран, но не очень сильно. Струя воды, вытекающая из трубки, должна, изгибаясь, падать недалеко от крана. Свет погасите. Присоедините провода к батарейке. Лучи света от лампочки пройдут через воду в отверстие, из которого вытекает вода. Свет пойдет по струе. Вы увидите лишь ее слабое свечение. Основной поток света идет по струе, не вырывается из нее даже там, где она изгибается.

ОПЫТ С ЛОЖКОЙ

Возьмите блестящую ложку. Если она хорошо отполирована, то даже кажется немножко зеркальной, что-то отражает. Закоптите ее над пламенем свечи, да почернее. Теперь ложка ничего уже не отражает. Копоть поглощает все лучи.

Ну, а теперь опустите закопченную ложку в стакан с водой. Смотри: заблестела, как серебро! Куда же копоть-то девалась? Отмылась, что ли? Вынимаешь ложку - черна по-прежнему...

Дело здесь в том, что частички копоти плохо смачиваются водой. Поэтому вокруг закопченной ложки образуется как бы пленка, как бы «водяная кожа». Словно мыльный пузырь, натянутый на ложку, как перчатка! Но мыльный пузырь ведь блестит, он отражает свет. Вот и этот пузырь, окружающий ложку, тоже отражает.
Можете, например, закоптить над свечой яйцо и погрузить его в воду. Оно будет там блестеть, как серебряное.

Чем чернее, тем светлее!

ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА

Вы знаете, что луч света прямолинеен. Вспомните хотя бы луч, пробившийся сквозь щелку в ставне или в занавесе. Золотой луч, полный кружащихся пылинок!

Но… физики привыкли все проверять на опыте. Опыт со ставнями, конечно, очень нагляден. А что вы скажите об опыте с гривенником в чашке? Не знаете, этого опыта? Сейчас мы с вами его сделаем. Положите гривенник в пустую чашку и присядьте так, чтобы он перестал быть виден. Лучи от гривенника шли бы прямо в глаз, да край чашки загородил им дорогу. Но я сейчас устрою так, что вы снова увидите гривенник.

Вот я наливаю в чашку воду… Осторожно, потихоньку, чтобы гривенник не сдвинулся… Больше, больше…

Смотрите, вот он, гривенник!
Появился, словно бы всплыл. Или, вернее, он лежит на дне чашки. Но дно это будто бы поднялось, чашка «обмелела». Прямые лучи от гривенника к вам не доходили. Теперь лучи доходят. Но как же они огибают край чашки? Неужели гнутся или ломаются?

Можно в ту же чашку или в стакан наклонно опустить чайную ложечку. Смотрите, сломалась! Конец, погруженный в воду, переломился вверх! Вынимаем ложечку - она и целая, и прямая. Значит, лучи действительно ломаются!

Источники: Ф. Рабиза "Опыты без приборов", "Здравствуй физика" Л.Гальперштейн

№1: Дно водоёма всегда кажется расположенным ближе к поверхности воды для наблюдателя, находящегося в лодке. Объяснить это явление.
ОТВЕТ: Изображение дна озера формируется на сетчатке глаза от отражённых от дна лучей. При переходе лучей, отражённых от дна из воды в воздух, угол падения лучей на границу раздела сред меньше угла преломления. Поэтому лучи, попадающие на сетчатку глаза, пересекаются "ближе" от точки их выхода. Данное явление можно проверить построением изображения какой-либо точки дна.

№2: Почему изображение предмета находящегося в воде, всегда выглядит менее ярко, чем сам предмет находящийся в воздухе?
ОТВЕТ: Отражённые лучи от предмета, находящегося в воде всегда теряют часть энергии на границе раздела данных сред (результате отражения) и прохождении некоторого расстояния в данной среде. В результате чего, интенсивность (энергия) лучей, попадающих в глаз наблюдателю -уменьшается.

№3: Возможен ли переход из одной среды в другую без преломления. Указать два возможных варианта.
ОТВЕТ: А) Луч света падает перпендикулярно поверхности границы раздела двух сред.
B) Абсолютные показатели преломления сред одинаковы, например глицерин и скипидар.

№4: В центре полого толстостенного стеклянного шара находится точечный источник света. Преломляются ли лучи света проходящие через стенки этого шара?
ОТВЕТ: Преломление не происходит, так как лучи падают перпендикулярно элементу поверхности шара т.е.по радиусу, который является перпендикуляром к данному элементу поверхности шара.

№5: Почему дно реки находящегося в близи моста для наблюдателя находящегося на мосте видна, а для наблюдателя находящегося на берегу та же область может быть и не видна?
ОТВЕТ: До глаз наблюдателя, находящегося на мосту, доходят лучи падающие отражённые от дна под углом, меньше предельного. Для наблюдателя, находящегося на берегу реки, лучи отражённые от дна лучи могут падать на границу раздела под углом больше предельного. В результате этого дно реки может быть и не видно.

№6: В каких случаях стеклянная призма отклоняет падающий на неё луч не к основанию призмы, а в сторону преломляющего угла (угла при вершине призмы)?
ОТВЕТ: Абсолютный показатель преломления окружающей среды должен быть больше абсолютного показателя материала, из которого изготовлена призма.

№7: Почему пена образованная в воде (из-за сильного напора) непрозрачна, хотя она представляет собой пузыри воды наполненных воздухом?
ОТВЕТ: Непрозрачность неоднородной среды обусловлена тем, что при каждом переходе из одной среды в другую помимо преломления наблюдается и отражение от пузырьков. В результате этого интенсивность лучей, попадающих в глаз от множества пузырьков, минимальна и они кажутся непрозрачными.

№8: Почему бриллиант блестит сильнее, чем его имитация из стекла при той же форме?
ОТВЕТ: Энергия отражённого света, помимо угла падения, зависит и от абсолютного показателя преломления (чем больше показатель преломления, тем больше доля отражённой энергии) Различные углы падения на грани бриллианта создают на сетчатке глаза изображения меняющиеся с течением времени, что и обуславливает блеск.

№9: Почему предметы, находящиеся на дне водоёме, кажутся колеблющимися при порывах ветра?
ОТВЕТ: Угол падения лучей на поверхности воды (из-за колебаний) постоянно изменяется. Поэтому изменяется и угол преломления, соответственно меняется и угол отражения от предмета, находящегося на дне водоёма. B результате чего изображения предметов кажутся движущимся.

№10: Почему видимое положение звезды, не совпадает с его истинным положением?
ОТВЕТ: На различных высотах показатель преломления воздуха в атмосфере Земли различен. Bследствие этого траектория движения луча искривляется, потому в глаз попадает луч, на продолжении которого не находится данная звезда. Это явление называется атмосферная рефракция.

№11: Почему шарик густо покрытый сажей при опускании в воду и при освещении его светом кажется блестящим?
ОТВЕТ: На границе сажа-вода абсорбируется воздух, в результате чего происходит полное отражение от данного слоя, что приводит к максимальной интенсивности потока лучей, попадающих в глаз наблюдателю.

№12: При каких условиях прозрачный и бесцветный предмет становится невидимым в лучах проходящего света?
ОТВЕТ: Это возможно только в том случае, когда абсолютный показатель преломления окружающей среды равен абсолютному показателю преломления наблюдаемого объекта.

№13: Почему предметы наблюдаемые через толстые стеклянные витрины иногда кажутся искривлёнными?
ОТВЕТ: Оптическая плотность и толщина стекла в различных местах витрины может быть различной (из-за большого размера), что и создаёт некоторое смешение частей рассматриваемого предмета.

№14: Толчённое стекло является непрозрачным, но находясь в воде, оно вновь становится прозрачным. Объяснить это явление.
ОТВЕТ: Энергия отражённого луча зависит от относительного показателя преломления сред, т. к. стекло и вода имеют практически одинаковые абсолютные показатели преломления, то доля отражённой энергии от толчённого стекла резко уменьшается, что приводит к увеличению энергии проходящего луча.

№15: Днем в пустынях иногда наблюдается мираж - наблюдатель видит вдали поверхность водоёма. Объяснить данное явление.
ОТВЕТ: Нагретый слой воздуха, непосредственно прилегающий к асфальту имеет меньшую плотность, а следовательно и меньший абсолютный показатель преломления, чем у выше лежащих слоёв. В результате этого песок кажется столь же хорошо отражающим свет, как и поверхность воды.

№16: Чем отличается отражение света от прозрачной среды, от полного внутреннего отражения, при том же угле падения в туже среду? Указать как минимум два отличия.
ОТВЕТ: А) Тем, что в случае полного внутреннего отражения наблюдается и преломленный луч.
B) Интенсивность отражённого луча, в случае полного внутреннего отражения, всегда меньше, чем при отражении от прозрачной среды

№17: Аквалангист, (достаточно далеко находящийся от берега) всегда может видеть объект находящийся на берегу. Человек, находящийся на берегу может лишь в редких случаях, увидеть аквалангиста? Объяснить этот факт.
ОТВЕТ: В глаз аквалангисту попадают все лучи отражённые от объекта на берегу. Лучи света, отражённые от аквалангиста, в основном (из-за большого расстояния) падают под углами больше предельного, в результате чего, глаз человека на берегу воспринимает минимальное энергию света.

№18: Почему резкий изгиб световода (светопровода) приводит к резкому ослаблению энергии выходящему из него световому потоку?
ОТВЕТ: В месте изгиба, угол падения становится малым и свет уже не претерпевает полного отражения, а частично выходит из данной системы наружу.

№19: Почему при плавании под водой видно много лучше, если надеть маску?
ОТВЕТ: Глаз преломляет световые лучи. Если вода касается глаза, то световые лучи преломляются достаточно слабо, т.к. коэффициент преломления воды по своему значению близок к коэффициенту преломления хрусталика глаза. Находясь в маске, между глазом и стеклом находится воздух и лучи, попадающие в глаз, преломляются как обычно.

№20: Почему стёкла автомобильных фар делают рифлёными, т. е. состоящими из маленьких трёхгранных призм?
ОТВЕТ: Данный набор призм, преломляющий угол которых находится в верху, отклоняют лучи от источника света и отклоняет их вниз - на дорогу.

№21: Почему вода, образующая туман или облако кажется непрозрачной для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, хотя вода прозрачна для световых лучей?
ОТВЕТ: Непрозрачность обусловлена рассеянием света в неоднородной среде. При каждом переходе из одной среды в другую происходит отражение света, при этом "доля" отраженной энергии зависит от абсолютного показателя преломления среды и угла падения. Ввиду того, что облако расположено достаточно высоко, углы падения малы, следовательно и доля отражённой энергии мала. В случае тумана, который расположен на малой высоте из-за большой концентрации молекул воды падающие лучи света испытывают многократное отражение и не смотря на большие углы падения, здесь существенную роль играет абсолютный показатель преломления.

№22: Почему из самолёта, летящего над морем, пассажиру, смотрящему вниз, вода кажется темнее, чем в дали?
ОТВЕТ: Если наблюдатель смотрит вниз, то углы падения лучей малы, а следовательно малы и углы отражения. В результате этого в глаз пассажира попадает пучок лучей с малой энергией. Лучи, попадающие в глаз наблюдателю от более дальних областей моря, естественно попадают под большими углами, поэтому обладают большей энергией.

№23: Почему в солнечные дни водители машин, двигающихся по шоссе, видят на шоссе лужи воды?
ОТВЕТ: Нагретый слой воздуха, непосредственно прилегающий к асфальту, имеет показатель преломления меньший, чем у выше лежащих слоёв воздуха. В результате этого происходит полное отражение и асфальт, (показатель преломления, которого близок к показателю преломления воды) кажется столь же хорошо отражающим свет, как и вода.

№24: Почему стёкла автомобильных фар с внутренней стороны имеют рифленую поверхность?
ОТВЕТ: Рифлёная поверхность стёкол фар является набором малых призмочек, собирающих лучи в нужном направлении.

№25: Почему одни ткани блестят, а другие нет?
ОТВЕТ: Ткань блестит, если нити в ней расположены в правильном порядке параллельно друг другу и как бы образуют на поверхности ткани бороздки. Под определенными углами такая ткань довольно сильно отражает падающий на нее свет. Под другими углами это отражение слабое. Поэтому, когда ткань поворачивается в лучах света, она отражает то лучше, то хуже - блестит.

№26: Почему облака в основном белые? Почему грозовые тучи черные?
ОТВЕТ: Размеры водяных капель в облаке достаточно большие, и свет отражается от их внешней поверхности. При таком отражении свет не разлагается на составляющие цвета, а остается белым. Очень плотные облака кажутся черными потому, что они пропускают мало солнечного света - он либо поглощается каплями воды в облаке, либо отражается вверх.

№27: Почему цвета влажных предметов, после дождя, кажутся более глубокими, более насыщенными, чем сухих?
ОТВЕТ: Тонкая плёнка воды, покрывающая влажный предмет, отражает падающий белый свет по одному определённому направлению. Поверхность предмета уже не рассеивает белый свет во все стороны, и господствующим становится его собственный цвет. Рассеянный свет не налагается на отражённый от предмета, и поэтому цвет кажется более насыщенным.

№28: Укажите различие в освещении с помощью прожектора и с помощью автомобильной фары.
ОТВЕТ: Прожектор испускает параллельные лучи, поэтому освещает небольшую площадь, а в фаре есть рассеиватель, который расширяет световой пучок для освещения всей ширины дороги.

№29: Почему почва, картон, дерево и т.п. кажутся более тёмными, если их смочить?
ОТВЕТ: У сухого материала поверхность шероховатая, поэтому отражённый свет оказывается рассеянным. Если материал смочить, то от плёнки воды свет будет отражаться зеркально. Кроме того, пройдя сквозь эту плёнку, свет частично поглощается, частично опять же диффузно отражается от картона. Но часть лучей испытают полное отражение и не выйдут наружу.

№30: Можно ли два куска стекла склеить так, чтобы место склейки оказалось невидимым?
ОТВЕТ: Можно, если показатель преломления засохшего клея равен показателю преломления стекла.

№31: Почему сажа чёрная, хотя на неё падают лучи всего солнечного спектра?
ОТВЕТ: Сажа поглощает все лучи.

№32: Некоторые автомобили имеют дополнительные противотуманные фары жёлтого цвета. Зачем?
ОТВЕТ: Меньше всего капельки воды (туман) рассеивают красный, оранжевый и жёлтый свет.

№33: Какие светильники предпочтительнее устанавливать в магазинах, где продают ткани: лампы накаливания или дневного света?
ОТВЕТ: Лампы дневного света, т.к. их излучение по спектральному составу ближе к солнечному.

№34: При изготовлении искусственных перламутровых пуговиц на их поверхности делают мельчайшую штриховку. Почему после этого они приобретают радужную окраску?
ОТВЕТ: Штриховка играет роль дифракционной решётки, дающей спектр в отражённых лучах.

В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более 2000 гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год. Еще Бенджамин Франклин (1706-1790) показал, что молнии, бьющие по земле из грозовых облаков, — это электрические разряды, переносящие на нее отрицательный заряд величиной несколько десятков кулон, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 до 100 кА. Скоростная фотосъемка показала, что разряд молнии длится несколько десятых долей секунды и состоит из нескольких еще более коротких разрядов. Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах.

Молния — вечный источник подзарядки электрического поля Земли

В начале XX века с помощью атмосферных зондов измерили электрическое поле Земли. Его напряженность у поверхности оказалась равной примерно 100 В/м, что соответствует суммарному заряду планеты около 400 000 Кл. Переносчиком зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с высотой и достигает максимума на высоте 50 км, где под действием космического излучения образовался электропроводящий слой — ионосфера. Поэтому электрическое поле Земли — это поле сферического конденсатора с приложенным напряжением около 400 кВ. Под действием этого напряжения из верхних слоев в нижние всё время течет ток силой 2-4 кА, плотность которого составляет 1-2 × 10 -12 А/м 2 , и выделяется энергия до 1,5 ГВт. И это электрическое поле исчезло бы, если бы не было молний! Поэтому в хорошую погоду электрический конденсатор — Земля — разряжается, а при грозе заряжается.

Человек не чувствует электрического поля Земли, так как его тело — хороший проводник. Поэтому заряд Земли находится и на поверхности тела человека, локально искажая электрическое поле. Под грозовым облаком плотность наведенных на земле положительных зарядов может значительно возрастать, а напряженность электрического поля — превышать 100 кВ/м, в 1000 раз больше ее значения в хорошую погоду. В результате во столько же раз увеличивается положительный заряд каждого волоска на голове человека, стоящего под грозовой тучей, и они, отталкиваясь друг от друга, встают дыбом.

Электризация — удаление «заряженной» пыли

Чтобы понять, как облако разделяет электрические заряды, вспомним, что такое электризация. Легче всего зарядить тело, потерев его о другое. Электризация трением — самый старый способ получения электрических зарядов. Само слово «электрон» в переводе с греческого на русский означает янтарь, так как янтарь всегда заряжался отрицательно при трении о шерсть или шелк. Величина заряда и его знак зависят от материалов трущихся тел.

Считается, что тело, до того как его стали тереть о другое, электронейтрально. Действительно, если оставить заряженное тело в воздухе, то к нему начнут прилипать противоположно заряженные частицы пыли и ионы. Таким образом, на поверхности любого тела находится слой «заряженной» пыли, нейтрализующий заряд тела. Поэтому электризация трением — это процесс частичного снятия «заряженной» пыли с обоих тел. При этом результат будет зависеть от того, на сколько лучше или хуже снимается «заряженная» пыль с трущихся тел.

Облако — фабрика по производству электрических зарядов

Трудно представить, что в облаке находится пара материалов из перечисленных в таблице. Однако на телах может оказаться различная «заряженная» пыль, даже если они сделаны из одного того же материала, — достаточно, чтобы микроструктура поверхности отличалась. Например, при трении гладкого тела о шероховатое оба будут электризоваться.

Грозовое облако — это огромное количество пара, часть которого конденсировалось в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому «шустрые» мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, всё время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие — положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные — внизу. Другими словами, верхушка грозы заряжена положительно, а низ — отрицательно. Всё готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю.

Молния — привет из космоса и источник рентгеновского излучения

Однако само облако не в состоянии так наэлектризовать себя, чтобы вызвать разряд между своей нижней частью и землей. Напряженность электрического поля в грозовом облаке никогда не превышает 400 кВ/м, а электрический пробой в воздухе происходит при напряженности больше 2500 кВ/м. Поэтому для возникновения молнии необходимо что-то еще кроме электрического поля. В 1992 году российский ученый Александр Викторович Гуревич из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) предположил, что своеобразным зажиганием для молнии могут быть космические лучи — частицы высоких энергий, обрушивающиеся на Землю из космоса с околосветовыми скоростями. Тысячи таких частиц каждую секунду бомбардируют каждый квадратный метр земной атмосферы.

Согласно теории Гуревича, частица космического излучения, сталкиваясь с молекулой воздуха, ионизирует ее, в результате чего образуется огромное число электронов, обладающих высокой энергией. Попав в электрическое поле между облаком и землей, электроны ускоряются до околосветовых скоростей, ионизируя путь своего движения и, таким образом, вызывая лавину электронов, движущихся вместе с ними к земле. Ионизированный канал, созданный этой лавиной электронов, используется молнией для разряда (см. «Наука и жизнь» №7, 1993 г.).

Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, соединяющая облако и землю, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее «ступенчатым лидером». Каждая из таких «ступенек» — это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения. Доказательство для такой интерпретации ступенчатого характера молнии — вспышки рентгеновского излучения, совпадающие с моментами, когда молния, как бы спотыкаясь, изменяет свою траекторию. Недавние исследования показали, что молния служит довольно мощным источником рентгеновского излучения, интенсивность которого может составлять до 250 000 электронвольт, что примерно в два раза превышает ту, которую используют при рентгене грудной клетки.

Как вызвать разряд молнии?

Изучать то, что произойдет непонятно где и когда, очень сложно. А именно так в течение долгих лет работали ученые, исследующие природу молний. Считается, что грозой на небе руководит Илья-пророк и нам не дано знать его планы. Однако ученые очень давно пытались заменить Илью-пророка, создавая проводящий канал между грозовой тучей и землей. Бенджамин Франклин для этого во время грозы запускал воздушный змей, оканчивающийся проволокой и связкой металлических ключей. Этим он вызывал слабые разряды, стекающие вниз по проволоке, и первым доказал, что молния — это отрицательный электрический разряд, стекающий с облаков на землю. Опыты Франклина были чрезвычайно опасными, и один из тех, кто их пытался повторить, — российский академик Георг Вильгельм Рихман — в 1753 году погиб от удара молнии.

В 1990-е годы исследователи научились вызывать молнии, не подвергая опасности свою жизнь. Один из способов вызвать молнию — запустить с земли небольшую ракету прямо в грозовую тучу. Вдоль всей траектории ракета ионизирует воздух и создает таким образом проводящий канал между тучей и землей. И если отрицательный заряд низа тучи достаточно велик, то вдоль созданного канала происходит разряд молнии, все параметры которого регистрируют приборы, расположенные рядом со стартовой площадкой ракеты. Чтобы создать еще лучшие условия для разряда молнии, к ракете присоединяют металлический провод, соединяющий ее с землей.

Молния: подарившая жизнь и двигатель эволюции

В 1953 году биохимики Стэнли Миллер (Stanley Miller ) и Гарольд Юри (Harold Urey ) показали, что одни из «кирпичиков» жизни — аминокислоты — могут быть получены путем пропускания электрического разряда через воду, в которой растворены газы «первобытной» атмосферы Земли (метан, аммиак и водород). Спустя 50 лет другие исследователи повторили эти опыты и получили те же результаты. Таким образом, научная теория зарождения жизни на Земле отводит удару молнии основополагающую роль.

При пропускании коротких импульсов тока через бактерии в их оболочке (мембране) появляются поры, через которые внутрь могут проходить фрагменты ДНК других бактерий, запуская один из механизмов эволюции.

Почему зимой грозы очень редки?

Ф.И. Тютчев, написав «Люблю грозу в начале мая, когда весенний первый гром...», знал, что зимой гроз почти не бывает. Чтобы образовалось грозовое облако, необходимы восходящие потоки влажного воздуха. Концентрация насыщенных паров растет с повышением температуры и максимальна летом. Разница температур, от которой зависят восходящие потоки воздуха, тем больше, чем выше его температура у поверхности земли, так как на высоте нескольких километров его температура не зависит от времени года. Значит, интенсивность восходящих потоков максимальна тоже летом. Поэтому и грозы у нас чаще всего летом, а на севере, где и летом холодно, грозы довольно редки.

Почему грозы чаще над сушей, чем над морем?

Чтобы облако разрядилось, в воздухе под ним должно быть достаточное число ионов. Воздух, состоящий только из молекул азота и кислорода, не содержит ионов, и его очень тяжело ионизировать даже в электрическом поле. А вот если в воздухе много инородных частиц, например пыли, то и ионов тоже много. Ионы образуются при движении частиц в воздухе аналогично тому, как электризуются при трении друг о друга различные материалы.

Очевидно, что пыли в воздухе гораздо больше над сушей, чем над океанами. Поэтому-то грозы и гремят над сушей чаще. Замечено также, что прежде всего молнии бьют по тем местам, где в воздухе особенно велика концентрация аэрозолей — дымов и выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.

Как Франклин отклонил молнию

К счастью, большинство разрядов молнии происходят между облаками и поэтому угрозы не представляют. Однако считается, что каждый год молнии убивают более тысячи людей по всему миру. По крайней мере, в США, где ведется такая статистика, каждый год от удара молнии страдают около 1000 человек и более ста из них погибают. Ученые давно пытались защитить людей от этой «кары божьей». Например, изобретатель первого электрического конденсатора (лейденской банки) Питер ван Мушенбрук (1692-1761) в статье об электричестве, написанной для знаменитой французской Энциклопедии, защищал традиционные способы предотвращения молнии — колокольный звон и стрельбу из пушек, которые, как он считал, оказываются довольно эффективными.

Бенджамин Франклин, пытаясь защитить Капитолий столицы штата Мериленд, в 1775 году прикрепил к зданию толстый железный стержень, который возвышался над куполом на несколько метров и был соединен с землей. Ученый отказался патентовать свое изобретение, желая, чтобы оно как можно скорее начало служить людям.

Весть о громоотводе Франклина быстро разнеслась по Европе, и его выбрали во все академии, включая и Российскую. Однако в некоторых странах набожное население встретило это изобретение с возмущением. Сама мысль, что человек так легко и просто может укротить главное оружие «божьего гнева», казалась кощунственной. Поэтому в разных местах люди из благочестивых соображений ломали громоотводы. Любопытный случай произошел в 1780 году в небольшом городке Сент-Омер на севере Франции, где горожане потребовали снести железную мачту громоотвода, и дело дошло до судебного разбирательства. Молодой адвокат, защищавший громоотвод от нападок мракобесов, построил защиту на том, что и разум человека, и его способность покорять силы природы имеют божественное происхождение. Всё, что помогает спасти жизнь, во благо — доказывал молодой адвокат. Он выиграл процесс и снискал большую известность. Адвоката звали Максимилиан Робеспьер. Ну а сейчас портрет изобретателя громоотвода — самая желанная репродукция в мире, ведь она украшает известную всем стодолларовую купюру.

Как можно защититься от молнии с помощью водяной струи и лазера

Недавно был предложен принципиально новый способ борьбы с молниями. Громоотвод создадут из... струи жидкости, которой будут стрелять с земли непосредственно в грозовые облака. Громоотводная жидкость представляет собой солевой раствор, в который добавлены жидкие полимеры: соль предназначена для увеличения электропроводности, а полимер препятствует «распаду» струи на отдельные капельки. Диаметр струи составит около сантиметра, а максимальная высота - 300 метров. Когда жидкий громоотвод доработают, им оснастят спортивные и детские площадки, где фонтан включится автоматически, когда напряженность электрического поля станет достаточно высокой, а вероятность удара молнии — максимальной. По струе жидкости с грозового облака будет стекать заряд, делая молнию безопасной для окружающих. Аналогичную защиту от разряда молнии можно сделать и с помощью лазера, луч которого, ионизируя воздух, создаст канал для электрического разряда вдали от скопления людей.

Может ли молния сбить нас с пути?

Да, если вы пользуетесь компасом. В известном романе Германа Мелвила «Моби Дик» описан именно такой случай, когда разряд молнии, создавший сильное магнитное поле, перемагнитил стрелку компаса. Однако капитан судна взял швейную иглу, ударил по ней, чтобы намагнитить, и поставил ее вместо испорченной стрелки компаса.

Может ли вас поразить молния внутри дома или самолета?

К сожалению, да! Ток грозового разряда может войти в дом по телефонному проводу от рядом стоящего столба. Поэтому при грозе старайтесь не пользоваться обычным телефоном. Считается, что говорить по радиотелефону или по мобильному безопасней. Не следует во время грозы касаться труб центрального отопления и водопровода, которые соединяют дом с землей. Из этих же соображений специалисты советуют при грозе выключать все электрические приборы, в том числе компьютеры и телевизоры.

Что касается самолетов, то, вообще говоря, они стараются облетать районы с грозовой активностью. И всё-таки в среднем раз в год в один из самолетов попадает молния. Ее ток поразить пассажиров не может, он стекает по внешней поверхности самолета, но способен вывести из строя радиосвязь, навигационное оборудование и электронику.

Фульгурит — окаменевшая молния

При разряде молнии выделяется 10 9 -10 10 джоулей энергии. Большая ее часть тратится на создание ударной волны (гром), нагрев воздуха, световую вспышку и другие электромагнитные волны, и только маленькая часть выделяется в том месте, где молния входит в землю. Однако и этой «маленькой» части вполне достаточно, чтобы вызвать пожар, убить человека и разрушить здание. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30 000° С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит еще и от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов — полых цилиндров из оплавленного песка.

Слово «фульгурит» происходит от латинского fulgur , что означает молния. Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. Фульгуритами также называют оплавленности твердых горных пород, образованные ударом молнии; они иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах гор. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезема, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Большинство из них имеют рыжевато-коричневый, серый или черный цвет, однако встречаются зеленоватые, белые или даже полупрозрачные фульгуриты.

По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann ). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Чарльз Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль» обнаружил на песчаном берегу вблизи Мальдонадо (Уругвай) несколько стеклянных трубочек, уходящих в песок вертикально вниз более чем на метр. Он описал их размеры и связал их образование с разрядами молний. Известный американский физик Роберт Вуд получил «автограф» молнии, которая чуть не убила его:

«Прошла сильная гроза, и небо над нами уже прояснилось. Я пошел через поле, которое отделяет наш дом от дома моей свояченицы. Я прошел ярдов десять по тропинке, как вдруг меня позвала моя дочь Маргарет. Я остановился секунд на десять и едва лишь двинулся дальше, как вдруг небо прорезала яркая голубая линия, с грохотом двенадцатидюймового орудия ударив в тропинку в двадцати шагах передо мной и подняв огромный столб пара. Я пошел дальше, чтобы посмотреть, какой след оставила молния. В том месте, где ударила молния, было пятно обожженного клевера дюймов в пять диаметром, с дырой посередине в полдюйма.... Я возвратился в лабораторию, расплавил восемь фунтов олова и залил в отверстие... То, что я выкопал, когда олово затвердело, было похоже на огромный, слегка изогнутый собачий арапник, тяжелый, как и полагается, в рукоятке и постепенно сходящийся к концу. Он был немного длиннее трех футов» (цитируется по В. Сибрук. Роберт Вуд. — М.: Наука, 1985, с. 285).

Появление стеклянной трубочки в песке при разряде молнии связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение, что слышал и видел Вуд, чудом не ставший жертвой молнии. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка. Последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке.

Часто аккуратно выкопанный из песка фульгурит по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые фульгуриты образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет бo"льшую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающийся при этом фульгурит лишь повторяет эту форму. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.

Показать комментарии (24)

Свернуть комментарии (24)

Молния действительно является загадочным явлением, и главная загадка - откуда берется энергия для осуществления электрических разрядов, называемых молнией. Непонятны вообще источники энергии для электрических и магнитных явлений Земли. Существующий кроме молний непрерывный постоянный электрический ток, течет днем и ночью, в любое время года, в любой точке земной поверхности, пусть с небольшой интенсивностью, примерно 3 х 10 в -12 степени А/м в кв., но непременно втекает внутрь Земли. Однако в расчете на всю поверхность Земли 5,21 млрд кв км даже этот незначительный ток образует в общем внушительную величину тока в 15 кА. При таком токе и напряжении в верхних слоях атмосферы порядка 400 кВ, рассматривая Землю как конденсатор, не трудно посчитать, что земной заряд уменьшился бы в 10000 раз примерно за 5 минут. Но этого не происходит. Что-то непрерывно подзаряжает земной конденсатор.
Версия Константина Богданова, что земной конденсатор подзаряжает гроза, представляется несерьезной. Даже сам К. Богданов в конце статьи пишет, что "При разряде молнии выделяется 10 в десятой джоулей энергии", тем самым, подтверждая, что при молнии происходит все же разряд, а не заряд конденсатора, и энергия выделяется, а не накапливается.
В.М. Мучник в книге "Физика грозы" (1974 г.) анализирует различные теории образования заряда земной атмосферы и приходит к выводу, ни одна из 14 имеющихся теорий не дает вразумительного объяснения явлению генерации электрического заряда Земли. Все теории, проанализированные В.М Мучником, базируются на тепловых потоках земной атмосферы, переносящих собою электрические заряды с земной поверхности, или заряды, образующихся в самих атмосферных процессах. В сущности, можно считать, что теории различаются в основном по способу, каким в них спрятана ключевая проблема - проблема генерации электрической энергии.
Атмосферные процессы слишком слабы энергетически для создания электрического поля Земли. К тому же они локальны и временны. В зимнее время нет никаких восходящих потоков, которые могли бы занести заряд (и вообще что-либо) в верхние слои атмосферы. Нужно не забывать, что всего 5 минут - и нет заряда Земли.
Версия, что молния генерирует заряд, как уже отмечалось, противоречит основам физики. Но и эта версия не объясняет постоянство электрического поля Земли, потому что исследования показывают, что над грозовыми тучами течет точно такой же электрический ток, как и везде в сторону Земли. Заряд из тучи на высоте в 3-5 км, даже если он, несмотря на абсурдность такого предположения, там образовался, не может попасть за тысячи километров в области хорошей погоды, чтобы там устроить постоянный, равномерно распределенный по поверхности электрический ток. На земной поверхности постоянно где-то зима, постоянно где-то хорошая погода, огромные безоблачные территории, огромные территории без гроз и восходящих воздушных потоков.

Поскольку внутриземные источники для поддержания заряда земного конденсатора не обнаруживаются, следует обратиться к космическим источникам.
Видимо, из претендентов на источник электрического поля Земли вполне можно исключить все космические излучения. Они вполне могут спровоцировать разряд молнии, однако вряд ли способны поддерживать заряд земного электрического конденсатора. Ни из энергетических соображений, ни из соображений стабильности, ни в силу электрической неполярности излучения.
Остается, как это ни покажется парадоксальным, гравитация. Именно гравитация, действуя непрерывно, непрерывно пополняет заряд земного конденсатора. Электрический ток сквозь атмосферу это утечка конденсатора, а молния представляет собой пробой конденсатора. В результате этой идеи все встает на свои места. Молния это всего лишь проявление нелинейности гравитации. А сама гравитация представляет собой течение эфира из космоса в Землю, равно как и в другие космические объекты. Тело (или любая частица), обладающее массой, всасывает эфир в себя и тем самым создает поток эфира внутрь себя, который сносит собой все, что оказывается на его пути, порождая эффект притяжения.
То, что дождевые тучи оказывают большее сопротивление гравитационному потоку, чем атмосфера в хорошую погоду, представляется вполне естественным. Стоит только образоваться мощной облачной системе, возникает экран на пути гравитационного потока, электрически изолированный от поверхности земли, происходит образование локального электрического конденсатора с относительно небольшим зазором между пластинами и высокой разностью потенциалов, что приводит к его пробою.
Туча, экранируя поток гравитационного поля, создает под собою область с устойчиво пониженным давлением, отличающуюся от естественного давления в областях антициклонов. Кроме того, изменение потока гравитационного поля относительно некоего среднего значения, вызываемое облачностью, порождает вращение участка атмосферы в северном полушарии против часовой стрелки, а в южном полушарии по часовой. Это связано с вращением Земли и кориолисовым ускорением. Для антициклонов направления вращения противоположны.

Естественно, что высказанный подход к объяснению молний вызывает множество своих вопросов. Например, куда девается всасываемый эфир? Каким образом гравитационное поле преобразуется в электрическое поле? И т.д.
Куда девается эфир.
Вероятнее всего "потери" эфира идут на появление новых частиц в виде излучения и частиц, обладающих массой, что собственно представляет собой преобразование непрерывного эфира в квантовые объекты, что в принципе подтверждается приростом массы Земли. Прирост массы Земли обычно объясняют оседанием на планете космической пыли, поглощением космических лучей и другими подобными причинами. Но есть данные, связанные с ростом размеров Земли, не имеющие пока объяснения. Так проф. Ю. Калинин из Красноярска приводит данные, что реальные давления в глубоких шахтах и буровых скважинах порой в десятки раз больше расчетных, что может свидетельствовать о том, что Земля растет изнутри, а не снаружи. Об этом же свидетельствует Чудинов Ю. В., который обосновывает расширение Земли на основании анализа материалов глубоководного бурения. По его данным Земля 150 млн. лет назад имела радиус как минимум на 10 % меньше нынешнего. Причем рост размеров Земли идет изнутри, а не снаружи. Однако современная наука не может теоретически объяснить, откуда попадает материя внутрь Земли. В то же время наука не может объяснить и причину извержений вулканов и землетрясений. Вместо того, чтобы признать, что Земля буквально распирается изнутри квантованием эфира, что проявляется в виде извержений и землетрясений, ученые придумывают тектонические подвижки, которые также требуют, но пока не имеют своего объяснения.

Ответить

• Сергей, спасибо за "первоапрельские" комментарии. Чтобы ответить на них, мне понадобилась пара рисунков. Поэтому я разместил своё письмо к Вам на своей страничке http://mbov1147.inauka.ru/ .

  Для удобства чтения редакция «Элементов» скопировала комментарий К.Богданова в эту ветвь обсуждений:

  

  Сергей, во-первых, спасибо за комментарии, а во-вторых, позвольте ответить на Ваше, как я понял, основное возражение:
  «Версия Константина Богданова, что земной конденсатор подзаряжает гроза, представляется несерьезной ».

  Посмотрите на схему подзарядки Земли с помощью молнии, которая приведена в самом начале моего письма, где слева изображены конденсатор (С и-з, ионосфера-Земля) и его сопротивление утечки (R и-з), а справа конденсатор облака С о, заряжаемый посредством электризации трением (переменная ЭДС) и сопротивление утечки между облаком и ионосферой. Когда конденсатор С о достаточно заряжен, чтобы произошёл разряд между его нижней пластиной и Землёй, цепь замыкается и начинает заряжаться конденсатор С и-з, т.е. на Землю перетекает отрицательный заряд.

  Емкость С и-з составляет около 1 Ф, а величина С о зависит от размеров и приблизительно во столько же раз меньше С и-з, во сколько поверхность Земли больше площади облака. С о может быть раз в 10 больше этой оценки, если учесть, что высота облака всё-таки раз в 10 меньше высоты ионосферы над поверхностью Земли. Сопротивление R и-з составляет около 100 ом. Сопротивление R и-о опять-таки во столько же раз больше R и-з, во сколько поверхность Земли больше площади облака.

  Если имитировать в такой схеме следующие друг за другом заряды грозового облака и его разряды, то изменения напряжения между Землёй и ионосферой, U и-з, будут аналогичными тому, что изображено синей кривой на рисунке внизу. При этом пунктиром показано, как конденсатор Земли будет разряжаться без такой подзарядки молниями.

  

  При молнии, действительно, происходит разряд между нижней обкладкой конденсатора облака и Землёй, и выделяется очень большая энергия. Но именно этот разряд, увеличивая на очень короткое время проводимость перемычки «облако-Земля», и замыкает цепь для заряда Земли. Кстати, при работе электрофорной машины тоже наблюдаются разряды на щётках, при которых выделяется энергия, но конденсатор всё-таки заряжается.

  К счастью, ничего революционного в этой «версии Богданова» нет. Вы её можете найти в множестве обзоров и книг, начиная с Франклина. Ведь, именно он показал, что заряд молнии отрицательный .

  Ещё раз спасибо за комментарии.

  Константин Богданов

  Ответить

Как гравитационное поле преобразуется в электрическое.
Сейчас установлено, что физический вакуум обладает вполне конкретными физическими характеристиками. Вакуум как среда обладает магнитной и электрической проницаемостью, конечной скоростью распространения - с, конечной величиной передаваемого действия в виде постоянной Планка;. В связи с этим возникает ряд соображений. Во-первых, понимание вакуума как пустоты становится неприемлемым, противоречащим здравому смыслу. Пустота не может ограничивать скорость перемещения света, не может переносить свет в пространстве, не может передавать другие типы взаимодействий, не может ограничивать проницаемость. Можно утверждать, что материальность физического вакуума рассмотрена в официальной физике недостаточно. При этом не очень важно как называть эту среду, окружающую частицы, и строительный материал для частиц: физическим вакуумом, эфиром, или еще как-то, не столь важно. Во-вторых, сам факт наличия двух постоянных, магнитной и электрической, вроде бы говорит о различной проницаемости вакуума для магнитных и электрических потоков, из чего напрашивается вывод об их различной физической природе. Однако этот вывод нужно проверить.
Уяснение сущности физических характеристик, которыми обладает вакуум при его проницаемости магнитным и электрическим потоком, целесообразно начать с рассмотрения размерности этих постоянных. Электрическая постоянная имеет размерность Ф/м или (Кл/Вб) х с/м, что соответствует 1/(Ом х м/с), то есть обратная величина 1/эпсилон 0 имеет размерность Ом х м/с. Магнитная постоянная Мю имеет размерность Гн/м, или (Вб/Кл) х с/м, что соответствует Ом х с/м.
В обеих константах в размерности присутствует сопротивление и скорость. В результате, если эти постоянные величины умножить на величину скорости света - также фундаментальную константу, получим некие новые константы. Первая равна 376,73 Ом, а вторая 1/376,73 Ом-1
Интересно, что количественно полученная величина сопротивления вакуума в точности совпадает с характеристическим (волновым) сопротивлением идеального диэлектрика, каковым в сущности и является физический вакуум, точнее по-видимому наоборот - физический вакуум предопределяет характеристическое сопротивление идеального диэлектрика.
Но в данном случае оказывается важным, что умножение констант на скорость света делает их обратными величинами и в сущности тождественными между собой по смыслу. Проведенная операция умножения электрической и магнитной констант на скорость свете не нарушает установленных в физике зависимостей, в принципе, эта операция может быть выведена из известного соотношения с2= 1/ эпсилон х Мю. Магнитная постоянная преобразуется в сопротивление вакуума, а электрическая постоянная преобразуется в проводимость (проницаемость) вакуума, то есть - во вполне понятные характеристики физического объекта с размерностью Ом и См. Однако из этого следует, что эпсилон0 и Мю0 характеризуют вовсе не магнитный и электрический поток и их субстанциональную специфику, а являются трансформированными формами сопротивления и проводимости вакуума. Так в чем же тогда различие магнитного и электрического потоков?
Во всяком случае в них нет субстанционального различия. Электрическое и магнитное поле это взаимосвязанные процессы изменений характеристик эфира-вакуума. А само течение эфира проявляется как сила, сносящая все, что попадает в это течение.
Так что не нужно никакое преобразование гравитационного поля в электрическое. Сила гравитационного притяжения это эффект, вызываемый течением эфира в Землю. Молния это флуктуация потока эфира. Поток эфира, называемый гравитацией, и электрический ток - это одно и тоже. С первым апреля Вас!

Ответить

Предложенная электрическая схема, иллюстрирующая механизм подзарядки электрического поля Земли, мне понравилась. Предложенная схема вполне может что-то подзаряжать. Только к грозам она имеет слабое отношение.
Во-первых, проводимость внутри грозовой тучи (по данным В.М. Мучника стр 152, 153, 256) в 10 - 100 раз превышает проводимость атмосферы вне тучи. Тучу следует рассматривать не конденсатором, а скорее проводником. Конденсатором можно считать атмосферу между тучей и поверхностью земли. А такое изменение в предложенной схеме ломает всю идею.
Во-вторых, положительный потенциал в верхней части облака еще не свидетельствует о генерации облаком электричества. При напряженности электрического поля в 100 В/м, а по данным Мучника в 126 - 130 В/м, и расстоянии до ионосферы в 50 - 80 км, разность потенциалов между земной поверхностью и нижней поверхностью ионосферы должна составлять 5 - 10 миллионов Вольт. Так что более положительный потенциал сверху облака по отношению низа, скорее, есть следствие нахождения облака во внешнем электрическом поле, чем свидетельство генерации облаком электричества.
В-третьих, и самый главный момент, что является генератором электричества? Все теории о том, что что-то потерлось о что-то и возникла разность потенциалов объясняют всего лишь преобразования одной энергии в другую, в электрическую. В случае с тучей нужно не забывать, что она является обыкновенным туманом, и задача состоит в необходимости объяснения, как в тумане порождается электричество.
Тумана много, электричества не хватает.
Несмотря на абсурдность мысли, что в тумане возникает электрическая энергия, она возникает в реальности. И это требуется объяснить. Но нормальной теории нет. И не стоит делать вид, что этой проблемы нет, не стоит маскировать проблему.
Некая теория грозы и земного электричества нужна, она должна объяснить ряд моментов.
1) как вообще в туче возникают электрически заряженные частицы? Ведь все ингредиенты тучи в исходном виде электрически нейтральны.
2) как разносятся разноименно заряженные частицы относительно друг друга.
3) почему одноименно заряженные частицы группируются, но в разных местах пространства, образуя огромные напряженности электрического поля.
4) где источник земного электрического поля?
У Мучника рассмотрено множество различных теорий грозы, но ни одна не дает объяснения. Уже на первый вопрос нет ответа. Все рассмотренные варианты электризации частиц происходят, но только в сильном внешнем электрическом поле. Электризация частиц возможна, но только как потребитель внешней энергии, а не как генератор.
Следующие вопросы упираются в банальную энтропию. Ну не может простой туман самостоятельно вырабатывать электроэнергию. Так откуда она берется?

Ответить

• Сергей,
  Да, нет там тумана! В облаках, особенно вверху, льдинки - большие и маленькие. Ведь, там холодно (<-10 С). Маленькие льдинки движутся вверх вместе с восходящими потоками воздуха, а крупные - вниз. Они сталкиваются и трутся между собой. От этого мелкие заряжаются положительно, а крупные отрицательно. И это было показано в экспериментах! Вот вам ответ на "момент" (1). Разносятся они в разные стороны - тяжёлые (отрицательные) вниз, а лёгкие (положительные) вверх. Это ответ на (2-3). Что касается (4),источника знмного электрического поля, так это сама Земля, заряжаемая молниями по схеме в моём письме. Энергия берётся от энергии восходящих потоков воздуха, т.е. от нагрева Земли Солнцем. Никакой "банальной энтропии"!

  Мне кажется, вы не прочитали статью, а сразу стали критиковать. Ведь, обо всём этом есть в самой статье. А может быть, я, просто, плохо объяснил.

  Спасибо за вашу реакцию на статью.
  К. Богданов

  Ответить

  • Константин, приветствую Вас!
    Ваше объяснение вполне понятно. Единственно, чего в нем не хватает, это объяснения, как положительные заряды с верхней части облака попадают в ионосферу. Ведь там более 50 км разряженного воздушного пространства, и нет ни туч, ни зарядов, и токи проводимости почему-то текут в землю, словно грозы и не было. Поясните, пожалуйста, этот аспект. Только объясните его и всю Вашу схему тучам и всем явлениям, там происходящим. Они же не выполняют предписаний Вашей схемы.
    Молнии бьют на землю то положительные, то отрицательные, и бьют не из нижней части тучи, а из разных мест и не обязательно на землю.
    Капли дождя, снежинки, градины, изморось, крупа падают на землю то положительными, то с отрицательным зарядом, то вперемешку. И без всякой зависимости от размеров указанных гидрометеоров. (кстати, согласно энциклопедии, "туманом называют скопление водяных капелек или ледяных кристаллов в приземном слое"). И не только в момент падения на поверхность земли, но и в любом слое облака присутствует смесь положительных и отрицательных гидрометеоров разных размеров.
    Заряженные разными знаками частицы гидрометеоров обнаруживаются тогда, когда они еще не собирались падать, но каким-то образом успели зарядиться без падения тяжелых льдинок, а есть вообще "теплые тучи", находящиеся полностью в области положительных температур, которые организуют разряды молнии, не имея в своем составе льдинок.
    В тучах происходят турбулентные завихрения, восходящие и нисходящие конвекционные потоки, которые непрерывно перемешивают все ингредиенты туч, включая их заряды. Так что не удастся Вам обмануть закономерности энтропии. На всякий организующий процесс найдется адекватная диссипация.
    Из тучи получаются плохие конденсаторы, поскольку ее изоляционные свойства на 1-2 порядка хуже, а проводимость - лучше, чем в атмосфере вне тучи. Поэтому при разряде молнии на землю не произойдет (и не происходит) положительного скачка потенциала в верхней части облака, как это должно было бы быть для гипотезы "туча = конденсатор".
    Все эти явления требуют своего объяснения, которого нет в Вашей концепции. И вообще - тучи такие разнообразные, что им не находится пока полноценного объяснения ни в одной из существующих теорий. Это только в телешоу на любой вопрос всегда существует правильный ответ. Наука тем и занимается, что ищет ответы на те вопросы, на которые нет пока ответа. Вы затронули один из таких вопросов, точнее два (природа гроз и природа земного электричества), и рассматриваете возможность их решения путем их объединения. Данный ход мысли интересен и в целом заслуживает внимания. Однако решение каждой из проблем должно быть научно корректным.
    С. Заикин.

    Ответить

    • Вы, кажется, очень возбуждены, и это письмо меня даже слегка оскорбило. Зачем же мне Вам что-то разъяснять при всех, если Вы объявляете, что всё это ерунда и мне надо в будущем быть "научно корректным". Причём здесь "телешоу" и то, что "наука ищет ответы на вопросы"? Извините, но письма писать тоже надо уметь, особенно, когда эти письма читают.

      На все вопросы я готов Вам ответить, но персонально, т.к. разъяснять Вам придётся довольно много, и остальным это может быть неинтересным. Напишите мне письмо на [email protected] , я дам свой телефон и мы всё обсудим, если друг друга будем УВАЖАТЬ!

      Константин Юрьевич Богданов

      Ответить

      Константин Юрьевич!
      Извините, что мои замечания высказаны Вам в ироничной форме. Ведь мы же не на уроке в школе, где учитель определяет, что правильно, а что нет. Проблема познания сущности гроз не решена, Вы же пытаетесь представить ее как решенную, тем самым дезинформируете общественность. Схема, предложенная Вами (или не Вами, не знаю), вполне работает, когда составлена из соответствующих электротехнических компонентов, но гроза в нее не вписывается. Концепций, пытающихся объяснить грозы, много, больше десятка, но ни одна из них не дает полноценного объяснения. Научным сообществом даже выработаны требования к теориям грозового электричества, которым они должны удовлетворять. Если интересно, могу выслать.
      С. Заикин.

      Ответить

Совсем недавно по историческим меркам было открыто электрическое поле Земли
и ионные токи, протекающие через земную атмосферу.
Также было установлено, что Земля с ее верхними проводящими слоями атмосферы - ионосферой - представляет собой
заряженный электрический конденсатор. А ионные токи, протекающие через земную атмосферу, это - токи разряда
заряженного конденсатора Земля - ионосфера.
Суммарный ток разряда по всей планете по некоторым
скромным подсчетам составляет около 1800 А. (В действительности он во много раз больше).
Несмотря на столь значительный ток разряда разность потенциалов на обкладках конденсатора не изменяется.
Отсюда был сделан совершенно правильный вывод: в природе
существует какой-то генератор электричества, который постоянно подзаряжает наш глобальный
конденсатор, компенсируя ток разряда.
Тогда и начался поиск этого генератора.
В 1922 году известный физик Чарльз Вильсон высказал предположение,
что таким генератором являются грозовые молнии, которые заряжают Землю отрицательным зарядом.
Идея казалась весьма правдоподобной. Действительно, все без исключения грозовые молнии переносят
из облаков на Землю отрицательный заряд.
Осталось только найти этот генератор в указанном месте - в грозовом облаке. И поиски начались.
Другой всемирно известный физик, лауреат Нобелевской премии,
Ричард Фейнман поддержал идею Ч. Вильсона. В середине прошлого века в своих широко
известных "Фейнмановских лекциях по физике" он
пишет буквально
следующее:
"Теперь нужно
ответить на вопрос об источнике больших отрицательных
токов, которые должны течь от "верха" к земной поверхности, чтобы
поддержать ее отрицательный заряд.Где же те батареи, которые это делают?
Это гроза или вернее молнии. Оказывается, вспышки молний не " разряжают" той разности
потенциалов, о которой мы говорили (и как могло бы на первый взгляд показаться).
Молнии снабжают Землю отрицательным зарядом. Если мы увидели молнию,
то можно поспорить на десять против одного, что она привела на Землю большое
количество отрицательных зарядов. Именно грозы заряжают Землю в
среднем током в 1800 А электричества, которое затем разряжается в районах
с хорошей погодой."
(Конец цитаты.)
Как видно из приведенной выше цитаты, Р. Фейнман уже дал ответ на этот
важный вопрос.
Мало кто решится возразить такому авторитету
в физике, как Р. Фейнман. И поиски продолжаются по сей день и все так же
безрезультатно.

Источник отрицательных зарядов.

Каждая грозовая ячейка выливает на землю сотни тысяч кубометров
воды. Откуда же берется столько воды в грозовой ячейке?
Эта вода сначала
испарилась с поверхности Земли и всего того, что на ней находится: трава, кустарники,
деревья, озера и реки.
Львиная доля из этого количества воды приходится на растения. Для растений главная
задача - добыть как можно больше воды из грунта и испарить ее в атмосферу. И с этой
задачей они прекрасно справляются.
Но вместе с влагой они отправляют в атмосферу
огромное количество отрицательных ионов.
Почему так происходит и откуда берутся отрицательные ионы?
Поверхность Земли является обкладкой
глобального электрического конденсатора. Она заряжена отрицательно.
Электрическое поле этого заряженного конденсатора толкает все
отрицательные заряды вверх, пытаясь вырвать их из земной
поверхности.
Испаряющаяся вода очень эффективно помогает отрицательным зарядам
покидать земную поверхность и уходить в атмосферу. А все дело в том,
что молекула воды обладает ярко выраженной электрической
полярностью и поэтому легко присоединяет к себе электрические
заряды и крепко их удерживает. В данном случае это - отрицательные
заряды, которых на Земле избыток. Испаряясь, молекула воды уносит с
собой захваченный ею отрицателный заряд.
Из электростатики известно, что заряды концентрируются на разного рода
ребрах и остриях заряженного тела. Земля как раз является таким
заряженным телом. На земной поверхности таких
остриев огромное множество. Это трава на полях, злаки, листья кустарников
и деревьев и особенно иголки хвойных деревьев. Но именно они и
испаряют львиную долю воды из растений, которая вместе с отрицательными
зарядами попадает в атмосферу. Этот процесс продолжается до тех пор,
пока существует электрическое поле у земной поверхности и происходит
испарение воды в атмосферу.
Переход отрицательных зарядов с земной поверхности в атмосферу
приводит к изменению напряженнности электрического поля.
У поверхности Земли она уменьщается, а ее максимум сдвигается вверх
на высоту приземного заряженного отрицательно слоя. По этим изменениям
можно судить об объемной плотности отрицательных зарядов в приземном
слое атмосферы в предгрозовой ситуации.
Объемная плотность отрицательных зарядов в приземном слое
атмосферы может достигать 10 в степени -8 кл. на кубометр.

Нагретый и увлажненный слой воздуха
у земной поверхности становится легче воздуха в вышерасположенных
слоях и стремится подняться вверх. В каком-либо месте он пробивает себе
путь наверх и устремляется в это окно. Как только окно появилось, весь
нагретый и увлажненный воздух с большой площади земной поверхности
уходит через это окно вверх, образуя облако вертикального развития или
грозовое облако.
Но вместе с этим воздухом в грозовое облако поднимаются и все отрицаткльные
заряды, прикрепленные к молекулам водяного пара.
Дальше развитие грозового облака происходит по хорошо известному сценарию.
Вершина облака достигает высот 12 км и более. Влажный воздух охлаждается,
водяной пар конденсируется, облачные капельки воды сливаются и замерзают.
Крупные капли переохлажденной воды и льда начинают падать вниз навстречу восходящим
потокам воздуха, присоединяя к себе мелкие облачные капельки воды.
Но вместе с каплями воды они присоединяют
к себе их отрицательный электрический заряд!
Происходит самый важный и вполне естественный
процесс: падающие крупные капли и град прочесыват всю облачную массу, собирая
все отрицательные заряды, и несут их на себе в нижнюю часть облака, к земной
поверхности. Все облачные заряды теперь сконцентрированы в одном
небольшом объеме, который под действием силы тяжести приближается
к земле. По мере этого приближения возрастает напряженность электрического
поля между землей и этим заряженным объемом облака. И как только
напряженность поля достигает критического значения, происходит
электрический пробой, и молния ударяет в землю, перенося с собой на землю
избыток отрицательного электрического заряда.
Как видно из вышесказанного, молния
никак не заряжает Землю отрицательным зарядом. Она просто
возвращает на Землю излишки отрицательных зарядов, которые когда-то
попали в облако вместе с теплым и влажным воздухом от поверхности
Земли.

Генератор электричества.

Остается невыясненным второй
вопрос: где же тот генератор, который постоянно заряжает
электричеством глобальный конденсатор?
По-видимому, таким генератором является магнитное поле Земли,
которое вращвется вместе с Землей в потоке солнечного ветра.
Солнечный ветер - это в основном поток заряженных частиц,
электронов и ионов водорода. Скорость таких частиц лежит в пределах
от 300 км/сек до 1300 км/сек. Магнитное поле Земли каким-то образом
разделяет эти заряженные частицы.
В результате вращения Земли восточная часть магнитного поля
(По отношению к Солнцу) всегда движется навстречу солнечному ветру,
а западная - убегает от него. Эта разность в скорости составляет около
1 км/сек. Следовательно, силы Лоренца, действующие на движущиеся
заряды, будут различными на восточной и западной стороне магнитосферы.
Очень похоже, что эта разница в силе Лоренца как раз и является тем
генератором атмосферного потенциала.
К сожалению, пока недостаточно
достоверных данных в этом вопросе для того, чтобы
подробно рассмотреть конструкцию этого генератора.

Ответить

На мой взгляд, для того, что бы говорить об атмосферноземном конденсаторе, нужно знать о механизме происхождения самой атмосферы.
Наука держит это в строжайшем секрете.
Предлагаю своё виденье механизма происхождения атмосферы, но перед этим просто на пальцах разобью, как не состоятельные, предыдущие теории, это теорию "восходящих потоков" и конденсаторную теорию.

Для того, что бы что-то поднималось в восходящих потоках, нужна как минимум атмосфера!!! Какие восходящие потоки в вакууме? Мы же взрослые люди.

Теперь вот бытует конденсаторная концепция, но конденсаторная концепция не объясняет происхождение атмосферы, я даже сказал бы, противоречит.
Забудьте на миг, что Вы талантливы и включите своё логическое мышление. Нарисуйте, лучше на бумаге, будет нагляднее, одну обкладку конденсатора это у нас будет абстрактная сфера Земли с отрицательным зарядом, затем на расстоянии, допустим 15сантиметров, другую обкладку это у нас будет ионосфера с положительным зарядом. Теперь догадайтесь где, будут, находится положительные и отрицательные электроны? Правильно, они будут поляризованы и насыщенность обкладок электронами или напряженность будет большая в непосредственной близости от обкладок. Теперь, что у нас будет в середине между обкладками? Правильно, нейтрал, там не будет электронов или будет конфликт - короткое замыкание. Каким чудом в эту нейтральную область, между обкладок, могут попасть молекулы воздуха, на финал образоваться атмосфера? Нонсенс, такого не должно быть в природе, это противоречит всем существующим законам, я не говорю уже о расстоянии между обкладками (Земля - ионосфера), его просто не будет и ни какое вращение не заставит молекулу оторваться от Земли, наоборот уплотнит сферу Земли своими центростремительными силами.

Хочу предложить свою теорию происхождения атмосферы, при этом совсем не претендую на её безоговорочное принятие. Скорее это механизм происхождения атмосферы.
Земля имеет свой потенциал, мы его назвали отрицательным. Закон Кулона гласит, что любое тело имеет своё электростатическое поле (вспомнить его шарики одноименно заряженные отталкиваются и разноимённые притягиваются). В данном случае мы имеем один шар, это Земля со своим отрицательно заряженным электростатическим полем. Мы знаем, что на всей Земле этот потенциал примерно одинаков по мощности и по знаку (пока не берём во внимание магнитное поле Земли, только заряд). Если мы будем измерять напряжение в разных точках (на разных расстояниях вверх от Земли), то согласно с законом о ШАГОВОМ НАПРЯЖЕНИИ, у нас будут разные показатели. Первым, кто определил эту разность потенциалов, был Б. Франклин. Сейчас мы знаем, что разность потенциалов увеличивается в закономерной последовательности один метр один вольт и уже между Землёй и ионосферой, эта разность потенциалов составляет 200киловольт. Согласно с законом шагового напряжения с увеличением напряжения (расстояния), уменьшается напряженность, между двумя измеряемыми точками. (Прочесть, что такое шаговое напряжение, в любой поисковой программе Интернета.)
Надеюсь, что нет сомнения в том, что все, что находится на Земле, приобретает её электростатический заряд, отрицательный.
Каждый атом всякого элемента из таблицы Менделеева, приобретает электростатический заряд той среды, где он находится в данный момент. Хочу уточнить, мы не говорим о внутреннем строении атома, молекулы того или иного вещества, а о внешнем заряде.
Видимо приобретают электростатический заряд их оболочки.
Учитывая выше сказанное очень легко представить механизм образования атмосферы.
А именно: Атом, молекула любого вещества, если отделилась каким либо образом от Земли, существует, в данный момент, как самостоятельная, отрицательно заряженная единица. В результате мы имеем два одноимённо заряженные тела, это Земля и молекула любого химического элемента. Под действием отталкивающих, одноимённо заряженных кулоновских сил, преодолевая гравитационные силы, молекула стремительно переносится на высоту, где уравняются гравитационные силы Ньютона и электростатические одноимённо заряженные силы Кулона. Улавливаете, какая колоссальная разница в зарядах и на сколько километров оттолкнёт Земля от своей поверхности любую отделившуюся от структуры Земли, молекулу? Расстояние зависит от молекулярного веса. Если это ртуть, то не высоко, если гелий или водород, то это порядка 250километров и более. Не зря в космосе есть нейтральные, положительно и отрицательно заряженные атомы водорода и гелия, но об этом несколько ниже.
Мы получили АТМОСФЕРУ!!!
Вот только сейчас, а не никак ранее, до образования атмосферы, начинают действовать газовые законы (восходящие потоки), при помощи которых вся масса оттолкнувшихся от Земли молекул перемешивается.
Вы можете спросить, каким образом атомы, молекулы отделяются от Земли?
Это процессы фотосинтеза, это процессы испарения, это практически все процессы жизнедеятельности человека и процессы, проходящие в природе, вулканические извержения, пр.
Трудно себе представить, что в отрицательно заряженном электростатическом поле Земли, может быть какое ни, будь поле или частица, хотя бы немного отличающаяся по знаку заряда. Электричество не оставляет никаких шансов на соседство, конфликт обязателен. Напрашивается вопрос. Откуда в ионосфере положительно заряженное поле?
Без учёта знания закона об электростатическом шаговом напряжении, объяснить не возможно. Это однозначно силы электростатического шагового напряжения другой планеты, которая имеет противоположный потенциал, это Солнце, что не удивительно, Солнце тоже имеет атмосферу, которую мы называем "СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР". В ионосфере Земли происходит встреча отрицательно заряженной атмосферы Земли с положительно заряженной атмосферой Солнца, в результате этой встречи происходит конфликт (короткое замыкание), который проявляется в виде свечения и появления электрически нейтральных атомов, в первую очередь водорода, как самого лёгкого химического элемента таблицы Менделеева.
Вот теперь, вооружившись знанием, каким образом произошла атмосфера, можно говорить про дождь, грозу, молнию и вообще про все атмосферные процессы и катаклизмы. Давайте попробуем.

Как образуются облака? Наука это тоже держит в секрете.
Нужно помнить, что молекулы воды, электростатически одноимённо заряжены и поэтому, отталкиваются. Скорее всего, виновно в образовании тумана облака, дипольное строение молекулы воды, но сам туман не может при нормальных условиях соединиться в капли дождя.
Наука предполагает, что туман конденсируется на пылинках, которых в атмосфере оказывается бесчисленное множество, но лично я в это не верю и имею другую версию.
В прочем для нас это не важно, главное, что зарождается облако на высоте где-то 40 - 70километров над Землёй и в связи с этим находится в поле шагового напряжения с потенциалом 40 - 70киловольт.
С увеличением плотности облако под действием собственного веса, опускается, приближаясь к Земле. Здесь важно заметить, что всё зависит от места, где формируется и опускается облако, то есть от скорости приближения к Земле.
Если это тёплое и влажное место, то испарение активно и облако не успевает полностью переформатировать свой заряд и сохраняет где-то 25 -50киловольт с учётом потерь при опускании к Земле.
Высоковольтный потенциал опускающегося к Земле облака заставляет сжиматься, окружающая среда с меньшим потенциалом, но с более высокой напряженностью.
Этот момент нужно себе чётко представит.
Вокруг опускающегося под действием собственного веса облака другой, меньший потенциал но, пожалуйста, внимание, одноимённый.
Разряда нет, есть готовность ядра к разряду и чем ниже опустилось облако, тем выше эта готовность и концентрация заряда ядра. Здесь может быть разгадка механизма происхождения шаровой молнии.
В грозовом облаке может быть много таких ядер, но между собой они уживаются довольно мирно до определённого времени.
Достаточно одному из ядер изменить свой потенциал вследствие разряда допустим на Землю, как в следующий момент происходит цепная реакция. Ядра начинают разряжаться друг на друга. Мы получаем катаклизм типа "Катрина" или "Густав".
К стати разряд является только инициатором выхода колоссальной энергии, но об этом в другой раз. Я догадываюсь, каким образом можно предотвращать такие катаклизмы.

Ответить

ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Сравнительные характеристики, комментарии и оценка научной концепции,
со статьёй В. Горанского "Гипотеза происхождения атмосферы".

Для сопоставления научной концепции со статьёй "Гипотеза происхождения атмосферы" взята научная работа, изложенная в книге МЕТЕОРОЛОГИЯ и КЛИМАТОЛОГИЯ автор С. П. Хромов и М. А. Петросянц.
Издание четвёртое, переработанное и дополненное, рекомендовано Государственным комитетом Российской Федерации по высшему образованию, издательство МГУ 1994год.
По мнению моего научного консультанта, эта книга полностью и точно отображает современную научную официально принятую концепцию атмосферы и процессов, проходящих в ней, является общепризнанным учебником для студентов и пособием в научных исследованиях.

Первое - происхождение атмосферы.

Концепция, принятая наукой.

Атмосфера это воздушная оболочка Земли.
Наука не даёт определения, как и каким образом, произошла атмосфера, не указан и механизм образования атмосферы, но справедливости ради нужно сказать, что в научных кругах поддерживается концепция "конденсатора" и теория восходящих потоков, основанная на газовых законах.

Комментарии.

Конденсаторная концепция не объясняет происхождение атмосферы, я даже сказал бы, противоречит.
Забудьте на миг об официальной версии и включите своё логическое мышление. Нарисуйте, лучше на бумаге, будет нагляднее, одну обкладку конденсатора это у нас будет абстрактная сфера Земли с отрицательным зарядом, затем на расстоянии, допустим 15сантиметров, другую обкладку это у нас будет ионосфера с положительным зарядом. Где будут находиться положительные и отрицательные электроны?
Правильно, они будут поляризованы и насыщенность обкладок электронами или напряженность будет большая в непосредственной близости от обкладок.
Теперь, что у нас будет в середине между обкладками?
Правильно, нейтрал, там не будет электронов или будет конфликт - короткое замыкание. Каким чудом в эту нейтральную область, между обкладок, могут попасть молекулы воздуха, на финал образоваться атмосфера?
Нонсенс, такого не должно быть в природе, это противоречит всем существующим законам, я не говорю уже о расстоянии между обкладками (Земля - ионосфера), его просто не будет.
И ни какие газовые законы не заставят молекулу оторваться от Земли, потому, что самая микроскопическая пылинка, самый лёгкий атом обладают весом, а гравитационные силы Земли не отпустят ни атом, ни пылинку даже на микрон, от своей поверхности.
2

Выходит, что не достаточно определить всем известную истину, что атмосфера это воздушная оболочка, нужно найти механизм, благодаря которому произошла эта воздушная оболочка - атмосфера.

" Гипотеза происхождения атмосферы" В. Горанский.

Б. Франклин в своём опыте (благодаря которому был изобретён молниеотвод), получил разницу электрических потенциалов между Землёй и точкой земной атмосферы, и он же доказал, что эти заряды одноимённо заряжены.
В последствии смогли зарядить этими одноимённо заряженными электростатическими потенциалами лейденскую банку.
По последним данным исследования атмосферы, научными организациями абсолютно точно доказано, что с увеличением расстояния от Земли на один метр, увеличивается разность электрических потенциалов на один вольт. То есть на расстоянии один метр, один вольт, на расстоянии 100метров 100вольт, а на расстоянии 200километров (ионосфера) 200киловольт.
С другой стороны напряженность электростатического поля Земли, с увеличением расстояния убывает и если напряженность на расстоянии одного метра составляют 130V/m, то на уровне одного километра 45V/m, а на уровне 20километров менее 1V/m.

Именно этот факт натолкнул меня на мысль, что электростатическое поле Земли обладает закономерностями шагового напряжения.
Чем дальше от источника заряда, тем выше напряжение и тем меньше напряженность этого заряда.
Более того, если проанализировать убывающую закономерность напряженности в электростатическом поле Земли, то можем увидеть закон Ш. Кулона, в действии.

Вооружившись данными исследования электростатического поля Земли, закономерностями шагового напряжения и законом Ш. Кулона, мы попытаемся представить себе механизм образования атмосферы.

Допустим, мы имеем планету (Земля, Луна, Солнце, не важно), со своим электростатическим полем, но пока без атмосферы.

Не подлежит ни какому сомнению, что всё из чего состоит планета, имеет тот же электростатический заряд, что и сама планета и если под действием, какого ни будь из факторов, например, вулканического извержения, молекулы "оторвались" от основной массы планеты, то в последствии сохранят заряд данной планеты.
То есть электростатическое поле "оторвавшейся" молекулы и электростатическое поле планеты,: одного и того же заряда.
Согласно закону Ш. Кулона они должны оттолкнуться, на расстояние, которое можно определить по формуле закона, достаточно знать мощность электростатического заряда планеты и мощность электростатического заряда молекулы.
Кроме силы отталкивания, каждая молекула любого из веществ в таблице Менделеева, имеет свой вес, поэтому отделившаяся от планеты молекула поднимется на высоту где, уравняются отталкивающая сила, с весом молекулы. То есть высоты для молекул разных веществ будут различны, : получился "слоеный пирог".

И вот только сейчас, когда мы получили "слоёный пирог" из разных, по химическому составу оттолкнувшихся от планеты молекул и атомов, мы можем говорить о таких процессах как конвекция, перепады давлений, ветер, (газовые законы). В результате этих процессов весь этот "слоёный пирог" перемешивается и как результат, мы имеем атмосферу.

На границе раздела двух различных сред, если эта граница раздела значительно превышает длину волны, происходит изменение направления распространения света: часть световой энергии возвращается в первую среду, то есть отражается , а часть проникает во вторую среду и при этом преломляется . Луч АО носит название падающий луч , а луч OD – отраженный луч (см. рис. 1.3). Взаимное расположение этих лучей определяют законы отражения и преломления света .

Рис. 1.3. Отражение и преломление света.

Угол α между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным к поверхности в точке падения луча, носит название угол падения .

Угол γ между отражённым лучом и тем же перпендикуляром, носит название угол отражения .

Каждая среда в определённой степени (то есть по своему) отражает и поглощает световое излучение. Величина, которая характеризует отражательную способность поверхности вещества, называется коэффициент отражения . Коэффициент отражения показывает, какую часть принесённой излучением на поверхность тела энергии составляет энергия, унесённая от этой поверхности отражённым излучением. Этот коэффициент зависит от многих причин, например, от состава излучения и от угла падения. Свет полностью отражается от тонкой плёнки серебра или жидкой ртути, нанесённой на лист стекла.

Законы отражения света

Законы отражения света были найдены экспериментально ещё в 3 веке до нашей эры древнегреческим учёным Евклидом. Также эти законы могут быть получены как следствие принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка среды, до которой дошло возмущение, является источником вторичных волн. Волновая поверхность (фронт волны) в следующий момент представляет собой касательную поверхность ко всем вторичным волнам. Принцип Гюйгенса является чисто геометрическим.

На гладкую отражательную поверхность КМ (рис. 1.4) падает плоская волна, то есть волна, волновые поверхности которой представляют собой полоски.

Рис. 1.4. Построение Гюйгенса.

А 1 А и В 1 В – лучи падающей волны, АС – волновая поверхность этой волны (или фронт волны).

Пока фронт волны из точки С переместится за время t в точку В, из точки А распространится вторичная волна по полусфере на расстояние AD = CB, так как AD = vt и CB = vt, где v – скорость распространения волны.

Волновая поверхность отражённой волны – это прямая BD, касательная к полусферам. Дальше волновая поверхность будет двигаться параллельно самой себе по направлению отражённых лучей АА 2 и ВВ 2 .

Прямоугольные треугольники ΔАСВ и ΔADB имеют общую гипотенузу АВ и равные катеты AD = CB. Следовательно, они равны.

Углы САВ = = α и DBA = = γ равны, потому что это углы со взаимно перпендикулярными сторонами. А из равенства треугольников следует, что α = γ .

Из построения Гюйгенса также следует, что падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности, восстановленным в точке падения луча.

Законы отражения справедливы при обратном направлении хода световых лучей. В следствие обратимости хода световых лучей имеем, что луч, распространяющийся по пути отражённого, отражается по пути падающего.

Большинство тел лишь отражают падающее на них излучение, не являясь при этом источником света. Освещённые предметы видны со всех сторон, так как от их поверхности свет отражается в разных направлениях, рассеиваясь. Это явление называется диффузное отражение или рассеянное отражение . Диффузное отражение света (рис. 1.5) происходит от всех шероховатых поверхностей. Для определения хода отражённого луча такой поверхности в точке падения луча проводится плоскость, касательная к поверхности, и по отношению к этой плоскости строятся углы падения и отражения.

Рис. 1.5. Диффузное отражение света.

Например, 85% белого света отражается от поверхности снега, 75% — от белой бумаги, 0,5% — от чёрного бархата. Диффузное отражение света не вызывает неприятных ощущений в глазу человека, в отличие от зеркального.

– это когда падающие на гладкую поверхность под определённым углом лучи света отражаются преимущественно в одном направлении (рис. 1.6). Отражающая поверхность в этом случае называется зеркало (или зеркальная поверхность ). Зеркальные поверхности можно считать оптически гладкими, если размеры неровностей и неоднородностей на них не превышают длины световой волны (меньше 1 мкм). Для таких поверхностей выполняется закон отражения света.

Рис. 1.6. Зеркальное отражение света.

Плоское зеркало – это зеркало, отражающая поверхность которого представляет собой плоскость. Плоское зеркало даёт возможность видеть предметы, находящиеся перед ним, причём эти предметы кажутся расположенными за зеркальной плоскостью. В геометрической оптике каждая точка источника света S считается центром расходящегося пучка лучей (рис. 1.7). Такой пучок лучей называется гомоцентрическим . Изображением точки S в оптическом устройстве называется центр S’ гомоцентрического отражённого и преломлённого пучка лучей в различных средах. Если свет, рассеянный поверхностями различных тел, попадает на плоское зеркало, а затем, отражаясь от него, падает в глаз наблюдателя, то в зеркале видны изображения этих тел.

Рис. 1.7. Изображение, возникающее с помощью плоского зеркала.

Изображение S’ называется действительным, если в точке S’ пересекаются сами отражённые (преломлённые) лучи пучка. Изображение S’ называется мнимым, если в ней пересекаются не сами отражённые (преломлённые) лучи, а их продолжения. Световая энергия в эту точку не поступает. На рис. 1.7 представлено изображение светящейся точки S, возникающее с помощью плоского зеркала.

Луч SO падает на зеркало КМ под углом 0°, следовательно, угол отражения равен 0°, и данный луч после отражения идёт по пути OS. Из всего множества попадающих из точки S лучей на плоское зеркало выделим луч SO 1 .

Луч SO 1 падает на зеркало под углом α и отражается под углом γ (α = γ ). Если продолжить отражённые лучи за зеркало, то они сойдутся в точке S 1 , которая является мнимым изображением точки S в плоском зеркале. Таким образом, человеку кажется, что лучи выходят из точки S 1 , хотя на самом деле лучей, выходящих их этой точки и попадающих в глаз, не существует. Изображение точки S 1 расположено симметрично самой светящейся точке S относительно зеркала КМ. Докажем это.

Луч SB, падающий на зеркало под углом 2 (рис. 1.8), согласно закону отражения света отражается под углом 1 = 2.

Рис. 1.8. Отражение от плоского зеркала.

Из рис. 1.8 видно, что углы 1 и 5 равны – как вертикальные. Суммы углов 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Следовательно, углы 3 = 4 и 2 = 5.

Прямоугольные треугольники ΔSOB и ΔS 1 OB имеют общий катет ОВ и равные острые углы 3 и 4, следовательно, эти треугольники равны по стороне и двум прилежащим к катету углам. Это означает, что SO = OS 1 , то есть точка S 1 расположена симметрично точке S относительно зеркала.

Для того чтобы найти изображение предмета АВ в плоском зеркале, достаточно опустить перпендикуляры из крайних точек предмета на зеркало и, продолжив их за пределы зеркала, отложить за ним расстояние, равное расстоянию от зеркала до крайней точки предмета (рис. 1.9). Это изображение будет мнимым и в натуральную величину. Размеры и взаимное расположение предметов сохраняются, но при этом в зеркале левая и правая стороны у изображения меняются местами по сравнению с самим предметом. Параллельность падающих на плоское зеркало световых лучей после отражения также не нарушается.

Рис. 1.9. Изображение предмета в плоском зеркале.

В технике часто применяют зеркала со сложной кривой отражающей поверхностью, например, сферические зеркала. Сферическое зеркало – это поверхность тела, имеющая форму сферического сегмента и зеркально отражающая свет. Параллельность лучей при отражении от таких поверхностей нарушается. Зеркало называют вогнутым , если лучи отражаются от внутренней поверхности сферического сегмента. Параллельные световые лучи после отражения от такой поверхности собираются в одну точку, поэтому вогнутое зеркало называют собирающим . Если лучи отражаются от наружной поверхности зеркала, то оно будет выпуклым . Параллельные световые лучи рассеиваются в разные стороны, поэтому выпуклое зеркало называют рассеивающим .

Лучи, падающие на поверхность, могут отражаться от нее, проходить насквозь или поглощаться. В зависимости от этого различают поверхности блестящие и матовые, прозрачные и непрозрачные, черные и белые. Поверхность, которая поглощает значительно большее количество световых лучей, чем отражает и «пропускает», воспринимается как черная, а та, которая большую часть падающего на нее света отражает, видится нам белой. Если же большинство световых лучей беспрепятственно проходят через слой вещества, то оно будет прозрачным.

Отражение световых лучей от поверхности подчиняется хорошо известному закону, открытому И. Ньютоном, - угол падения луча равен углу отражения независимо от природы материала и длины световой волны. Если световой поток, состоящий из параллельных лучей, падает на гладкую поверхность, то отраженный поток будет также состоять из параллельных лучей и казаться как бы выходящим из этой поверхности. Поверхность, отражающая таким образом свет, называется блестящей. Если поток такого света попадает в глаз наблюдателя, то поверхность, которая его отражает, оказывается невидимой. В таких случаях говорят: «она блестит». С этим явлением мы постоянно сталкиваемся в музеях и на выставках, когда застекленная картина со многих точек зрения блестит или отсвечивает, и бывает трудно найти точку зрения, с которой она становится хорошо видимой.

Тела, имеющие шероховатую поверхность, отражают свет согласно тому же закону, что и блестящие. Однако по той причине, что поверхность таких тел состоит из расположенных под разными углами микроскопических поверхностей, свет отражается от нее в разных направлениях, происходит диффузное отражение или рассеивание света. Такие поверхности с разных точек зрения кажутся одинаковыми по светлоте, не имеют бликов и называются матовыми. Но нужно иметь в виду, что различные материалы отражают свет по-разному. Например, стекло, пластмассы, вода обладают так называемым зеркальным отражением, а металлы дают более мягкое отражение, даже будучи отполированными.

Некоторые поверхности не отражают и не пропускают света, а излучают его - как, например, поверхность раскаленного металла. Такие поверхности всегда будут превосходить по яркости поверхности, отражающие свет. Индивидуальные особенности сочетания рассеивания и прямого отражения света данной поверхностью определяют ее характер, «фактуру», позволяют отличать гипс от мрамора, белила масляные от гуашевых. Мы даже различаем предметы одним только зрением по характеру их поверхности, по сочетанию бликов и теней, образующих матовую, полуматовую или глянцевую поверхность. Мы различаем блеск на поверхности предмета и говорим о блеске металлическом, алмазном, стеклянном, фарфоровом; мы производим это различение по каким-то едва уловимым признакам, словесно не определяемым. В живописи передача качеств поверхности предмета наряду с их цветом, освещением, формой и положением в пространстве является одной из важнейших задач.

Ахроматические цвета

Белый свет с точки зрения физики представляет собой световой поток, состоящий из волн различной длины. Различные поверхности встречают падающие на них лучи света с неодинаковым «гостеприимством»: одни

поверхности, например, поглощают коротковолновые и отражают длинноволновые лучи, другие - наоборот. При таком избирательном поглощении световых лучей поверхность, как мы говорим, получает определенную окраску, цвет. Но есть поверхности, которые более или менее равномерно поглощают и отражают лучи всех длин волн. Такое неизбирательное поглощение создает так называемые серые поверхности. Чем больше будет поверхность неизбирательной, то есть безразлично к длине волн, отражать световых лучей, тем она будет белее, и, наоборот, чем меньше, тем чернее. Поверхности, равномерно отражающие лучи всех длин волны, называются ахроматическими. Ахроматические цвета обладают только одной характеристикой - светлотой, которая в основном определяется количеством отраженного от поверхности света.

В зависимости от освещения и способности поверхности отражать свет в том или ином количестве можно составить постепенный ряд ахроматических тонов, начиная от белого и кончая черным. Парадоксальность самого названия «ахроматический цвет», то есть «бесцветный цвет», еще раз указывает на неразделимую связь между светом и цветом. И действительно, с одной стороны, черное, белое, серое можно рассматривать как нечто противоположное цвету, всему цветному, а с другой - мы располагаем черную и белую краски в ряду других красок и, следовательно, нет оснований не считать их также цветом, как и другие. Для живописца белый, серый, черный есть такие же цвета, как и желтый, синий и т. д., ибо они используются в группе других цветов как равноправные элементы цветовой гармонии и колорита. При всем том разделение цветов на хроматические и ахроматические практически необходимо. Расположенные в порядке убывающей светлоты, ахроматические цвета образуют ряд, в котором можно выделить пять основных относительно определенных ступеней, - это черные, темно-серые, серые, светло-серые и белые. Для научных целей ахроматический ряд принимается значительно более дифференцированным. В атласе цветов Оствальда он состоит, например, из 16 градаций, у Менселла - из 29, у Теплова - из 24. Степень светлоты ахроматического тона трудно выразить абсолютно. Мы довольно легко можем из двух предметов выбрать более светлый или более темный, но отметить, насколько он темнее, мы не можем. Поэтому светлоту измеряют посредством единиц, отмечающих равенство или неравенство двух яркостей.

Диапазон светлот от белого до черного в натуре в тысячи раз превышает диапазон светлот между черной и белой красками в условиях освещения мастерской. Это с полной очевидностью показывает, что отношения яркостей в натуре не могут быть перенесены на холст в их абсолютных величинах, а требуют своего рода перевода, что давно замечено художниками. В ряде классических произведений мировой живописи мы видим удивительные эффекты освещения, поражающие своей правдивостью. Пути этого перевода многообразны и пока не укладываются ни в какие формулы даже в творчестве тех художников, лозунгом которых была наибольшая близость к натуре.

Яркость и светлота

В обиходном понимании разница между яркостью и светлотой обычно не замечается, и оба понятия рассматриваются почти как эквивалентные. Однако можно заметить некоторое различие в употреблении этих слов, которое отражает и различие этих двух феноменов. Как правило, слово «яркость» употребляют для характеристики особенно светлых поверхностей, сильно освещенных и отражающих большое количество света. Так, например, об освещенном солнцем листе бумаги или снеге говорят как о ярких поверхностях, а о стенах комнаты как о светлых. Слово «яркость» также нередко служит для характеристики цвета, причем имеются в виду такие качества последнего, как насыщенность или чистота. Наконец, слово «яркость» преимущественно используется для оценки источников света.

В естественнонаучной теории цвета различие между терминами «яркость» и «светлота» достаточно определенно. Яркость - понятие физическое, величина которого характеризуется количеством света, попадающего в глаз среднего наблюдателя от поверхности, излучающей или отражающей свет. Светлота же - это ощущение яркости, в котором важную роль играют конкретные условия индивидуального восприятия; это понятие, относящееся прежде всего к компетенции психологии. Одна и та же физическая, объективная яркость может вызывать различные ощущения светлоты, и, наоборот, одна и та же светлота может соответствовать различным степеням яркости.

Живописец имеет дело, скорее всего, непосредственно со светлотой, а не с яркостью. В работе и живописца и рисовальщика способность к убедительной и художественно выразительной передаче светлотных и цветовых отношений во многом зависит от чувствительности глаза, которая непостоянна и способна изменяться под действием внешних и внутренних стимулов. Глаз реагирует не на всякое раздражение, а только на такое, которое достигло определенной величины. Эту минимальную разницу между двумя степенями яркости, которую способен замечать глаз, психологи называют порогом чувствительности. Для того чтобы заметить в натуре и выразить затем в материале тончайшие нюансы света и цвета, глаз художника должен обладать достаточно высокой чувствительностью, которая дается от природы и развивается в процессе обучения.

Пороговая чувствительность изменяется при переходе от одних условий освещения к другим. При резком изменении условий освещения на некоторое время она значительно понижается, а затем, по мере того как глаз приспосабливается к новым условиям, начинает повышаться. Каждому хорошо известно, что если в яркий солнечный день войти с улицы в слабо освещенную комнату, то какое-то время глаз не способен почти ничего различить в ней и лишь постепенно начинает видеть предметы, находящиеся в помещении. Работая на пленэре в яркий солнечный день, легко впасть в ошибку и сильно высветлить, разбелить этюд, потому что в процессе работы глаз привыкает к повышенной яркости. И, наоборот, можно очень сильно напутать в светлотных и цветовых отношениях при слабом освещении. Здесь следует иметь в виду, что при слабом освещении, кроме того, что глаз приспосабливается к пониженной освещенности, изменяются также и цветовые тона и их насыщенность: синие при естественном вечернем освещении кажутся более яркими, красные, желтые - менее насыщенными, более белесоватыми, а при больших яркостях - желтоватыми.

Понижение чувствительности глаза, наоборот, заметно сказывается при его адаптации к сильно освещенной картинной плоскости. Приспосабливаясь к яркому свету, глаз воспринимает все цвета значительно разбеленными, и в стремлении сделать их более насыщенными художник неизменно приходит к фальши, несогласованности и пестроте. Только опыт позволяет художнику избегать подобных ошибок.

Белизна

В научном цветоведении для оценки светлотных качеств поверхности пользуются также термином «белизна», который, на наш взгляд, имеет особо важное значение для практики и теории живописи. Термин «белизна» по своему содержанию близок понятиям «яркость» и «светлота», однако, в отличие от последних, он содержит оттенок качественной характеристики и даже в какой-то мере эстетической.

Что же такое белизна? Р. Ивенс объясняет это понятие следующим образом: «Если светлота характеризует восприятие яркости, то белизна характеризует восприятие отражательной способности». Чем больше поверхность отражает падающего на нее света, тем она будет белее, и теоретически идеально белой поверхностью следует считать поверхность, отражающую все падающие на нее лучи; однако практически таких поверхностей не существует, так же как и не существует поверхностей, которые полностью поглощали бы падающий на них свет. Практически мы называем белыми поверхности, отражающие различную долю света. Например, меловой грунт мы оцениваем как белый грунт, но стоит на нем выкрасить квадрат цинковыми белилами, как он утратит свою белизну. Если же внутри затем закрасить квадрат белилами, имеющими еще большую отражательную способность, например баритовыми, то первый квадрат также частично утратит свою белизну, хотя все три поверхности мы практически будем считать белыми. Выходит, что понятие «белизна» относительно, но в то же время имеется какой-то рубеж, с которого воспринимаемую поверхность мы начинаем считать уже не белой.

Понятие белизны можно выразить математически. Отношение светового потока, отраженного поверхностью, к потоку, падающему на нее (в процентах), носит название «альбедо» (от лат. albus - белый). Это отношение для данной поверхности в основном сохраняется при различных условиях освещенности, и поэтому белизна является более постоянным качеством поверхности, нежели светлота. Для белых поверхностей альбедо будет равняться 80-95%. Белизна различных белых веществ, таким образом, может быть выражена через их отражательную способность. В. Оствальд дает следующую таблицу белизны различных белых материалов:

Сернокислый барий (баритовые белила) – 99%

Цинковые белила – 94%

Свинцовые белила – 93%

Гипс – 90%

Свежий снег – 90%

Бумага – 86%

Тело, которое совершенно не отражает света, в физике называется абсолютно черным телом. Но самая черная видимая нами поверхность не будет с физической точки зрения абсолютно черной. Поскольку она видима, то отражает хоть какую-то долю света и, таким образом, содержит хотя бы ничтожный процент белизны - так же как поверхность, приближающаяся к идеально белой, можно сказать, содержит хотя бы ничтожный процент черноты. Практически черной мы считаем такую поверхность, при восприятии которой неразличимы детали из-за недостаточности физического стимула. Белое и серое в натуре обладает поверхностными качествами, причем серое, чем оно темнее - в меньшей степени. Черное лишено этих качеств. Ивенс следующим образом определяет различие между белым, серым и черным: «Белое - это феномен, относящийся полностью к восприятию поверхности; серое - восприятие относительной светлоты поверхности, а черное - положительное восприятие недостаточности стимула для обеспечения должного уровня зрения».

В практике живописи понятие черного цвета также весьма относительно. Самое черное пятно в живописи обладает некоторой белизной и цветовым тоном. Различные черные краски, которые можно принять за предельную черноту, оказываются такими только при изолированном восприятии - при сопоставлении же их друг с другом они, кроме того, всегда обнаруживают различные цветовые оттенки. Ван Гог, например, насчитывал у Франса Хальса до 27 различных черных цветов. С чисто ахроматическим черным мы почти никогда не встречаемся. Цвет черной краски и является для художника эталоном черного, а опыт, приобретенный им в восприятии, дает возможность с этой чернотой соотносить все прочие тона.

Постоянство белизны

Понятие белизны имеет отношение к проблеме так называемой константности восприятия, имеющей вообще исключительно важное значение для теории изобразительного искусства, и художественно-педагогической практики в частности. Явление константности, говоря схематически, сводится к тому, что, несмотря на непостоянство и изменчивость получаемых сетчаткой световых сигналов, в восприятии мы получаем более или менее постоянный образ, соответствующий реальному объекту. Лист белой бумаги мы будем воспринимать как белый и в слабо освещенной комнате, и на солнечном свету, и при электрическом освещении, несмотря на то, что фактически он будет иметь различную степень светлоты. Так же обстоит дело и в отношении черной поверхности. Белая бумага в затемненной комнате отражает меньше света, чем черная на ярком солнечном свету; но мы не путаем черную бумагу с белой.

Для художника, таким образом, вопрос сводится к расчленению в восприятии светлоты или белизны поверхности и ее освещенности в данный момент. Если предложить написать лист белой бумаги, находящийся в тени, начинающему, то он напишет его чистыми белилами, так же как черную поверхность - черной краской. Но допустим, что перед художником стоит задача передать белизну поверхности такой, какой она представляется ему в действительности. Это возможно лишь в том случае, если он передаст ее кажущуюся светлоту. Для белой поверхности в тени и черной на свету художник берет серые тона, однако на картине они будут восприниматься как белая и черная поверхности. Здесь решающую роль играют так называемые отношения, то есть весь контекст изображения, контрасты и ряд других моментов, о которых речь пойдет ниже. Таким образом, видя аконстантно, живописец дает зрителю возможность константного восприятия белизны.

Степень постоянства восприятия белизны для белых и черных поверхностей неодинакова. Более выражено постоянство восприятия белых поверхностей; оно снижается для серых тонов - иначе говоря, чем выше отражательная способность поверхности, тем заметнее будет постоянство ее белизны; чем отражательная способность меньше, тем менее эффективно это постоянство. Эффект постоянства светлоты наиболее заметен в привычных условиях восприятия. Мы не замечаем изменения белизны листа бумаги в комнате с обычной освещенностью. На возникновение эффекта постоянства белизны большое влияние оказывает также наш практический опыт. Например, снег, хорошо известный нам по опыту как белый, в самых различных условиях освещения будет восприниматься белым. Синие тени на снегу представляются нам не синим снегом, а белым, находящимся в тени, окрашенным синим светом. Есть некоторая аналогия между постоянством восприятия белизны и постоянством восприятия величины предмета - мы не замечаем, например, перспективных изменений видимых размеров предметов, когда они находятся далеко от нас, и ясно видим уменьшение их на больших расстояниях.

Зрительная оценка белизны поверхности зависит, таким образом, от количества света, отражаемого поверхностью, и от установки восприятия. К этому вопросу мы еще вернемся в связи с восприятием цвета и при рассмотрении световых и цветовых отношений в системе изображения.

Свет и форма предмета

Хорошо известно, сколь значительна роль света в восприятии формы объекта. Поверхность и объем - факторы, независимые от освещения в том лишь смысле, что мы воспринимаем их при любом освещении. Вид предмета можно характеризовать целым рядом признаков, которые являются переменными, зависимыми от условий освещения. К этим признакам относятся светлота, цветовой тон и его насыщенность, фактура, форма. Интересно, что изменение одной из этих характеристик ведет к изменению и других - например, изменение освещенности влечет за собой изменение светлоты поверхности, а с нею вместе меняется и ее цвет. Таким образом, ни одна из этих характеристик не будет, в сущности, независимой, что имеет особо важное значение для проблемы цельности восприятия и цельности изображения.

Восприятие же всегда в первую очередь направлено на форму, а не на освещение. Это преобладание настолько сильно, что нетренированным наблюдателем оно, как правило, не замечается, и требуется известное усилие для того, чтобы воспринимать изменение интенсивности освещения на поверхности прежде, чем саму форму.

Естественную светотень можно представить состоящей как бы из двух слоев: из светлоты, присущей данной поверхности, и света, который «наслаивается» на нее. Мы уже говорили выше, что такова была традиция понимания света в живописи довольно длительное время. Этой давней традиции понимания светотени как чего-то внешнего по отношению к собственной светлоте и цвету предмета соответствует в художественной практике понимание светлоты предмета как состоящей из локального цвета и светотени, возникающей при освещении. Именно так понимали сетотень в эпоху раннего Возрождения. С этим связана и другая особенность - восприятие светлоты как прозрачности. В естественных условиях возможна ситуация, при которой предметы или поверхности просматриваются через какой-то другой предмет и между глазом и наблюдаемой поверхностью тем самым создается какая-то среда, ослабляющая светлоту рассматриваемой поверхности, - например, если смотреть на предмет через тюлевую занавеску или на пейзаж через пелену тумана. В этих случаях мы отчетливо представляем себе ослабленной светлоту рассматриваемых предметов благодаря влиянию лежащего поверх них слоя. В живописи этому слою соответствуют лессировки, которые можно рассматривать как некую прозрачную среду, накладываемую на локальный цвет предмета.

Однако в действительности мы имеем просто серое пятно, которое практически ничем не будет отличаться и от пятна краски, полученного в результате механического смешения, и при восприятии такого пятна никакого разделения или расслоения не происходит, если мы локализуем внимание лишь на нем самом. Возьмем для примера самое простое изображение: темная вертикальная полоса, которую пересекает более светлая и относительно прозрачная горизонтальная полоса, так что вертикальная полоса просматривается через нее. Такое изображение можно воспринимать по-разному: или как две полосы, различно ориентированные и положенные друг на друга, или как пять квадратов, расположенных в одной плоскости. Конечно, глаз будет воспринимать данную ситуацию как две полосы, и, таким образом, светотень окажется расщепленной на два пространственных слоя.

Рис. 6. Эффект прозрачности достигается различием в тоне

Р. Арнхейм объясняет это своим универсальным принципом простоты, к которому всегда стремится зрительное восприятие: восприятие двух пересекающихся полос, положенных друг на друга, проще и понятнее, нежели сочетание нескольких элементов в одной плоскости. Но здесь возможно и другое объяснение этому явлению: зрительное восприятие стремится к известной законченности, пытается найти органическую связь между отдельными элементами изображения.

В живописном произведении этот эффект прозрачности, как мы его на-зовем, возникает лишь благодаря найденным цветовым и светлотным от-ношениям. Если мы будем смотреть только на вуаль, то мы ничего, кроме серой поверхности, не увидим, если же мы смотрим одновременно на вуаль и участок тела, не закрытый вуалью, то четко воспринимаем прозрачность ткани и находящуюся за ней поверхность.

Светотень и перспектива

Леонардо да Винчи говорил о наличии «трех перспектив, то есть уменьшения фигур тел, уменьшения их величин и уменьшения их цветов. Далее, - говорит он, - из этих трех перспектив первая происходит от глаза, а две другие произведены воздухом, находящимся между глазом и предметом, видимым этим глазом»

По современной терминологии, речь идет здесь о линейной, воздушной и цветовой перспективах, между которыми имеется такая же связь, как между формой предмета, его цветом и светотенью, ибо каждая из них объясняет закономерности пространственного изменения этих основных признаков предметной формы. О цветовой перспективе мы будем говорить ниже, здесь же отметим лишь взаимосвязь линейной и воздушной перспектив. Основной закон этой связи сводится к тому, что по мере удаления от нас предметы теряют резкость своих очертаний и изменяют свою светлоту. При этом темные предметы по мере удаления становятся светлее, а светлые, наоборот, темнее.

Воздушная перспектива, особенно выдающуюся роль играла в пейзаже, где она служит очень важным средством выражения пространственной глубины. Но не во все эпохи она пользовалась уважением со стороны художников и теоретиков. Шеллинг, например, так писал о воздушной перспективе: «...такая картина, где соблюдена воздушная перспектива, будет менее напоминать нам, что созерцаемое нами есть произведение искусства, чем та, где этого нет; но если сделать этот принцип всеобщим, искусства вообще не было бы, а коль скоро он не может быть всеобщим, то иллюзия, то есть отождествление истины с видимостью вплоть до чувственной истины, вообще не может быть целью искусства. Так и древние - по всему тому, что мы о них знаем, - не соблюдали воздушной перспективы. Точно так же не соблюдали ее и художники XIV и XV столетий, например Пьетро Перуджино, учитель Рафаэля (картины в Дрездене). Да и в картинах Рафаэля воздушная перспектива соблюдается только отчасти».

Читая эти строки, нужно иметь в виду, что до эпохи Возрождения живопись не применяла, в сущности, светотени и линейной перспективы, и, возможно, не только потому, что это не соответствовало эстетическим концепциям того времени, а также и потому, что художники о них не знали.

С точки зрения развития самого метода изображения открытие законов перспективы и, в частности, воздушной перспективы было прогрессом, который нисколько не помешал, как это иногда пытаются утверждать и некоторые современные теоретики, развитию искусства. В эпоху позднего Возрождения и позже были созданы многие выдающиеся произведения, неотъемлемым элементом художественной формы которых являются центральная перспектива, воздушная перспектива и светотень.

Все живое стремится к цвету.

И.В. Гете. Учение о цветах.

Спектральные цвета

Если для художника, как мы уже говорили, белое и черное представляют собой цвета, то с физической точки зрения это не совсем так. Леонардо да Винчи в какой-то степени предвосхитил позднейшее открытие, когда заявлял: «Белое не есть цвет, но оно в состоянии воспринять любой цвет» Великому английскому физику Исааку Ньютону экспериментально удалось доказать, что белый солнечный свет представляет собой смесь разнообразных цветов. И сегодня каждый школьник знает, что если узкий луч солнечного света пропустить через трехгранную призму, то на экране, расположенном позади нее, возникает удивительно красивый световой эффект - последовательный ряд ярких цветов, аналогичный тому, который каждому приходилось наблюдать в природном явлении радуги.

Увлеченный поисками аналогии между цветом и звуком, Ньютон разделил полученный им спектр на семь частей соответственно семи тонам музыкальной диатонической гаммы и обозначил их словами: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Такое разделение спектра было в значительной степени условным и случайным, ибо можно выделить и большее и меньшее число его частей, так как цвета спектра не имеют четких границ, а постепенно переходят один в другой. Так, например, между красным и оранжевым можно выделить красно-оранжевый, между желтым и зеленым - желто-зеленый или салатовый и другие. Более соответствовало бы действительному составу спектра разделение его на 6 частей. В качестве седьмого Ньютон выделил индиго, который правильнее было бы считать лишь разновидностью синего. Ньютон одновременно обнаружил, что белый свет состоит из световых лучей, которые неодинаково преломляются, проходя через одну и ту же среду, и что этой физической неоднородности лучей соответствует и разница ощущений цвета, которые они вызывают, попадая в глаз человека. Он обратил также внимание и на то, что каждый из этих цветов занимает в спектре различный по ширине участок.

Опыты Ньютона имели важное значение для развития научных взглядов на природу вообще и на природу цвета в частности. Они дали объективную основу для решения некоторых проблем теории цвета в живописи - например, теории взаимодополнительных цветов, теории оптического смешивания красок. Таким образом, в области, казавшейся субъективной и не поддающейся никакому упорядочению, открылась дорога для строгого научного анализа.

Согласно современным воззрениям, спектр образуется потоком лучей света с разной длиной световой волны. Если поток состоит из лучей, имеющих одну и ту же длину волны, он называется монохроматическим. Теоретически световой поток, состоящий, допустим, из лучей, имеющих длину волны в 637 нм, вызывает иное ощущение цвета, чем поток из лучей в 638 нм. Однако глаз не реагирует на столь незначительные изменения в волновом составе излучения, и практически монохроматическим потоком можно считать и такой, который содержит различные волны в пределах примерно ±10 нм.

Излучению, состоящему из волн одной лишь длины или из волн, образующих очень узкий участок спектра, соответствует определенный полно-насыщенный спектральный цвет. С таким спектральным цветом в повседневной действительности нам, однако, дела иметь почти не приходится; обычно глаз получает потоки смешанного состава, состоящие из волн различной длины.

Таблица 1.

а) Непрерывный спектр;

б) Условное разделение спектра на семь цветов (по Ньютону)

Увлеченный поисками аналогии между цветом и звуком, Ньютон разделил полученный им спектр на семь частей соответственно семи тонам музыкальной диатонической гаммы и обозначил их словами: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Такое разделение спектра было в значительной степени условным и случайным, ибо можно выделить и большее и меньшее число его частей.

Каждое цветовое пятно в картине может иметь различную светлоту, окраску, чистоту, определяемые в цветоведенни, как уже отмечалось, терминами «светлота», «цветовой тон», «насыщенность». Для теории цвета, как естественнонаучной, так и художественной, эти понятия имеют исключительно важное значение, так как они являются основой систематизации всего богатства цветовых явлений в природе и в искусстве. Без этих характеристик невозможно обойтись и при уяснении таких фундаментальных понятий теории живописи, как «цветовая гармония», «колорит», «живописность».

Таблица 2.

а) Изменения по цветовому тону (и светлоте);

б) изменения по светлоте (и насыщенности);

в) изменения по насыщенности (и светлоте)

Ощущение «красного» или «синего» цвета в этом случае определяется лишь преобладанием в потоке лучей с соответствующей длиной волны; помимо них световой поток будет содержать и лучи других длин волн, другого «цвета», только в меньшем количестве. Чем более будут преобладать лучи какой-либо одной определенной длины волны, тем чище будет цвет; и наоборот - чем это преобладание будет меньше, тем более он будет грязным и тусклым. При определенной смеси лучей всего спектра, то есть всех длин волн, мы получим белый или серый цвет. Наблюдения показывают, что потоки разного волнового состава могут вызывать ощущения одинакового цвета, и поверхности, кажущиеся одинаковыми по окраске, могут отражать потоки неодинакового волнового состава. Это явление можно объяснить закономерностями оптического смешения цветов, о котором речь пойдет ниже.

Альтернативные визуализации. Визуализация внутреннего света Представьте, что на макушке вашей головы сверкает сияющая звезда, которая излучает яркое свечение и могучую энергию

Бухгалтерский учет операций в иностранной валюте. Отражение в учете курсовых разниц

Виды удержаний из заработной платы. Порядок расчета суммы удержаний и отражение их в учете. Аналитический и синтетический учет расчетов по оплате труда

Воздействие инфракрасного излучения на организм человека. Особенности биологического действия лазерного света