Мираж

Министерство  образования Республики Беларусь

УО  «Мозырский государственный педагогический университет»

имени И.П. Шамякина 

 
 
Кафедра общей физики и методики преподавания физики

 

 

 

Курсовая работа

 

МИРАЖ

 

Выполнила: 
студентка 4 курса 2 группы 
физико-математического 
факультета 
Голод В.В.

 

Научный руководитель: 
Пинчук А.И.

 

 

 

Оценка научного руководителя:  

оценка, дата сдачи, подпись

 

Оценка оформления и  сроков 
представления курсовой работы:   

Оценка защиты работы:   

Итоговая оценка:   

 

 

 

 

Мозырь 2007

 

Содержание:

 

Введение

 

Пустыня мертвая пылает, но не дышит .

Блестит сухой песок, как желтая парча,

И даль небес желта  и так же горяча,

Мираж струится в ней и сказки жизни пишет.

 А. М. Федоров

 

Когда мы говорим о  чем-то неуловимом, нереальном, мы используем слово «мираж». Подобно сказке, он восхищает нас, влечет к себе и  бесследно исчезает, когда мы пробуем  к нему приблизиться. Для уставших путников в пустыне он может представится долгожданным оазисом. Но бесполезно надеяться отдохнуть и освежиться в таком оазисе – это всего лишь мираж.

Простейшие миражи видел  любой из нас. Например, когда едешь  по нагретой асфальтированной дороге, далеко впереди она выглядит как водная поверхность. И подобное уже давно никого не удивляет, ибо даже школьник знает, что мираж – не что иное, как атмосферное оптическое явление, благодаря которому в зоне видимости появляются изображения предметов, которые при обычных условиях скрыты от наблюдения. Происходит это потому, что свет при прохождении через слои воздуха разной плотности преломляется. Удаленные объекты при этом могут оказаться поднятыми или опущенными относительно их действительного положения, а также могут исказиться и приобрести неправильные, фантастические формы.

Миражи очень разнообразны. Они позволяют видеть различные  предметы, подробности пейзажа, даже города, которые на самом деле находятся далеко от наблюдателя, скрыты от него за горизонтом. Эти видения появляются вдруг у линии горизонта или повисают над ней в воздухе. Иногда они предстают перед наблюдателем в перевернутом виде, иногда оказываются сдвоенными: перевернутое изображение возникает вместе с прямым.

В давние времена миражи порождали многие суеверия; их считали проделками злых духов. Из средних веков дошла до нас легенда о «Летучем голландце» — корабле-призраке, встреча с которым в океане якобы предвещала несчастье. Эту легенду породил суеверный страх, охватывавший матросов, когда в тихую штилевую погоду перед ними вдруг возникало таинственное видение — бесшумно несущийся на всех парусах корабль.

Существовали легенды  о злых духах, специально вызывавших сказочные видения для того, чтобы обмануть путников, заставить их свернуть с дороги. Согласно одной из таких легенд, коварная фея Моргана любила охотиться за человеческими душами, подстерегать в пустыне караваны, очаровывать караванщиков прекрасными призрачными видениями — сверкающими дворцами, пышными садами, роскошными фонтанами. «Фата-Моргана» — так называют особый вид миражей, когда над песчаной равниной или над поверхностью моря вдруг возникают призрачные сады и луга, дворцы и замки, фонтаны и колоннады, и при этом одна картина быстро и неуловимо сменяется другой.

 

1. Миражи в истории

Атмосферные миражи принято делить на три класса. К первому классу относятся так называемые озерные, или нижние, миражи – когда отдаленная, почти ровная поверхность пустыни приобретает вид открытой воды, особенно если смотреть с небольшого возвышения или просто находиться выше слоя нагретого воздуха. Подобная иллюзия возникает и на асфальтовой дороге. Как сообщалось в одной статье в журнале “The New Yorker”, пеликан, оказавшийся над горячим асфальтовым шоссе на Среднем Западе США, едва не разбился, увидев перед собой такой "водяной мираж". "Несчастная птица летела, быть может, многие часы над сухой пшеничной стерней и неожиданно увидела нечто, показавшееся ей длинной, черной, неширокой, но настоящей рекой – в самом сердце прерии. Пеликан ринулся вниз, чтобы поплавать в прохладной воде – и потерял сознание, ударившись об асфальт". Ниже уровня глаз в этой "воде" могут появиться объекты, обычно перевернутые. Над нагретой поверхностью суши формируется "воздушный слоеный пирог", причем ближайший к земле слой – самый нагретый и настолько разрежен, что световые волны, проходя через него, искажаются, так как скорость их распространения меняется в зависимости от плотности среды. Озерные миражи – самые распространенные.

К миражам второго класса относят верхние миражи, или, как их еще называют, миражи дальнего видения. Они менее распространены и более живописны по сравнению с нижними. Удаленные объекты (часто находящиеся за морским горизонтом) вырисовываются на небе в перевернутом положении, а иногда выше появляется еще и прямое изображение того же объекта. Это явление типично для холодных регионов, особенно при значительной температурной инверсии, когда над более холодным слоем находится более теплый слой воздуха. Данный оптический эффект проявляется в результате распространения фронта световых волн в слоях воздуха с неоднородной плотностью. Время от времени возникают очень необычные миражи, особенно в полярных регионах. Когда миражи возникают на суше, деревья и другие компоненты ландшафта перевернуты. Во всех случаях в верхних миражах объекты видны более отчетливо, чем в нижних. На земном шаре есть такие места, где перед наступлением вечера можно наблюдать горы, поднимающиеся над океанским горизонтом. Это действительно горы, только они находятся так далеко, что их нельзя видеть в нормальных условиях. В этих таинственных местах вскоре после полудня на горизонте начинает возникать расплывчатый контур гор. Он постепенно растет и перед заходом солнца быстро становится резким, отчетливым, так что можно даже различить отдельные вершины.

Но вот миражам третьего класса достоверного научного объяснения не дали до сих пор. Какова природа фата-морганы – красивейшего из миражей? Когда над теплой водой образуется слой холодного воздуха, над морем возникают волшебные замки, которые меняются, растут, исчезают. Легенда гласит, что эти замки – хрустальная обитель феи Морганы. Отсюда и название.

Еще более таинственное явление - хрономиражи. Никакими известными законами физики нельзя объяснить, почему миражи могут отражать события, происходящие на некотором расстоянии не только в пространстве, но и во времени. Особую известность получили миражи когда-то прошедших на земле сражений и битв. В ноябре 1956 года несколько туристов заночевали в горах Шотландии. Часа в три утра они проснулись от странного шума, выглянули из палатки и увидели десятки шотландских стрелков в старинной военной форме, которые, стреляя, бежали через каменистое поле! Потом видение исчезло, не оставив никаких следов, но уже через сутки повторилось. Шотландские стрелки, все израненные, брели по полю, спотыкаясь о камни. Они, видимо, были разбиты в сражении и отступали.

И это не единственное свидетельство подобного явления. Так, знаменитую битву при Ватерлоо (18 июня 1815 года) наблюдали неделю спустя жители бельгийского городка Вервье. Одну из разновидностей хрономиража ученые назвали "дроссолидес", что в переводе с греческого означает "капельки росы". Замечено, что хрономиражи чаще всего возникают в предутренние часы, когда в воздухе конденсируются капельки тумана. Самый известный "дроссолидес" достаточно регулярно происходит на побережье острова Крит в середине лета, обычно в предутренние часы. Есть множество показаний очевидцев, которые наблюдали, как над морем возле замка Франка-Кастелло возникает огромное "батальное полотно" – сотни людей, сошедшихся в смертельной схватке. Слышны крики, звон оружия. В годы Второй мировой войны "битва призраков" жутко напугала немецких солдат, воевавших тогда на Крите. Немцы открыли шквальный огонь из всех видов оружия, но не причинили фантомам никакого вреда. Загадочный мираж медленно надвигается со стороны моря и исчезает в стенах замка. Историки говорят, что в этом месте примерно 150 лет назад произошла битва между греками и турками, ее изображение, заблудившееся во времени, и наблюдается над морем.

А.В.Ушакова из города Прокопьевска Кемеровской области вспоминает: "В детстве перед Великой Отечественной войной я видела "бой на небесах". Вечером, в 10 часов, мы шли с тетей из бани. Я взглянула на небо и вскрикнула от испуга. Там рубили друг друга саблями всадники на гигантских лошадях. Страшная схватка проходила в полной тишине и как бы при замедленной съемке. Тетя, глянув вверх, лишь покрепче сжала мне руку и ускорила шаг. Ночью мне не спалось, я еще раз вышла на улицу, но небо было чистое…". А Александр Колпаков из Оренбурга рассказывал, как летом 1933 года он и другие мальчишки видели скакавшего над лесом воина в средневековых доспехах.

Кстати, сегодня нередко очевидцы наблюдают не только сражения минувших времен и некогда существовавшие города-призраки, но автомобили-фантомы. Несколько лет назад компания австралийцев встретила на ночной дороге разбившийся там когда-то автомобиль под управлением их погибшего приятеля. Однако в призрачной машине сидел не только он, но и его юная подружка, которая в той катастрофе уцелела и ныне пребывала в добром здравии, став солидной дамой. А как-то ночью на загородной магистрали двое москвичей увидели впереди легковой автомобиль, который мчался в нескольких метрах над дорогой. Догнать его, понятно, не удалось.

Какова же природа подобных миражей? По одной из теорий, при особом стечении природных факторов зрительная информация запечатлевается во времени и пространстве. А при совпадении определенных атмосферных, погодных и т.п. условий она вновь становится зримой для посторонних наблюдателей. По другой теории – в районе битв, в которых участвуют (и гибнут) тысячи людей, накапливается огромная психическая энергия. В определенных условиях она "разряжается" и зримо проявляет былые события.

А вообще, древние египтяне, например, считали, что мираж – это призрак страны, которой больше нет на свете.

         Верхние миражи чаще встречаются на море, особенно в приполярных широтах, где почти всегда нижние слои атмосферы холоднее верхних. На Севере такое бывает зимой и весной в дни, когда с юга дуют теплые ветры, а нижние слои воздуха остаются холодными от снега или от льда.

Так, люди, живущие на берегах Байкала, не раз видели, как над озером по воздуху беззвучно проходят, вагон за вагоном, призрачные поезда — отражения далеких составов, следующих по железной дороге.

Стоит вспомнить забавный случай, который произошел в прошлом веке с участниками экспедиции шведского полярного исследователя Норденшельда.

...Вблизи стоянки экспедиции был замечен большой белый медведь. Люди бросились за ружьями. Но в тот момент, когда один из них уже собрался спустить курок, медведь вдруг... расправил огромные крылья и взлетел в воздух. На лету он стал быстро уменьшаться и превратился в... чайку.

Подобные «видения», бывает, приводят и к более серьезным разочарованиям. Известно, например, что шведские моряки долгое время искали остров-мираж, который появлялся в Балтийском море между Аландскими островами и шведским берегом.

В 1927 году известный американский летчик Линдер совершил знаменитый по тем временам перелет через Атлантический океан. Потом он рассказывал, что в двухстах милях от Ирландии. Он видел землю — холмы и деревья. Мираж продолжался несколько минут.

Во время своей космической одиссеи на «Салюте» советский космонавт Георгий Гречко обнаружил на одной из снятых им фотографий льдину, висящую в воздухе выше облаков. В загадке разобрались на земле — это был мираж.

Тайна «дальнобойности» таких миражей еще ждет своих исследователей.

          Рассмотрим мираж, согласно законом оптики.

           На берегу пруда растет ива. В спокойной воде, как в зеркале, мы видим ее отражение. Почему?

Схематично это выглядит так. Световые лучи от ивы идут к нашим глазам двумя путями: одни — непосредственно от дерева к нам, в этом случае мы видим его там, где оно находится в действительности и в его истинном положении, то есть растущим вверх; другие достигают глаз, предварительно отразившись от зеркальной поверхности пруда, эти лучи дают нам ложное изображение и берега и растущей на нем ивы — они кажутся нам опрокинутыми в воду.

Таким же зеркальным отражением является и мираж» Только зеркалом здесь служит не стекло, не вода, а воздух.

При каких же условиях возникает столь необычное зеркало?

Мы привычно полагаем, что лучи света распространяются в воздухе прямолинейно. Между тем это не совсем так. Воздух по плотности — среда отнюдь не однородная, световому лучу приходится преодолевать участки, зоны, слои с разной плотностью, а к чему это приводит, вас может убедить простейший опыт. Перед вами стакан с водой, в руках у вас чайная ложка. Вы опускаете ее в стакан, и на ваших глазах происходит чудо — ложку будто кто-то сломал, разрезал, ее части сдвинулись относительно друг друга. Что же произошло? Сработал закон, согласно которому направление распространения света обязательно должно измениться при прохождении через границу раздела двух сред.

Стало быть, когда световые лучи проходят через атмосферу, через разные ее слои, они тоже, в сущности, проходят через разные по плотности среды. Понятно, что они при этом хоть немного, но все-таки преломляются, то есть изменяют свой путь.

В жаркий летний день предметы, находящиеся от вас вдалеке, будто дрожат, колышутся. На самом деле, конечно, дрожат не они, а дрожат световые лучи, отражаемые ими и принимаемые нашими глазами. Нагретый воздух непрерывно движется, струится, границы раздела в среде, через которую идут к нам отраженные от предметов лучи, постоянно меняются, и световым лучам приходится многократно менять направление, прежде чем они достигнут наших глаз. Вот такое распространение светового луча в среде с непрерывно изменяющимися показателями преломления в оптике называется рефракцией.

Рефракция — явление постоянное и неизбежное, если иметь в виду распространение света в атмосфере. Тут все зависит от толщины атмосферного слоя, который преодолевает световой луч, и его качественного состава. Так, меньше всего подвергаются рефракции лучи, приходящие к нам от небесных тел как бы отвесно. Зато в других случаях небесные светила кажутся нам расположенными несколько выше, чем они находятся на самом деле. И виновата в этом рефракция.