Miért van vörös orra Rudolfnak? Több tucat spekuláció létezik, de az igazság csak egy - HATÁS
Miért van Rudolfnak piros orra - határozott találgatások
Az évnek ebben a szakaszában gyakorlatilag lehetetlen elkerülni a "Rudolph, a vörös orrú rénszarvas" című dalt, amely egy sarkvidéki növényevő érzelmi története, amelynek orra vörös fényt bocsát ki. Ez homályosan borzalmasan hangozhat, de a dal boldog véget ér.
Miért van Rudolfnak piros orra - határozott találgatások
"Rudolph olyan fényes orral,
Nem irányítod ma este a szánomat? "
Ez a történet mindenféle kérdést felvet. Van-e ennek ellenére jó fizika szög, nevezetesen miért különvörösödik az orra? Van egy bizonyos előnye a piros orrnak, nem pedig annak, hogy mondjuk kék vagy zöld legyen az itt leírt konkrét forgatókönyvben.?
Egy kis fizikai karácsonyi varázslat
Most valószínűleg arra gondolsz: "Idióta, ez csak egy dal". "Piros", mert jobban beolvassa. " De valójában jó oka van arra, hogy a szilárd fizika azt higgye, hogy a vörös orr jobb választás lehet a karácsonyi este végigvezetéséhez. Kapcsolódik a kék ég és a színes naplementék fizikájához, valamint ahhoz, hogy mindenki megértsük egy bizonyos fizikai karácsonyi varázslatot, amelyet "dimenzióelemzésnek" nevezünk.
A köd, mint tudják, kétségtelenül a vízben lévő kis vízcseppek hatalmas gyűjteménye. Az egyes cseppek gyakorlatilag láthatatlanok, de együttesen nagy hatással vannak a fény levegőbe jutására, ami megnehezíti a nagyon messzire való átlátást. A köd nemcsak elhomályosítja a távoli forrásokból (például iskolabusz fények) érkező fényt, de sok zajt ad ahhoz, amit a közeli forrásokból származó szóró fénynek látunk. Ezért a köd látható jelenség, bár olyan, amelyet elég nehéz hatékonyan fényképezni.
Fizikai magyarázat
Az ebben résztvevő fizika egyik első jó magyarázata John William Strutt brit fizikus 1871-es munkájából származik, akit a történelem ismertebb nevén Lord Rayleigh. Rayleigh az "Az égen fény, annak polarizációja és színe" című cikkében érvelést kínál arra, hogy miért tűnik az ég kéknek, tekintve a fény mikroszkopikus részecskék általi szórását a légkörben. Rayleigh egyszerű és határozott érvvel mutatja, hogy az ilyen részecskék sokkal inkább szórják a kék fényt, mint a vörös fény. Az érv valójában olyan egyszerű, hogy egyáltalán nem igényel ismereteket magukról a részecskékről vagy a fénnyel való kölcsönhatásuk részleteiről - csak annyit kell tudni, hogy nagyon kicsiek.
Rayleigh érvelése gyakorlatilag így fut: tudván, hogy a fény elektromágneses hullám, gondolhatunk egyetlen kis részecske által szétszórt fényre egy bejövő fénysugár és egy szórt fénymező szempontjából. Ami igazán érdekel minket, az a részecskétől bizonyos távolságra szétszórt fény intenzitása, és kényelmesen csak néhány fizikai paraméter befolyásolhatja ezt: a bejövő fény intenzitása, a részecskeméret, a részecske összetétele (amely egy leírhatjuk a törésmutatóval), a fény hullámhosszával és a részecskétől a kimeneti mező mérési helyéhez való távolsággal.
Minél fényesebb a fény, annál több fényt tud kibocsátani
Most már teljesen nyilvánvaló, hogy a kimeneti intenzitásnak arányosnak kell lennie a bemeneti intenzitással - minél erősebb a fény, annál több fény juthat ki - így könnyű számolni. Rayleigh rámutatott, hogy a fény hullámhosszánál kisebb részecske esetén a részecske minden darabja pontosan ugyanazt a bemeneti elektromágneses teret éli meg, és válaszként ugyanazt a kimeneti teret kell produkálnia. Mindezeket a kimeneti hullámokat simán hozzáadjuk, így a szórt mezőnek arányosnak kell lennie a részecske térfogatával - minél nagyobb, annál több dolog szóródik szét, és annál erősebb lesz a mező. A fény intenzitása a mező négyzete, ezért a szórt intenzitásnak a térfogat négyzetétől kell függenie.
Gondoskodik a szórásszámítás szempontjából figyelembe vehető öt paraméter közül kettővel - a beeső mező ellenállásával és a részecskemérettel. A fizika alapelveiből azt is tudjuk, hogy a fordított négyzet törvény szerint a kimeneti intenzitásnak a távolsággal csökkennie kell. Ez gyakorlatilag egy energiatakarékossági érv: a kimenő fényben a részecskéktől bizonyos távolságban lévő teljes energia csak az adott távolság intenzitása, szorozva a részecskék középpontjában lévő ilyen sugarú gömb területével. Ha növeli a távolságot, akkor a terület a sugár négyzetével növekszik, de a teljes energia nem változhat, ami azt jelenti, hogy az intenzitásnak ugyanolyan tényezővel kell csökkennie.
Rayleigh - az öt paraméterről
Ez az öt lehetséges paraméter közül három, amely reménytelennek tűnhet. De Rayleigh rámutatott, hogy a fennmaradó két paramétert nagyon különböző egységekben mérik. A fény hullámhosszának vannak egységei (nyilvánvalóan), de a részecske összetétele nem függhet a méretétől, ezért a törésmutató, amelyet a leírásához használunk, nem vonhat be hosszegységeket. Ami azt jelenti, hogy megnézhetjük, amit tudunk, és ezt felhasználhatjuk annak kiderítésére, hogy a szórt fény mennyire függ a hullámhossztól.
Tehát tudjuk, hogy a kimeneti intenzitás és a bemeneti intenzitás aránya nem tartalmazhat egységet (mert ez csak egy töredék), és a fentiekben meghatározott két dolog is:
- Ennek függnie kell a térfogat négyzetétől (négyzetköbméterben mérve, amely hat méter hat hatalomig terjed) és
- A távolság négyzetének kell lennie (négyzetméter). Tehát a jelentés egységei a hullámhossz számlálása előtt úgy néznek ki, mint (méter) 6/(méter) 2 (valami köze van a hullámhosszhoz) = (méter) 4 (valami köze van a hullámhosszhoz) . Szükségünk van az összes egység törlésére, így a "(valami köze van a hullámhosszhoz)" értéknek "1/(hullámhossz) 4" -nek kell lennie. Rayleigh érvelése szerint a szétszórt fény intenzitásának a hullámhossz negyedik hatványát meghaladó teljesítménytől kell függenie.
Rayleigh érvelése helyes függőséget szerez a hullámhossztól
Nem tudjuk, hogy ez hogyan függ a részecskék összetételétől (ez egy kicsit bonyolult, mint kiderült), de a szépség az, hogy nem muszáj. Rayleigh érvelése megkapja a megfelelő hullámhossz-függőséget, ami itt igazán érdekel minket, és ezt olyan egyszerű és erőteljes módon teszi, hogy szinte varázslatosnak tűnik.
Ez a dimenzióanalízis hatékony eszköz a fizikában való gondolkodásra, és a Rayleigh-szórás az egyik legjobb példa használatára.
Mi köze van a neon orr rénszarvasnak?
Nos, a piros fény a látható spektrum hullámhosszának végén helyezkedik el, a hullámhossza körülbelül 600 nanométer. A Rayleigh-szórás negyedik erejének inverz függése azt jelenti, hogy azt várjuk, hogy a kis részecskék valamivel több mint ötször több kéket szórnak, mint a vörös fény; ez viszont azt jelenti, hogy a vörös fénynek ötször hosszabbnak kell haladnia, mint a kék (kb. 400 nanométeres hullámhosszú) fény, a levegőben kis részecskék szuszpenziójában.
Most, Rayleigh sok évvel azelőtt írta dolgozatát, hogy Rudolph, a Pirosorrú Rénszarvasokat feltalálták volna Macy marketingfogásaként, ezért nem gondolt rá fizikailag. Inkább az ég színére gondolt - a kék szín, amelyet egy szép napra tekintünk, csak a napfény, amelyet a légkörben szuszpendált apró részecskék szórnak szét, amelyek sokkal több kék fényt szórnak, mint vörös. Ez az oka annak is, hogy a nap lenyugszik számunkra - napnyugtakor a napfény sokkal nagyobb atmoszférán halad át, és minden extra levegő részenként szétszórja a kék fényt. A naplementék vörösnek tűnnek, mert a naptól rövidebb hullámhosszúsággal kékessé tették az eget nyugatunk lakói számára.
Rudolf élénkpiros orra vezeti a télapó szánját karácsony éjszakáján
De egy hülye karácsonyi bejegyzést írunk ide, így ugyanazon alapvető érvelés alapján gondolhatjuk ki a Mikulás szánjának legjobb vezetési módját. Lord Rayleigh 1871-es érvelése pedig azt sugallja, hogy ha figyelembe vesszük a repülő rénszarvasállományt, amelynek orra különböző színű fényt bocsát ki, akkor az a legjobb megoldás, ha egy ködös karácsonyi éjszakán játékos sebességgel vezetünk. élénkvörös.
Így Rudolph, a vörös orrú rénszarvas bekerül a történelembe, míg a kék orrú Renne Ernest a sötétben lustálkodik.