science >> Wetenschap > >> Fysica

Hoe Mirages werken

Luchtspiegelingen worden gecreëerd door het afbuigen van licht. Jason Edwards / Getty Images

In tekenfilms zijn luchtspiegelingen uitgebreide visioenen van tropische oases, compleet met palmbomen en sierlijke zwembaden. Ze duiken plotseling op in de hete woestijn en verdwijnen dan net op het moment dat de zonovergoten held op het punt staat erin te duiken. Dit soort illusie is natuurlijk complete fictie, maar luchtspiegelingen bestaan echt, en ze kunnen je water laten zien waar er is geen. In warme gebieden zie je ze de hele tijd langs de snelweg.

Een gevaarlijke tijd om een luchtspiegeling te zien zou zijn tijdens een zinderende afdaling op een van 's werelds beste sandboardbestemmingen. Bekijk het artikel, de video en de afbeeldingen over sandboarden op Discovery's Fearless Planet voor meer informatie.

In deze editie van HowStuffWorks , zullen we de eenvoudige wetenschappelijke principes achter dit vreemde fenomeen onderzoeken. We zullen ook kijken naar enkele minder vaak voorkomende luchtspiegelingen, zoals zwevende spookeilanden en schepen.

Inhoud

Buiglicht
Een luchtspiegeling maken

Buiglicht

Bij het meest voorkomende type luchtspiegeling lijkt een object te worden gereflecteerd alsof er een plas water op de grond ligt. Dit fenomeen wordt veroorzaakt door lichtbreking -- het buigen van lichtstralen. Licht buigt wanneer het van het ene medium in het andere overgaat - van lucht naar water bijvoorbeeld, of zelfs van koudere lucht naar warmere lucht. Dit lijkt misschien een vreemd idee, maar het is echt heel eenvoudig.

Stel je voor dat je een winkelwagentje over een parkeerplaats duwt. Als je een constante kracht uitoefent, hangt de snelheid van het karretje af van het medium het rijdt door - in dit geval het verharde oppervlak van de parkeerplaats. Wat gebeurt er als je het winkelwagentje van de parkeerplaats op een grasveld duwt? Als je hem recht op het gras duwt, gaat hij gewoon langzamer. Het grasmedium biedt meer weerstand, waardoor het meer energie kost om de winkelwagen te verplaatsen.

Maar als je de kar schuin op het gras duwt, gebeurt er iets anders. Als het rechterwiel als eerste het gras raakt, remt het af terwijl het linkerwiel nog op de stoep staat. Omdat het linkerwiel kort sneller beweegt dan het rechterwiel, zal de winkelwagen naar rechts draaien als deze het gras oprijdt. Evenzo, als u van een grasveld naar een verhard gebied gaat, versnelt het ene wiel voor het andere en gaat de kar draaien.

Een lichtgolf werkt op een vergelijkbare manier. De snelheid hangt af van het soort medium waar het doorheen gaat. In het vacuüm van de ruimte reist licht met topsnelheid omdat er niets is dat het vertraagt. Het heeft het moeilijker om door een met materie gevuld gebied te bewegen, zoals de gasvormige atmosfeer van de aarde, dus het beweegt langzamer. Terwijl het onder een hoek van het ene medium naar het andere beweegt, verandert het ene deel van de golf een moment voor het andere van snelheid, en het licht draait.

In het volgende gedeelte zullen we ontdekken hoe dit fenomeen luchtspiegelingen veroorzaakt.

Een luchtspiegeling maken

Luchtspiegelingen treden op wanneer er een snelle verschuiving is in luchtdichtheid in de atmosfeer -- wanneer de lucht op het ene niveau veel heter is dan de lucht op een aangrenzend niveau (bekijk deze pagina om erachter te komen waarom warme lucht een lagere dichtheid heeft dan koude lucht).

Dit komt vaak voor op zomerdagen, wanneer een asfaltweg die in de zon heeft gelegen, de lucht direct erboven verwarmt, waardoor een scherpe verschuiving in de luchtdichtheid nabij de grond ontstaat. Als het licht tussen de verschillende niveaus passeert, buigt het, waardoor luchtspiegelingen ontstaan.

Normaal gesproken reflecteert zonlicht dat op een object (laten we zeggen een auto) weerkaatst in alle richtingen. Je ziet de auto als je ogen dit licht detecteren. Op een bewolkte dag zie je alleen het licht dat van de auto recht op je af weerkaatst. Zo zie je de dingen meestal.

Op een zonnigere dag gedraagt het licht dat recht op je afkomt zich precies zoals het gewoonlijk doet - het beweegt niet door verschillende lagen luchtdichtheid, dus het buigt niet veel. Maar een deel van het licht dat normaal de grond zou raken, buigt in de lucht, omdat het van het koelere, dichtere luchtniveau naar de warmere, minder dichte lucht direct boven de grond gaat. Zoals je in het onderstaande diagram kunt zien, levert dit een interessant effect op.

Het onderste deel van de lichtgolf passeert eerst tussen de lagen, dus versnelt het een moment voor het bovenste deel. Het licht dat normaal gesproken rechtstreeks naar de grond zou gaan, buigt omhoog en reist naar je ogen. Het effect is dat je het beeld van de auto twee keer ziet:één keer bovenop de weg en één keer in het wegdek. Het licht van het onderste deel van de auto buigt verder naar boven dan het licht van de bovenkant van de auto, dus het luchtspiegelingbeeld lijkt op een reflectie. Je hersenen gaan ervan uit dat het licht in een rechte lijn reist, dus het lijkt alsof er een spiegelbeeld onder het normale beeld zit. Deze luchtspiegeling ziet eruit als een plas water op de weg, omdat hij, als een plas water, weerspiegelt wat erboven is. Dit soort luchtspiegeling wordt een inferieure luchtspiegeling genoemd omdat het onder de horizon verschijnt.

Superieure luchtspiegelingen zijn luchtspiegelingen die zich boven de horizon vormen. Dit gebeurt wanneer er een koeler luchtniveau is dat lager is dan een warmer luchtniveau, meestal boven ijzige landschappen of erg koud water. Deze luchtspiegeling zorgt ervoor dat je een scène veel hoger ziet dan zou moeten. U kunt bijvoorbeeld een stuk land of een boot in de lucht zien zweven. Deze situatie kan ook beelden vervormen, waardoor een boot veel groter lijkt dan hij in werkelijkheid is.

Je kunt elke dag een vergelijkbare optische illusie zien als de lucht helder is. Als het licht van de zon onze atmosfeer binnenkomt, vertraagt het aanzienlijk. Als gevolg hiervan buigt het naar de aarde. Als de zon laag aan de hemel staat, lijkt hij door deze breking hoger dan hij in werkelijkheid is. Als het lijkt alsof de zon op het punt staat onder de horizon te zakken, is dat al zo. De atmosfeer buigt het licht rond de ronding van de wereld!