¿Por qué los haces de luz (de antorchas u otros dirigidos a las fuentes) no se extienden hasta el infinito?

Question

Cuando estoy en un ambiente oscuro, y me encender una antorcha, puedo ver el rayo de luz de la linterna. A mi entender, la principal razón por la que puedo ver el rayo de luz que la luz de la linterna se dispersa el polvo y otras partículas en direcciones al azar, lo que nos permite realmente ver el rayo de luz.

Si este fuera el caso, entonces yo esperaría que el haz de luz a disminuir con intensidad a medida que viaja más lejos de la antorcha, y la viga de ordenación de aplicar un fundido de la existencia. Sin embargo, recientemente en una fiesta de luces, celebrada en Australia, me di cuenta de algo muy extraño. En lugar de suavidad de la decoloración de la existencia, los haces de luz en el festival continuó en el cielo de la noche para una distancia determinada, y fue abruptamente cortado.

(La imagen de la izquierda es sólo una imagen al azar mostrando los rayos de luz. El blanco brillante de las luces fueron (creo) de las polillas y otros insectos.) Como se puede ver en la imagen de la derecha, los rayos de luz se fue abruptamente cortado después de una distancia establecida, en lugar de la decoloración de la existencia de problemas. El efecto de no salir que es genial en la foto, pero en la vida real era muy pronunciada.

La mayoría de las veces, siempre puede venir para arriba con algunos explicación para un fenómeno que observo, pero en esta ocasión me legítimamente no tengo ni idea. Por un momento pensé que tal vez era debido a que la percepción humana, (la manera en que percibimos la luz), pero no creo que pueda explicar el efecto, era justo que se pronuncia.

Answer 1

Este efecto es debido a un cambio en la densidad de los aerosoles y las partículas de polvo en la parte superior de la capa límite planetaria, la frontera entre la parte de la atmósfera que es turbulento debido a los detalles de la superficie, como árboles, edificios, y la topografía, y la parte de la atmósfera en la que los detalles se omiten y el viento de los flujos puede ser laminar, incluso a altas velocidades. Usted sabe cómo, a veces, en los días de verano, podrás ver un parche de buen tiempo de cúmulos irregulares esponjoso tops, pero el fondo plano y el fondo plano son todos en el mismo bajo-ish con la altitud? Esa es la ventaja de la capa límite planetaria.

(fuente)

(fuente)

La intensidad de la luz reflejada por los aerosoles a una distancia $r$ es $r^4$, porque se pierde un factor de $r^2$ tanto en el camino, y en el camino de regreso.$^\dagger$ Un relativamente repentino cambio en la densidad de dispersores puede bajar la intensidad de la dispersión del haz por debajo del umbral de su visible de la sensibilidad. (Esto es parte de la razón por la cual es un delito grave es el punto de un láser a un avión, incluso si el avión se ve "más lejos que el rayo láser.")

No dejes que mi simple descripción que aquí se engañe: la atmósfera y sus movimientos son complicadas. A veces, por ejemplo, hay múltiples capas de neblina que son visibles si se ilumina correctamente. El año pasado, cuando el mal tiempo interrumpido de la astronomía caso, he conseguido divisar un doble-capa de neblina con un puntero láser desde la tierra: el rayo fue brillante desde la tierra, se volvió oscuro, y luego continuar con un punto brillante en la segunda capa.

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$^\dagger$ Dos comentaristas de protesta que el descenso en la intensidad de la retrodispersión de la luz debe ser proporcional a $2r^2$ o $(2r)^2$ más que proporcional a $r^2 \cdot r^2 = r^4$. No es un error tipográfico o un error. La intensidad del láser se cae como $r^2$ mientras $r$ es mucho mayor que la distancia a cualquier cintura del haz láser. Que determina la absoluta brillo del polvo de grano. La retrodispersión de la luz del polvo de grano no está colimado, por lo que conseguir otro factor de $r^2$. Esta $r^4$ disminución refleja o retrodispersión de la intensidad es la razón por la increíble lunar laser ranging experimento no se repite con retroreflectors en Marte.

Answer 2

Puede ser que el haz de luz viaja a través de una capa de alta humedad, como una capa muy fina en la nube. El haz que se ve es lo que se desvía de nuevo a usted. Si va a través de aire seco que sigue adelante; no volver a su ojo.

No te preocupes, la luz no deja sin golpear algo. (Después de todo, usted puede ver las estrellas, por no hablar de la luz del sol.) Si estás en un avión volando a través de la que supuestamente extinguido haz de luz, que va a ver.

Answer 3

El problema con su teoría radica en su comprensión de la luz. Aunque la luz se comporta como una viga está en el hecho de partículas en la naturaleza por lo tanto el fotón. La luz cae bajo Newtons ley del cuadrado inverso: del inverso del cuadrado de la ley es cualquier ley de la física que indica que una determinada magnitud física o la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente de esa cantidad física, así como los fotones dejar su origen en distancias regulares los fotones se distribuirá de manera uniforme por lo tanto a medida que se extienden hacia fuera se vuelven menos intensos o débiles y la propagación de los fotones continúa hasta que la concentración de fotones es tan delgada que la luz se torna imposible de ver sin la ayuda cual es la razón por la que los astrónomos necesitan potentes telescopios para ver la luz que viene de tan lejos. Sin embargo, el polvo de la atmósfera también juega un papel importante en la filtración de los fotones así. También en el caso de su espectáculo de luz que las de la luz se centra en una lente a un punto fino pero a la inversa ley se aplica todavía.