Sólin Sólin Rís 05:29 • sest 21:25 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 19:47 • Sest 05:31 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 05:41 • Síðdegis: 18:03 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 11:54 • Síðdegis: 24:11 í Reykjavík

Hvað eru hillingar og eru til mismunandi tegundir af þeim?

Ari Ólafsson

Hraði ljósbylgna í lofti ræðst af þéttleika loftsins, fjölda sameinda á rúmmálseiningu. Þéttleikinn stjórnast svo af þrýstingi og hitastigi; vex með hækkandi þrýstingi og fallandi hitastigi. Hraðanum v er lýst með jöfnunni v=c/n, þar sem c er ljóshraðinn í lofttæmi og stærðin n er svokallaður ljósbrotsstuðull (e. index of refraction).

Við staðlaðar aðstæður í andrúmslofti (þrýstingur 1,0 bar og hitastig 0°C) er brotstuðull loftsins n=1,00030. Við tölum um einsleitt efni ef brotstuðullinn er sá sami alls staðar í efninu. Ljósgeislar fara eftir beinni línu í einsleitu efni. Þegar við horfum á eitthvert fyrirfæri í fjarska, nema augu okkar ljósgeisla sem hafa speglast/dreifst af fyrirbærinu. Augun nema styrk, lit og stefnu ljósgeislanna og heilinn les úr þessum merkjum. Hann túlkar stefnu ljósgeislanna að augunum sem upplýsingar um stefnu til fyrirmyndarinnar.

Hitahillingar (e. inferior mirage) geta komið fram á heitum degi þegar yfirborð jarðar hitnar í sólskini og hitar loftið næst jörðu. Þá lækkar hitastigið og þar með ljóshraðinn með hæð. Þessar aðstæður geta framkallað hillingar þar sem sveigja ljósgeislanna færir mynd af fjarlægu fyrirbæri neðar, jafnvel svo að neðri hluti fyrirbærisins hverfur bak við sjóndeildarhring. Myndin til hægri sýnir hvernig hitahilling bjagar upprunalegu myndina til vinstri.

Með misleitu efni, þar sem brotstuðullinn breytist með staðsetningu í efninu, verður tilveran mun fjölbreyttari. Ljósgeislar svigna á ferð sinni um efnið. Þar sem breyting á hitastigi með hæð í loftlögum næst jörðu veldur breytingum á þéttleika loftsins, það er fjölda sameinda á rúmmmálseiningu, koma fram hillingar.

Hitastigullinn getur verið með tvennu móti. Á heitum degi hitnar yfirborð jarðar í sólskini og hitar loftið næst jörðu. Þá lækkar hitastigið og þar með ljóshraðinn með hæð. Þetta er óstöðugt ástand þar sem heitara loftið leitar upp og það kaldara niður, en sólin getur viðhaldið neikvæðum hitastigul með hæð meðan hennar nýtur við (hér er vísað til hitastiguls sem er miklu kröftugri en bakgrunnsstigullinn -6°C/km í andrúmsloftinu.) Þessar aðstæður geta framkallað hillingar þar sem sveigja ljósgeislanna færir mynd af fjarlægu fyrirbæri neðar, jafnvel svo að neðri hluti fyrirbærisins hverfur bak við sjóndeildarhring. Á ensku er þetta kallað inferior mirage og við gætum kallað hitahillingu á íslensku.

Kuldahillingar verða á köldum degi þegar loftið er kaldast næst jörðu en hitnar með vaxandi hæð. Við þessar aðstæður sveigja ljósgeislar að jörðu svo sjóndeildarhringurinn færist fjær.

Á köldum degi getur hitastigullinn orðið á hinn veginn. Loftið kaldast neðst en hitnar svo með vaxandi hæð. Þetta ástand er stöðugra en það fyrra, þar sem lóðrétt loftskipti eru minni því kaldasta loftið neðst er eðlisþyngra en heitari loftmassar ofar. Hillingar sem þessu ástandi fylgja getum við kallað kuldahillingar (e. superior mirage)

Myndir:

Upprunalega spurningin hljóðaði svona: Hvernig stendur á hillingum sem sjást t.d. á vegum og hvað eru hillingar?

Höfundur

Ari Ólafsson

dósent emeritus í eðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

25.3.2024

Spyrjandi

Eyþór Máni Steinarsson

Tilvísun

Ari Ólafsson. „Hvað eru hillingar og eru til mismunandi tegundir af þeim?“ Vísindavefurinn, 25. mars 2024. Sótt 22. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=32006.

Ari Ólafsson. (2024, 25. mars). Hvað eru hillingar og eru til mismunandi tegundir af þeim? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=32006

Ari Ólafsson. „Hvað eru hillingar og eru til mismunandi tegundir af þeim?“ Vísindavefurinn. 25. mar. 2024. Vefsíða. 22. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=32006>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað eru hillingar og eru til mismunandi tegundir af þeim?
Hraði ljósbylgna í lofti ræðst af þéttleika loftsins, fjölda sameinda á rúmmálseiningu. Þéttleikinn stjórnast svo af þrýstingi og hitastigi; vex með hækkandi þrýstingi og fallandi hitastigi. Hraðanum v er lýst með jöfnunni v=c/n, þar sem c er ljóshraðinn í lofttæmi og stærðin n er svokallaður ljósbrotsstuðull (e. index of refraction).

Við staðlaðar aðstæður í andrúmslofti (þrýstingur 1,0 bar og hitastig 0°C) er brotstuðull loftsins n=1,00030. Við tölum um einsleitt efni ef brotstuðullinn er sá sami alls staðar í efninu. Ljósgeislar fara eftir beinni línu í einsleitu efni. Þegar við horfum á eitthvert fyrirfæri í fjarska, nema augu okkar ljósgeisla sem hafa speglast/dreifst af fyrirbærinu. Augun nema styrk, lit og stefnu ljósgeislanna og heilinn les úr þessum merkjum. Hann túlkar stefnu ljósgeislanna að augunum sem upplýsingar um stefnu til fyrirmyndarinnar.

Hitahillingar (e. inferior mirage) geta komið fram á heitum degi þegar yfirborð jarðar hitnar í sólskini og hitar loftið næst jörðu. Þá lækkar hitastigið og þar með ljóshraðinn með hæð. Þessar aðstæður geta framkallað hillingar þar sem sveigja ljósgeislanna færir mynd af fjarlægu fyrirbæri neðar, jafnvel svo að neðri hluti fyrirbærisins hverfur bak við sjóndeildarhring. Myndin til hægri sýnir hvernig hitahilling bjagar upprunalegu myndina til vinstri.

Með misleitu efni, þar sem brotstuðullinn breytist með staðsetningu í efninu, verður tilveran mun fjölbreyttari. Ljósgeislar svigna á ferð sinni um efnið. Þar sem breyting á hitastigi með hæð í loftlögum næst jörðu veldur breytingum á þéttleika loftsins, það er fjölda sameinda á rúmmmálseiningu, koma fram hillingar.

Hitastigullinn getur verið með tvennu móti. Á heitum degi hitnar yfirborð jarðar í sólskini og hitar loftið næst jörðu. Þá lækkar hitastigið og þar með ljóshraðinn með hæð. Þetta er óstöðugt ástand þar sem heitara loftið leitar upp og það kaldara niður, en sólin getur viðhaldið neikvæðum hitastigul með hæð meðan hennar nýtur við (hér er vísað til hitastiguls sem er miklu kröftugri en bakgrunnsstigullinn -6°C/km í andrúmsloftinu.) Þessar aðstæður geta framkallað hillingar þar sem sveigja ljósgeislanna færir mynd af fjarlægu fyrirbæri neðar, jafnvel svo að neðri hluti fyrirbærisins hverfur bak við sjóndeildarhring. Á ensku er þetta kallað inferior mirage og við gætum kallað hitahillingu á íslensku.

Kuldahillingar verða á köldum degi þegar loftið er kaldast næst jörðu en hitnar með vaxandi hæð. Við þessar aðstæður sveigja ljósgeislar að jörðu svo sjóndeildarhringurinn færist fjær.

Á köldum degi getur hitastigullinn orðið á hinn veginn. Loftið kaldast neðst en hitnar svo með vaxandi hæð. Þetta ástand er stöðugra en það fyrra, þar sem lóðrétt loftskipti eru minni því kaldasta loftið neðst er eðlisþyngra en heitari loftmassar ofar. Hillingar sem þessu ástandi fylgja getum við kallað kuldahillingar (e. superior mirage)

Myndir:

Upprunalega spurningin hljóðaði svona: Hvernig stendur á hillingum sem sjást t.d. á vegum og hvað eru hillingar?...