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LABORATORIO SCIENTIFICO PER BAMBINI
Perché il cielo è blu?. Laboratorio scientifico per bambini
Elenco / Laboratorio di scienze per bambini In una limpida giornata di sole, il cielo sopra di noi appare di un azzurro brillante. La sera il tramonto colora il cielo di rosso, rosa e arancione. Perché il cielo è blu? Cosa rende rosso un tramonto? Per rispondere a queste domande è necessario sapere cos'è la luce e di cosa è fatta l'atmosfera terrestre. atmosfera L'atmosfera è una miscela di gas e altre particelle che circondano la terra. L'atmosfera è costituita principalmente da gas di azoto (78%) e ossigeno (21%). Il gas argon e l'acqua (sotto forma di vapore, goccioline e cristalli di ghiaccio) sono i successivi più comuni nell'atmosfera, la loro concentrazione non supera rispettivamente lo 0,93% e lo 0,001%. L'atmosfera terrestre contiene anche piccole quantità di altri gas, nonché minuscole particelle di polvere, fuliggine, cenere, polline e sale che entrano nell'atmosfera dagli oceani. La composizione dell'atmosfera varia entro piccoli limiti a seconda del luogo, del tempo, ecc. La concentrazione di acqua nell'atmosfera aumenta durante i temporali, così come in prossimità dell'oceano. I vulcani sono in grado di lanciare enormi quantità di cenere nell’atmosfera. L'inquinamento provocato dall'uomo può anche aggiungere vari gas o polvere e fuliggine alla normale composizione dell'atmosfera. La densità dell'atmosfera è massima alle basse altitudini vicino alla superficie terrestre; con l'aumentare dell'altitudine diminuisce gradualmente. Non esiste un confine chiaramente definito tra l’atmosfera e lo spazio. Onde luminose La luce è un tipo di energia trasportata dalle onde. Oltre alla luce, le onde trasportano altri tipi di energia, ad esempio un'onda sonora è una vibrazione dell'aria. Un'onda luminosa è un'oscillazione di campi elettrici e magnetici, questo intervallo è chiamato spettro elettromagnetico. Le onde elettromagnetiche viaggiano nello spazio senz'aria alla velocità di 299,792 km/s. La velocità con cui si propagano queste onde è chiamata velocità della luce.
L'energia della radiazione dipende dalla lunghezza d'onda e dalla sua frequenza. La lunghezza d'onda è la distanza tra i due picchi (o valli) più vicini dell'onda. La frequenza di un'onda è il numero di volte in cui un'onda oscilla al secondo. Più lunga è l'onda, minore è la sua frequenza e minore è l'energia che trasporta. Colori chiari visibili La luce visibile è la parte dello spettro elettromagnetico che può essere vista dai nostri occhi. La luce emessa dal Sole o da una lampada a incandescenza può apparire bianca, ma in realtà è una miscela di diversi colori. Puoi vedere i diversi colori dello spettro visibile della luce scomponendolo nelle sue componenti utilizzando un prisma. Questo spettro può anche essere osservato nel cielo sotto forma di un arcobaleno, risultante dalla rifrazione della luce del Sole nelle gocce d'acqua, che agiscono come un prisma gigante.
I colori dello spettro si mescolano e si trasformano continuamente l'uno nell'altro. Ad un'estremità lo spettro ha i colori rosso o arancione. Questi colori sfumano nel giallo, verde, blu, indaco e viola. I colori hanno lunghezze d'onda diverse, frequenze diverse e differiscono in energie. Propagazione della luce nell'aria La luce viaggia nello spazio in linea retta finché non ci sono ostacoli sul suo cammino. Quando un'onda luminosa entra nell'atmosfera, la luce continua a viaggiare in linea retta finché le molecole di polvere o gas non si intromettono. In questo caso, ciò che accade alla luce dipenderà dalla sua lunghezza d'onda e dalla dimensione delle particelle intrappolate sul suo percorso. Le particelle di polvere e le gocce d'acqua sono molto più grandi della lunghezza d'onda della luce visibile. La luce viene riflessa in direzioni diverse quando colpisce queste grandi particelle. Diversi colori della luce visibile vengono riflessi equamente da queste particelle. La luce riflessa appare bianca perché contiene ancora gli stessi colori che erano presenti prima di essere riflessa. Le molecole di gas sono più piccole della lunghezza d'onda della luce visibile. Se un'onda luminosa li colpisce, il risultato della collisione potrebbe essere diverso. Quando la luce si scontra con una molecola di qualsiasi gas, parte di essa viene assorbita. Poco dopo, la molecola inizia a emettere luce in diverse direzioni. Il colore della luce emessa è lo stesso colore che è stato assorbito. Ma i colori di diverse lunghezze d'onda vengono assorbiti in modo diverso. Tutti i colori possono essere assorbiti, ma le frequenze più alte (blu) vengono assorbite in modo molto più forte delle frequenze più basse (rosso). Questo processo è chiamato diffusione di Rayleigh, dal nome del fisico britannico John Rayleigh, che scoprì questo fenomeno negli anni '1870 dell'Ottocento. Perchè il cielo è blu? Il cielo è blu a causa della diffusione di Rayleigh. Mentre la luce viaggia attraverso l’atmosfera, la maggior parte delle lunghezze d’onda lunghe dello spettro ottico passano invariate. Solo una piccola parte dei colori rosso, arancione e giallo interagiscono con l'aria. Tuttavia, molte lunghezze d'onda della luce più corte vengono assorbite dalle molecole di gas. Una volta assorbito, il colore blu viene emesso in tutte le direzioni. È sparso ovunque nel cielo. Non importa in quale direzione guardi, parte di questa luce blu diffusa raggiunge l'osservatore. Poiché la luce blu è visibile ovunque in alto, il cielo appare blu.
Se guardi verso l'orizzonte, il cielo avrà una tonalità più chiara. Questo è il risultato della luce che percorre una distanza maggiore attraverso l'atmosfera per raggiungere l'osservatore. La luce diffusa viene nuovamente dispersa dall'atmosfera e meno luce blu raggiunge gli occhi dell'osservatore. Pertanto il colore del cielo vicino all'orizzonte appare più pallido o addirittura appare completamente bianco.
Cielo nero e sole bianco Dalla Terra, il Sole appare giallo. Se fossimo nello spazio o sulla Luna, il Sole ci apparirebbe bianco. Nello spazio non c'è atmosfera che possa disperdere la luce solare. Sulla Terra, alcune delle lunghezze d'onda corte della luce solare (blu e viola) vengono assorbite mediante diffusione. Il resto dello spettro appare giallo. Inoltre, nello spazio il cielo appare scuro o nero anziché blu. Questo è il risultato dell'assenza di atmosfera, quindi la luce non viene dispersa in alcun modo.
Perché il tramonto è rosso? Quando il Sole tramonta, la luce solare deve percorrere una distanza maggiore nell'atmosfera per raggiungere l'osservatore, quindi più luce solare viene riflessa e diffusa dall'atmosfera. Poiché all’osservatore arriva meno luce diretta, il Sole appare meno luminoso. Anche il colore del Sole appare diverso, variando dall'arancione al rosso. Ciò accade perché vengono dispersi ancora più colori a lunghezza d'onda corta, blu e verde. Rimangono solo le componenti ad onda lunga dello spettro ottico, che raggiungono gli occhi dell’osservatore.
Il cielo attorno al sole al tramonto può avere colori diversi. Il cielo è più bello quando l'aria contiene tante piccole particelle di polvere o acqua. Queste particelle riflettono la luce in tutte le direzioni. In questo caso vengono disperse le onde luminose più corte. L'osservatore vede raggi luminosi con lunghezze d'onda maggiori, motivo per cui il cielo appare rosso, rosa o arancione. Maggiori informazioni sull'atmosfera Cos'è l'atmosfera? L'atmosfera è una miscela di gas e altre sostanze che circondano la Terra sotto forma di un guscio sottile, per lo più trasparente. L'atmosfera è mantenuta in posizione dalla gravità terrestre. I componenti principali dell'atmosfera sono azoto (78,09%), ossigeno (20,95%), argon (0,93%) e anidride carbonica (0.03%). L'atmosfera contiene anche piccole quantità di acqua (in diversi luoghi la sua concentrazione varia dallo 0% al 4%), particelle solide, gas neon, elio, metano, idrogeno, cripton, ozono e xeno. La scienza che studia l'atmosfera si chiama meteorologia. La vita sulla Terra non sarebbe possibile senza la presenza dell’atmosfera, che fornisce l’ossigeno di cui abbiamo bisogno per respirare. Inoltre, l'atmosfera svolge un'altra importante funzione: uniforma la temperatura in tutto il pianeta. Se non ci fosse l'atmosfera, in alcune parti del pianeta ci potrebbe essere un caldo torrido, mentre in altre un freddo estremo, l'intervallo di temperatura potrebbe oscillare da -170°C di notte a +120°C di giorno. L'atmosfera ci protegge anche dalle radiazioni nocive del Sole e dello spazio, assorbendole e disperdendole. Della quantità totale di energia solare che raggiunge la Terra, circa il 30% viene riflessa dalle nuvole e dalla superficie terrestre nello spazio. L'atmosfera assorbe circa il 19% della radiazione solare e solo il 51% viene assorbito dalla superficie terrestre. L'aria ha un peso, anche se non ne siamo consapevoli e non sentiamo la pressione della colonna d'aria. A livello del mare, questa pressione è di un'atmosfera, o 760 mmHg (1013 millibar o 101,3 kPa). All’aumentare dell’altitudine, la pressione atmosferica diminuisce rapidamente. La pressione scende 10 volte ogni 16 km di aumento di altitudine. Ciò significa che ad una pressione di 1 atmosfera al livello del mare, ad un'altitudine di 16 km la pressione sarà di 0,1 atm e ad un'altitudine di 32 km - 0,01 atm. La densità dell'atmosfera nei suoi strati più bassi è di 1,2 kg/m3. Ogni centimetro cubo d'aria contiene circa 2,7 * 1019 molecole. A livello del suolo ogni molecola si muove a circa 1600 km/h, scontrandosi con altre molecole 5 miliardi di volte al secondo. Anche la densità dell'aria diminuisce rapidamente con l'aumentare dell'altitudine. Ad un'altitudine di 3 km, la densità dell'aria diminuisce del 30%. Le persone che vivono vicino al livello del mare sperimentano problemi respiratori temporanei quando vengono sollevate a tale altezza. L'altitudine massima alla quale vivono stabilmente le persone è di 4 km. La struttura dell'atmosfera L'atmosfera è costituita da diversi strati, la divisione in questi strati avviene in base alla loro temperatura, composizione molecolare e proprietà elettriche. Questi strati non hanno confini chiaramente definiti; cambiano stagionalmente e, inoltre, i loro parametri cambiano a diverse latitudini.
Divisione dell'atmosfera in strati a seconda della loro composizione molecolare
Eterosfera
Divisione dell'atmosfera in strati a seconda delle loro proprietà elettriche Atmosfera neutra
Ionosfera
Magnetosfera è la parte superiore della ionosfera, che si estende fino a circa 70000 km di altitudine, questa altitudine dipende dall'intensità del vento solare. La magnetosfera ci protegge dalle particelle cariche ad alta energia provenienti dal vento solare mantenendole nel campo magnetico terrestre. Divisione dell'atmosfera in strati a seconda della loro temperatura L'altezza del limite superiore della troposfera dipende dalle stagioni e dalla latitudine. Si estende dalla superficie terrestre fino a un'altitudine di circa 16 km all'equatore e fino a un'altitudine di 9 km ai Poli Nord e Sud. Il prefisso "tropo" significa cambiamento. I cambiamenti nei parametri della troposfera si verificano a causa delle condizioni meteorologiche, ad esempio a causa del movimento dei fronti atmosferici. All’aumentare dell’altitudine, la temperatura diminuisce. L'aria calda sale, poi si raffredda e ricade sulla Terra. Questo processo è chiamato convezione e si verifica a seguito del movimento delle masse d'aria. I venti in questo strato soffiano prevalentemente verticalmente. Questo strato contiene più molecole di tutti gli altri strati messi insieme. Stratosfera - si estende da circa 11 km a 50 km di altitudine.
mesosfera - si estende ad altitudini di circa 100 km.
Esosfera - si estende per centinaia di chilometri oltre la termosfera, spostandosi gradualmente nello spazio.
Esperimenti con la luce Il primo esperimento è la scomposizione della luce in uno spettro Per condurre questo esperimento avrai bisogno di:
Come condurre un esperimento:
Cosa succede: l'acqua e lo specchio agiscono come un prisma, dividendo la luce nelle componenti cromatiche dello spettro. Ciò accade perché i raggi luminosi, passando da un mezzo (aria) a un altro (acqua), cambiano velocità e direzione. Questo fenomeno è chiamato rifrazione. Colori diversi vengono rifratti in modo diverso, i raggi viola vengono rallentati maggiormente e cambiano maggiormente direzione. I raggi rossi rallentano e cambiano meno direzione. La luce viene separata nei suoi colori componenti e possiamo vederne lo spettro. Simulazione del cielo in un barattolo di vetro Materiali necessari per l'esperimento:
Condurre l'esperimento:
Ciò che accade in questo esperimento è che piccole particelle di latte sospese nell'acqua diffondono la luce proveniente da una torcia nello stesso modo in cui le particelle e le molecole nell'aria diffondono la luce solare. Quando un bicchiere è illuminato dall'alto, l'acqua appare bluastra perché il colore blu è sparso in tutte le direzioni. Quando guardi direttamente la luce attraverso l'acqua, la luce della lanterna appare rossa perché alcuni raggi blu sono stati rimossi a causa della diffusione della luce. miscelazione dei colori Avrete bisogno di:
Come condurre un esperimento:
Spiegazione del fenomeno osservato: i colori con cui sono dipinti i settori del disco sono i componenti principali dei colori della luce bianca. Quando il disco gira abbastanza velocemente, i colori sembrano fondersi e il disco appare bianco. Prova a sperimentare altre combinazioni di colori. Pubblicazione: the-mostly.ru
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