Lumina Si Culoare in Natura

  • Published on
    02-Jun-2018

  • View
    221

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • 8/10/2019 Lumina Si Culoare in Natura

    1/235

    Coperta de: A. Avramescu

    LICHT EN KLEUR IN HET LANDSCHAPDoor

    Dr. M. MINNAERT Hooglerr n de Rijksuniversiteit te Utrecht ZUTPHEN W. J. THIEME & CIE MCMXLIX

    M. MINNAERT * LUMINA I CULOAREA N NATUREDITURA TIINIFIC

    BUCURETI 1962

    Vom avea de-a face nainte de toate cu experiene nplin lumin a zilei. Vom duce observatorul n aer liber i nu, aacum se obinuia, ntr-o camer mohort, ntunecoas".

    (Goethe, Farbenlehre)1.PREFA

    Un iubitor al naturii nu poate rmne departe de ea: a se bucura de natur este pentru el tot attde necesar ca i a tri i a respira. El observ natura ntr-o zi senin i pe ploaie, n ari i pe ger; npduri i n aezri omeneti, pe uscat i pe mare, peste tot el gsete ceva interesant. n orice clip, njuru-i, se petrec fenomene uimitoare. El hoinrete fr ncetare, se uit la toate, i apleac urechea laorice fonet abia perceptibil, aspir aroma cmpiilor i pdurilor, simte orice schimbare de temperatur,atinge uor, ici i colo, cte un tufi pentru a se simi mai aproape de tot ce e pmntesc; el este o fiinomeneasc ptruns n cel mai nalt grad de plintatea vieii.

    V nelai dac considerai c pentru cineva care observ natura cu ochii omului de tiin,

    1Farbenlehre (Teoria culorilor). N.R

  • 8/10/2019 Lumina Si Culoare in Natura

    2/235

    aceasta i pierde poezia i culoarea. Obinuina de a observa ascute sensibilitatea noastr fa defrumos; lumea bogat n culori devine i mai strlucitoare i pe fondul ei diferitele fenomene ale naturiiies i mai bine n relief. Pentru un astfel de observator, ceea ce se petrece n jur se leag n modarmonios ntr-un tot unic, interdependena fenomenelor devine mai clar, cauzele i efectele proceselordin natur devin mai inteligibile; pentru observatorul obinuit ns, fenomenele naturii apar ca un ir descene nelegate ntre ele.

    O parte din fenomenele descrise n aceast carte se ntlnesc n viaa de zi cu zi i va fi

    interesant s aflai explicaia lor tiinific. Snt prezentate, de asemenea, i alte fenomene care au loczilnic, dar pe care nc nu le-ai observat; rmne s le descoperii de acum nainte; nu avei dect sa vatingei ochii cu bagheta magic care se cheam s tii ce sa vezi". n sfrit, vei gsi descrise i acelefenomene care se ntmpl att de rar, nct chiar observatorul cel mai experimentat trebuie s atepteani de zile pentru a le ntlni; i atunci cnd reuete, el are marea satisfacie c asist la un fenomen attde neobinuit.

    Orict de ciudat ar prea, noi vedem numai lucrurile cu care sntem obinuii i numai rareoriobservm ceva nou, necunoscut pn atunci, cu toate c acest lucru se afl chiar n fata ochilor notri. nvremurile antice i n evul mediu, oamenii au observat o mulime de eclipse de Soare, dar se pare cpn n anul 1842 coroana solar n-a fost observat. Astzi ns, tocmai aceast coroan esteconsiderat fenomenul cel mai interesant din timpul eclipselor de Soare i ea poate fi lesne observat cuochiul liber.

    n aceast carte am ncercat s adun faptele ce au devenit treptat cunoscute omenirii, datoritactivitii multor oameni de tiin care s-au dedicat cercetrii naturii. Fr ndoial c n natur multefenomene n-au fost nc observate. n fiecare an se tipresc noi lucrri tiinifice care lmuresc o seriede procese; i ne surprinde gndul ct de surzi i orbi putem s fim la att de multe lucruri din jurulnostru care, cu siguran, vor atrage atenia n viitor.

    De obicei cnd se vorbete despre observarea naturii" se are n vedere studiul plantelor i alanimalelor. Dar oare vntul, vremea i norii, miile de sunete care umplu spaiul, undele, razele Soarelui,cutremurele de pmnt nu fac i ele parte din aceeai natur? O carte despre aceste lucruri trebuie s fiefoarte interesant; pentru cel care studiaz fizica lucrurilor nensufleite ea este tot att de necesar ca ocarte despre faun i flor pentru biolog. n aceast carte, noi nu putem lsa la o parte domeniile n caredomnete meteorologul i nici domeniile care se nvecineaz cu tiine ca astronomia, geografia i

    biologia; cu toate acestea, sper c am gsit un punct de vedere unitar, astfel ca legtura dintrefenomenele studiate s devin evident.

    Deoarece ne vom ocupa numai de simpla i nemijlocita observare a naturii, nu trebuie:1) s folosim aparate; n schimb trebuie s ne bizuim pe sim urile noastre; acestea snt

    ajutoarele noastre principale i, de aceea, trebuie s cunoatem bine proprietile lor;2) s tragem concluzii bazate pe analiza statistic;3)

    s recurgem la raionamente teoretice ce nu rezult direct din ceea ce vedem.Ne vom convinge c i n aceste condiii ne mai rmn surprinztor de multe posibiliti de

    observare; ntr-adevr, aproape nu exist domeniu al fizicii care s nu-i fi gsit aplicaii n aer liber i,de cele mai multe ori, astfel de experiene au loc la o scar mult mai mare dect cele din laborator.Cititorul s-i aminteasc totdeauna c el poate observa i nelege tot ce este descris n aceast carte. Elpoate singur s vad i s fac totul!

    Dac anumite explicaii vor prea prea sumare, l sftuim pe cititor s-i mprosptezecunotinele asupra principiilor fundamentale ale fizicii, cu ajutorul unui manual elementar oarecare.

    Muli oameni nc nu i-au dat seama de importana pentru nvmnt a observaiilor n aerliber. Dar tocmai observaiile efectuate n afara laboratorului ne permit s aplicm cunotinele obinuten viaa de zi cu zi. n mod firesc, ele ridic n faa noastr mii de probleme i ne confirm, prin forafaptelor, justeea celor nvate la coal. n felul acesta ne convingem de caracterul general al legilornaturii, ce ne apar ca o realitate uimitoare i mrea.

    Aceast carte este scris pentru toi iubitorii naturii: pentru tineretul care cutreier lumea larg

    i care se strnge la popasuri lng un foc; pentru artistul pasionat de culorile i lumina peisajului, darcare nu nelege cauzele apariiei lor; pentru cei care triesc la ar; pentru toi cei crora le place scltoreasc, precum i pentru cei care triesc la ora i pentru care fenomenele naturii nu dispar nicimcar n zgomotul i agitaia strzilor. Sperm c pn i fizicianul experimentat va putea gsi ceva noun aceast carte, dat fiind c anumite fenomene descrise n ea depesc limitele unui curs general defizic. Iat de ce n lucrarea de fa se gsete descrierea att a unor observaii simple, ct i a altoramult mai complexe.

    Este foarte probabil c aceast carte s fie prima n genul ei i, de aceea, ea va fi departe deperfeciune. M simt pur i simplu copleit de frumuseea i bogia materialului i m tem c n-am sfiu n stare s-l expun precum merit. Timp de 20 de ani am efectuat, n mod sistematic, experiene i

  • 8/10/2019 Lumina Si Culoare in Natura

    3/235

    am citit cteva mii de articole aprute n diferite publicaii periodice; n carte ns citez numai lucrrilecare fie c descriu complet fenomenul respectiv, fie c discut anumite probleme speciale. mi dau preabine seama c aceast colecie de fapte adunate de mine este departe de a fi complet. Multe lucrurideja descoperite mi snt nc necunoscute, iar multe altele nu snt clarificate nc nici de specialiti.Voi fi foarte recunosctor acelora care, cu ajutorul observaiilor lor sau mcar prin indicarea de datebibliografice, m vor ajuta s corectez erorile sau scprile existente.

  • 8/10/2019 Lumina Si Culoare in Natura

    4/235

    I. Lumina Soarelui i umbrele

    1. Imaginile Soarelui

    O Soare, !... n umbra frunziului des iaromat al teiului n care arunci aceste pete

    M doare s calc"(E. Rostand, Cntreul zorilor, Od Soarelui)

    n umbra unui grup de copaci vedem pete de lumin de diferite mrimi, mprtiatedezordonat pe suprafaa pmntului, care au ns toate o form regulat eliptic. Aezai un creion nfaa uneia din ele: dreapta care unete creionul cu umbra indic direcia razelor de lumin careformeaz aceast pat mic pe suprafaa pmntului. Acestea snt, desigur, razele solare care ptrundprin luminiurile din coroana copacului; ntr-adevr, sus, n frunzi, ochiul observ nite pete de luminorbitor de strlucitoare.

    Ne surprinde faptul c toate aceste pete au aceeai form; este greu de presupus c toateochiurile frunziului s fie att de rotunjite i asemntoare! Prindei una din aceste imagini pe o bucatde hrtie, astfel ca razele s cad perpendicular pe ea; vei vedea c pata nu mai este eliptic, cicircular. Ridicai hrtia mai sus; pata va deveni din ce n ce mai mic. De aici tragem concluzia cfasciculul de raze care produce o astfel de pat are forma unui con, iar pata apare ca o elips, deoarece

    suprafaa pmntului intersecteaz acest con sub un anumit unghi..

    Cauza acestui fenomen trebuie cutat n faptul c Soarele nu este pur i simplu un punct.Orice orificiu P (fig. 1), orict de mic, produce o imagine mic, bine conturat a Soarelui AB; un altorificiu mic, P, formeaz o imagine puin deplasat A'B' (liniile punctate). Un orificiu mai mare, carecuprinde att punctul P, ct i punctul P', produce o imagine mai puin net, dar mai luminoas, A'B.ntr-adevr, putem observa, n umbr, pete de lumin de intensiti diferite, iar dac exist dou pete de

    mrime egal, atunci cea mai intens dintre ele va fi mai puin net conturat. Pentru confirmarea celorde mai sus, observai urmtorul fapt: cnd n faa Soarelui trec nori, ei pot fi observai lunecnd pefiecare pat de lumin n parte, dar n direcie contrar. n timpul unei eclipse pariale de Soare, toateimaginile Soarelui au o form de secer. Cnd pe Soare exist o pat mare, ea poate fi vzut dacreuim s obinem o imagine clar a lui. Putei cpta o imagine clar a Soarelui, fcnd un mic orificiucircular ntr-o foaie subire de carton i innd-o astfel ca imaginea s cad ntr-un loc bine umbrit.

    Observai imaginea Soarelui produs de un orificiu ptratic la diferite distane de acestorificiu.

  • 8/10/2019 Lumina Si Culoare in Natura

    5/235

    Unghiul sub care vedem discul solar este unghiul APB de la vrful conului care formeaz

    imaginea Soarelui. Astfel de unghiuri mici se msoar, de obicei, nradiani.Cnd spunem c unghiul

    este de 1/108 radiani", aceasta nseamn c Soarele ne apare ca avnd o mrime de l cm la o distan de108 cm sau o mrime de 10 cm la o distan de l 080 cm (fig. 2). De aici rezult c diametrul imaginiinete a Soarelui trebuie s fie 1/108 din distana acestei imagini pn la orificiu, iar n cazul unei imaginidifuze trebuie s mai adugm seciunea orificiului din frunzi. Prindei peo foaie de hrtie o imaginenu prea strlucitoare, dar clar, a Soarelui. innd hrtia perpendicular pe razele solare, msuraidiametrul k al petei luminoase i determinai cu ajutorul unei buci de sfoar distana L de la hrtie laorificiul din frunzi. Este oare ntr-adevr diametrul k egal aproximativ cu 1/108 (vezi fig. 1)?

    Dac imaginile Soarelui pe o suprafa plan snt elipse, trebuie msurate ambele axe, axamic ki axa mare b; raportul dintre ele este egal cu raportul dintre nlimea H a copacului i distanaL. Prin urmare,

    H = k/b * L= 108 k * k/b

    ntr-un caz concret, axele unei imagini deosebit de mari a Soarelui produs de frunziul unui

    fag au fost de 53, respectiv 33 cm; din formula de mai nainte am putut determina nlimea orific iuluidin frunzi obinnd 2 200 cm sau 22 m.Privii Soarele dimineaa i la amiaz; vei observa c dimineaa imaginile Soarelui au o form

    mai alungit, iar la amiaz forma lor se apropie de un cerc.Imagini fidele ale Soarelui pot fi observate n umbra fagilor, teilor, frasinilor i mai rar n

    umbra plopilor, ulmilor, platanilor.Uitai-v la imaginile Soarelui formate de copacii care cresc la malul iazurilor de mic

    adncime; pe fundul apei, aceste imagini au o form foarte bizar.

    2. Umbrele

    Privii-v umbra pe suprafaa pmntului. Umbra picioarelor este conturat net, umbra capuluieste mai difuz. Umbra prii inferioare a trunchiului unui copac sau a unei coloane este clar n timpce umbra prii superioare este din ce n ce mai tears.

    inei mna n faa unei foi de hrtie; vei observa o umbr net. ndeprtai mna de hrtie.Umbra plin a fiecrui deget devine din ce n ce mai ngust n timp ce semi -umbrele se mresc treptatpn ce se contopesc1.

    Acest fenomen, ca i imaginile Soarelui, confirm faptul c Soarele nu este punctiform. Priviicu atenie umbra unui fluture sau a unei psri (ct de rar le observm!); o s vedei c umbra estecircular; aceasta este imaginea de umbr a Soarelui".

    O dat m-a uimit umbra ciudat a unui gard de srm mpletit sub form de celuledreptunghiulare. Se vedeau numai umbrele firelor verticale; cele orizontale nu aveau umbr! Dacinem o foaie de hrtie gurit n mai multe locuri astfel ca s cad asupra ei razele Soarelui, fiecaregaur va forma pe suprafaa pmntului o pat luminoas eliptic. nchipuii-v c umbra unei srme seformeaz n urma suprapunerii unor astfel de elipse mici, dar ntunecoase, situate foarte aproape una dealt; umbra este destul de clar atunci cnd firul de srm este aezat n direcia axei mari a elipselor idifuz cnd firul este orientat n direcia axei mici (fig. 3).

    1Goethe, Farbenlehre, I, 1, 394395.

  • 8/10/2019 Lumina Si Culoare in Natura

    6/235

    inei o foaie de hrtie foarte aproape de o plas de srm, n spatele ei, i ndeprtai-o apoidin ce n ce mai mult astfel ca s putei urmri apariia treptat a acestor umbre interesante. Repetaiexperiena cnd razele Soarelui cad pe suprafaa pmntului sub unghiuri diferite; observai, deasemenea, umbrele unei plase cu ochiuri oblice etc.

    Umbrelor li s-a acordat o mare atenie n folclor. De obicei se zicea c pierderea umbreiproprii prevestete o nenorocire. Oamenii credeau c omul a crui umbr nu avea cap este sortit moriintr-un an. Astfel de prejudeci existau la toate popoarele i n toate timpurile.

    3. Imaginile Soarelui i umbrele din timpul eclipselor i al apusului de Soare

    n timpul unei eclipse de Soare observm cum Luna lunec n faa discului solar, acoperindu-1

    treptat i cum, dup un anumit timp, rmne vizibil numai o secer ngust. n acest moment, micileimagini ale Soarelui sub frunzi arat ca nite seceri n miniatur, orientate toate n aceeai direcie icare difer prin mrime i luminozitate.

    Formele umbrelor n timpul eclipselor solare snt supuse unor modificri analoge. Umbreledegetelor, de exemplu, ncep sa aminteasc de forma unor gheare. Orice obiect ntunecos mic arunc nacest moment o umbr sub form de secer; umbra unei vergele mici const dintr-un numr mare deastfel de seceri, nct la capt umbra este curbat.

    Un exemplu bun de obiect ntunecat izolat este un balon, ntr-adevr s-a observat c, n timpuleclipsei de Soare, att umbra balonului, ct i cea a nacelei aveau forma de secer. Dac un avion zboarsuficient de sus, umbra sa este i ea curbat.

    Eclipsele de Soare, chiar i cele pariale, au loc foarte rar; totui astfel de umbre se pot vedeaatunci cnd Soarele apune n largul mrii i se observ umbrele unor monede sau discuri de diferitedimensiuni lipite de un geam sau atrnate de un fir. Forma umbrei i distribuia de lumin n ea variazn funcie de mrimea monedelor i de adncimea la care a cobort discul solar sub orizont.

    4. Umbrele duble

    Toamna, cnd copacii i-au pierdut frunzele, vedem adeseori umbrele a dou ramuri paralelesuprapunndu-se. Ramura mai apropiat arunc o umbr ntunecoas net, n timp ce umbra ramuriindeprtate este mai lat i mai cenuie. Surprinztor este aici faptul c atunci cnd cele dou umbre sesuprapun ntmpltor, observm o fie luminoas clar n mijlocul umbrei mai ntunecate, ca i c umaceasta ar fi dubl (fig. 4). Cum se explic acest lucru? S presupunem c ramura mai ndeprtat estemai groas dect cea apropiat. Pentru a determina iluminarea pe suprafaa pmntului n diferit...