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海市蜃楼是什么原理

发布时间:2019-07-13 10:25

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  海市蜃楼是一种奇特有趣的自然幻景,人们在海面、沙漠甚至城市上空,均发现了这种情景。因为它极为罕见而且具有迷人的奇幻诡谲,古往今来留下不少有关海市蜃楼的宝贵记录和美妙传说。 1853年,英国传教士艾约瑟向中国浙江张福僖系统介绍了西方光学知识,详细地描述了海市蜃楼,并用光学原理分析其成因。1876年,英国传教士金楷理也向江苏省赵元益介绍了海市蜃楼的成因。 21.... 海市蜃楼是晴朗、无风或微风条件下,光在折射率不均匀的空气中连续折射和全反射而产生的一种光学现象。由于空气折射率变化的不均匀,物像变形,再加微风的扰动,仙境随之消散,这就更使它蒙上了一层神秘色彩。 靠近海面的空气由于海水温度较低和潮湿的水蒸气的缘故,折射率较大,而上方的空气因受日照温度较高。亦即海面上空空气层的折射率是由下而上随高度逐渐减小的。光线穿过该空气层时,经连续折射向下弯曲。 海面远处的景物隐匿于地平线以下,人们不能直接看到。当这些景物射向空中的光线连续弯向地面而到达人眼时,人们逆着光线看去,就会看到海面上空出现了从未见过的奇景,似仙阁凌空。 1815年6月18日早晨,英国、普鲁士联军与拿破仑的军队在滑铁卢进行战役。距此105千米远的比利时小城镇市民竟看到天空中战马奔驰、大炮无声地发射、密集的队伍冲杀的奇异幻景。 1920年夏,美国新墨西哥州巴格达车站居看到天空中有一个干枯的湖,湖周散落着城镇,街道上的招牌和行人的衣着款式都清晰可辨。这却是远离该地800千米之遥的圣约瑟小城的实景。 早晨,你看到太阳露出海面徐徐上升时,实际上它仍在地平线以下。有时还可以发现,太阳呈蘑菇形、方形。这些现象都是空气对光的折射而形成的。 炎夏时节,在沙漠地带常常可以见到第二类蜃景——下现蜃景。这是由于靠近地面的空气受灼热砂粒的烘烤而升温,折射率下降,当远处物体射向地面的光线穿过这层空气时发生向上弯曲,就产生幻景。 当光线在同一密度的均匀介质内进行的时候,光的速度不变,它以直线的方向前进,可是当光线倾斜地由这一介质进入另一密度不同的介质时,光的速度就会发生改变,进行的方向也发生曲折,这种现象叫做折射。当你用一根直杆倾斜地插入水中时,可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好象折断的一般,这就是光线折射所成的,有人曾利用装置,使光线从水里投射到水和空气的交界面上,就可以看到光线在这个交界面上分两部分:一部分反射到水里,一部分折射到空气中去。如果转动水中的那面镜子,使投向交界面的光线更倾斜一些,那么光线在空气中的折射现象就会显得更厉害些。当投向交界面的光线如左下图所示的情况时,光线就全部反射到水里,再没有折射到空气中去的光线了。这样的现象叫做全反射。空气本身并不是一个均匀的介质,在一般情况下,它的密度是随高度的增大而递减的,高度越高,密度越小。当光线穿过不同高度的空气层时,总会引起一些折射,但这种折射现象在我们日常生活中已经习惯了,所以不觉得有什么异样。可是当空气温度在垂直变化的反常,并会导致与通常不同的折射和全反射,这就会产生海市蜃楼的现象。由于空气密度反常的具体情况不同,海市蜃楼出现的型式也不同。在夏季,白昼海水湿度比较低,特别是有冷水流经过的海面,水温更低,下层空气受水温更低,下层空气受水温影响,较上层空气为冷,出现下冷上暧的反常现象(正常情况是下暧上凉,平均每隔100米高度,气温降低0.5~0.6 左右)。下层空气本来就因气压较高,密度较大,现在再加上气温又较上层为低,密度就显得特别大,因此空气层下密上稀的差别异常显著。假使在我们的东方地平线下有一艘轮船,一般情况下是看不到它的。如果由于这时空气下密上稀的差异太大了,来自船舶的光线先由密度的气层逐渐折射进入稀的气层,并在上层发生全反射,又折回到下层密的气层中来;经过这样弯曲的线路,最后投入我们的眼中,我们就能看到它的像。由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的,因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多,所以叫做上现蜃景。



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