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炎炎夏日,烈日当空,柏油和水泥路面被阳光炙烤着,焦干滚烫,放眼望去,前方路上呈现出晶莹的水面,倒映出车辆、行人和路边低处景物的倒影,驱车前行,到了近前,不见了水面,道路依旧,举目远观,水面仍在前方,无论车子怎样疾驰,总也不会赶上。
这是一种司空见惯的自然景象,似乎没有必要再做分析,但从所见的资料来看,全是将其笼统地解释为光的反射或光的折射形成的,称之为下现蜃景,这些解释尚未尽如人意,笔者想应此发一点浅见。
众所周知,构成路面的砂石、柏油或和凝凝土,这些材料的比热容小,受阳光炙烤后温度很快升高,贴近路面空气的温度也随之升高,密度变小,成为光疏媒质;路面上方空气温度随高度逐渐升高而降低,空气密度也随之增大,成为光密媒質,此时上下空气层已不再是均匀媒质,上方空气折射率大,下方空气折射率小,因此光线经过不均匀的空气层时要发生折射。
日光射到路面上发生漫反射,从不同点反射的光线,有的经折射后会以相同的方向进入观察者的眼睛,如下图所示:分别A、B两点沿地面以很小的角度a、B(a 这种现象的发生与阳光射到地面的方向无关,无论观察者是对着阳光还是背着阳光都可以见到,路上出现的水面与观察者的距离与眼睛所处的高度有关,眼睛距路面的位置越高,水面离得越远,反之越近,在同一地点同一时刻,观察水面的视线与水平路面所成的角度几乎是不变的。
路上出现的水面到眼睛的距离和水面的明亮程度与路面的温度有关,路面温度越高水面距眼睛越近,也越明亮,这是因为路面温度越高,贴近路面空气密度越小,反射光线向上弯曲越厉害;路面温度高是由于光照强烈所致,折射后进人眼睛的光线也强。
这种现象不但夏天会出现,在冬季晴朗弱风的中午时分也会出现沙漠中出现的水面和路上出现的水面是同一道理。
由于道路上水面光洁如镜,反射出了汽车、行人和路旁低处景物倒立虚像,像和物体对水面来说是对称的,二者连线与水面垂直,像与物体的大小也近似相等,完成符合平面镜成像原理。
上述现象有的典籍将其称为下现蜃景,原文是这样的叙述的:由于光线经过不同密度的空气层,发现折射(有时还伴有全反射)时,把远处景物呈现在空中或地面上的虚纪景象,又称蜃景,古人误认为蜃(大蛤蜊)呈气所成而得名,主要有上现蜃景和下现蜃景,当空气温度随高度而增加时,空气密度和折射率不断减小,地面上物体向天空反射的日光被空气折射而向下弯曲,进人人眼中,人眼逆着光线看去,见到远处高空中显现的物体正立虚像,叫上现蜃景,夏日海面上常出现城市的街道、房屋的蜃景,故谓之海市,如果空气温度随高度升高而降低(如夏日被灼热的柏油路面和沙漠上空),使空气密度和折射率由下至上不断增加,高处物体(如树顶、建筑物顶)向地面反射的日光被空气折射,不断向上弯曲,进入远处人眼中,人眼逆着光线看去,路面和沙漠犹如光洁的水面,反射出地面上物体倒立虚像,这种现象叫下现蜃景。
此种分析问题的方法颇具代表性,文中对上现蜃景的论述是毋庸置疑的,而对下现蜃景论述是依据上现蜃景成因而言的,其说法是否准确呢?笔者以为有待于商榷,需要讨论的有如下几点:
1.“路面和沙漠犹如光洁的水面和镜面,”这里姑且不论沙漠,只说路面,路面如是光洁,其成因何在?文中未加解释。
2.“高处物体向地面反射的日光被空气折射,不断向上弯曲,”事实果真如此吗?我们知道,高处物体向地面反射的光线在斜向下传播的过程中是逐渐向上弯曲的,但当光线的方向弯曲到与路面平行时,光线便不再向上弯曲,因为此时可以说光线在均匀的空气层中传播,不再发生折射,而是沿平行于路面的方向传播,不可能再向上弯曲。
3.路面上出现水面时,在其下方所见虚像的长度也不过两三米,只是路面上两三米高物体倒映的像,见不到树顶和建筑物顶所成的像。
4.发生折射时不会伴有全反射,因为光只有射到两种媒质的交界面且达到临界角时,才会发生全反射,而此时地面上方的空气层只是不均匀媒质,不是两种物质的界面,因此全反射之说是不成立的。
综上所述可知,路上和沙漠中出现的水面是由于光的折射形成的,反射光线再强亦无水面出现。
这是一种司空见惯的自然景象,似乎没有必要再做分析,但从所见的资料来看,全是将其笼统地解释为光的反射或光的折射形成的,称之为下现蜃景,这些解释尚未尽如人意,笔者想应此发一点浅见。
众所周知,构成路面的砂石、柏油或和凝凝土,这些材料的比热容小,受阳光炙烤后温度很快升高,贴近路面空气的温度也随之升高,密度变小,成为光疏媒质;路面上方空气温度随高度逐渐升高而降低,空气密度也随之增大,成为光密媒質,此时上下空气层已不再是均匀媒质,上方空气折射率大,下方空气折射率小,因此光线经过不均匀的空气层时要发生折射。
日光射到路面上发生漫反射,从不同点反射的光线,有的经折射后会以相同的方向进入观察者的眼睛,如下图所示:分别A、B两点沿地面以很小的角度a、B(a 这种现象的发生与阳光射到地面的方向无关,无论观察者是对着阳光还是背着阳光都可以见到,路上出现的水面与观察者的距离与眼睛所处的高度有关,眼睛距路面的位置越高,水面离得越远,反之越近,在同一地点同一时刻,观察水面的视线与水平路面所成的角度几乎是不变的。
路上出现的水面到眼睛的距离和水面的明亮程度与路面的温度有关,路面温度越高水面距眼睛越近,也越明亮,这是因为路面温度越高,贴近路面空气密度越小,反射光线向上弯曲越厉害;路面温度高是由于光照强烈所致,折射后进人眼睛的光线也强。
这种现象不但夏天会出现,在冬季晴朗弱风的中午时分也会出现沙漠中出现的水面和路上出现的水面是同一道理。
由于道路上水面光洁如镜,反射出了汽车、行人和路旁低处景物倒立虚像,像和物体对水面来说是对称的,二者连线与水面垂直,像与物体的大小也近似相等,完成符合平面镜成像原理。
上述现象有的典籍将其称为下现蜃景,原文是这样的叙述的:由于光线经过不同密度的空气层,发现折射(有时还伴有全反射)时,把远处景物呈现在空中或地面上的虚纪景象,又称蜃景,古人误认为蜃(大蛤蜊)呈气所成而得名,主要有上现蜃景和下现蜃景,当空气温度随高度而增加时,空气密度和折射率不断减小,地面上物体向天空反射的日光被空气折射而向下弯曲,进人人眼中,人眼逆着光线看去,见到远处高空中显现的物体正立虚像,叫上现蜃景,夏日海面上常出现城市的街道、房屋的蜃景,故谓之海市,如果空气温度随高度升高而降低(如夏日被灼热的柏油路面和沙漠上空),使空气密度和折射率由下至上不断增加,高处物体(如树顶、建筑物顶)向地面反射的日光被空气折射,不断向上弯曲,进入远处人眼中,人眼逆着光线看去,路面和沙漠犹如光洁的水面,反射出地面上物体倒立虚像,这种现象叫下现蜃景。
此种分析问题的方法颇具代表性,文中对上现蜃景的论述是毋庸置疑的,而对下现蜃景论述是依据上现蜃景成因而言的,其说法是否准确呢?笔者以为有待于商榷,需要讨论的有如下几点:
1.“路面和沙漠犹如光洁的水面和镜面,”这里姑且不论沙漠,只说路面,路面如是光洁,其成因何在?文中未加解释。
2.“高处物体向地面反射的日光被空气折射,不断向上弯曲,”事实果真如此吗?我们知道,高处物体向地面反射的光线在斜向下传播的过程中是逐渐向上弯曲的,但当光线的方向弯曲到与路面平行时,光线便不再向上弯曲,因为此时可以说光线在均匀的空气层中传播,不再发生折射,而是沿平行于路面的方向传播,不可能再向上弯曲。
3.路面上出现水面时,在其下方所见虚像的长度也不过两三米,只是路面上两三米高物体倒映的像,见不到树顶和建筑物顶所成的像。
4.发生折射时不会伴有全反射,因为光只有射到两种媒质的交界面且达到临界角时,才会发生全反射,而此时地面上方的空气层只是不均匀媒质,不是两种物质的界面,因此全反射之说是不成立的。
综上所述可知,路上和沙漠中出现的水面是由于光的折射形成的,反射光线再强亦无水面出现。