Кто не видал радуги? Это красивое небесное явление наблюдается при дожде и всегда привлекает наше внимание. Часто думают, что яркая многокрасочная радуга появляется лишь перед окончанием дождя. Это неверно. Нередки случаи, когда радуга появляется и перед началом дождя. Можно наблюдать радугу и независимо от дождя. Посмотрите, например, на брызги воды у фонтана, освещенные солнцем, и вы заметите в них маленькую радугу, подобную небесной. Чтобы увидеть такую радугу, надо встать спиной к солнцу.
В прежние времена, когда люди ещё очень мало знали об окружающем их мире, радугу считали «небесным знамением». Так, древние греки думали, например, что радуга - это улыбка богини Ириды.
Попытки научно объяснить явление радуги жестоко преследовались церковниками. В начале XVII века был отлучён от церкви и приговорён к смертной казни учёный Доминис, который пытался объяснить радугу естественными причинами. Он умер в тюрьме, не дождавшись казни, но труп его был всё-таки предан казни и сожжён!
Правильное научное объяснение радуги было дано после того, как была разгадана природа белого света.
Около трёхсот лет назад чешский учёный Марк Марця открыл, что белый солнечный свет является светом сложным. Марци приготовлял различные граненые стёкла и наблюдал, как через них проходит солнечный свет. Однажды Марци взял для опыта кусок стекла в виде клина - стеклянную призму - и поставил её на пути тонкого луча солнечного света в тёмной комнате. Результат был неожиданный: на стеке комнаты, там, где должен был упасть солнечный луч, прошедший через стеклянную трёхгранную приему, появилась многоцветная радужная полоса. Она была подобна небесной радуге - различные цвета в полоске на стене располагались в том же порядке, что и в небесной радуге, переходя друг в друга: за красным цветом шёл оранжевый, затем желтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый.
Марци понял, что белый свет - это свет сложный; при определённых условиях он разлагается на многие цветные лучи, образуя радужные полосы.
Позднее английский учёный Ньютон объяснил, почему стеклянная призма разлагает белый свет. Оказывается, солнечные лучи, проходя через призму, отклоняются от своего первоначального направления, они, как говорят, преломляются. При этом различные цветные лучи, входящие в состав белого света, преломляются в призме по-разному - одни больше, другие меньше. Меньше всего преломляются красные лучи, сильнее всего - фиолетовые. Благодаря различному преломлению цветные лучи и становятся видимы, когда белый солнечный луч пройдёт через призму.
Призма как бы разделяет цветные лучи друг от друга. В других стёклах, например в обычном оконном, цзетные лучи преломляются одинаково, и мы видим поэтому тот же белый свет.
Многоцветную полосу разложенного белого света называют спектром.
То, что белый свет состоит из разноцветных лучей, доказывается и таким опытом. Картонный круг разделён на семь частей, как показано на рисунке, и части покрашены в основные спектральные цвета. Если такой круг быстро вращать, то разноцветные полоски сливаются в одно беловато-серое пятно. Получается это по той причине, что зрительные впечатления от различно окрашенных частей круга, попадая на сетчатку глаза, накладываются при быстром вращении круга одно на другое, и, таким образом, как-бы смешиваются между собой. Сероватым, а не чисто белым мы видим такой круг потому, что очень трудно покрасить отдельные части круга так, чтобы они в точности соответствовали спектральным цветам природной радуги.
После открытия спектральных цветов стало ясно, что и в небесной радуге мы наблюдаем солнечные лучи, разложенные в спектр.
Но каким же путём это происходит в природе? Что здесь заменяет стеклянную призму?
Оказывается, радуга возникает в тех случаях, когда лучи Солнца преломляются и отражаются в каплях дождя. Вот как это происходит в простейшем виде. Лучи солнечного света падают на каплю воды. Входя в каплю, они изменяют своё направление, преломляются и при этом разлагаются на цветные лучи. Цветные лучи, пройдя через каплю, отражаются от её внутренней противоположной части (в месте 2) и снова проходят через каплю воды. Выходя из капли в месте 5, цветные лучи преломляются ещё раз и попадают в глаз наблюдателя. При этом, как и в стеклянной призме, более всего отклоняются от своего первоначального направления фиолетовые лучи видимого спектра, а менее всего - красные. Такое преломление лучей солнечного света происходит одновременно во множестве капель.
Чтобы увидеть радугу, наблюдателю надо стоять между Солнцем и каплями дождя, в которых происходит преломление солнечных лучей, и спиной к Солнцу. Так как цветные лучи выходят из капли под разными Углами, то ясно, что от каждой капли в глаз наблюдателя может попасть лишь один какой-либо цветной луч. Остальные лучи, идущие из той же капли, наблюдатель не увидит, они пройдут мимо его глаза - выше или ниже.
От самых верхних капель, преломлённые лучи от которых ещё увидит наблюдатель, будут падать в глаза наблюдателя лишь красные лучи - ведь они отклоняются при преломлении меньше всех. От капель, лежащих ниже, в глаз будут попадать уже оранжевые лучи. Капли, лежащие ещё ниже, пошлют в глаза наблюдателя уже жёлтые лучи, и так далее - до фиолетовых включительно. Лучи, отражаемые соседними каплями, сливаются и таким образом наблюдатель видит ряд цветных полос-от верхней красной до фиолетовой нижней.
Но почему же мы видим радугу в виде дуги? И это объясняется довольно просто. Соедините мысленно Солнце со всеми точками, лежащими, скажем, на красной полосе радуги, вы получите конусообразную поверхность, ось которой проходит через глаз наблюдателя (рис. 6). Каждая капля на этой поверхности находится в одинаковом отношении как к Солнцу, так и к наблюдателю. Поэтому от всех этих капель в глаз наблюдателя и попадают одни красные лучи. Сливаясь, они и дают красную дугообразную линию. Такую же линию, но оранжевую, образуют дождевые капли, находящиеся ниже, и так далее.
Так образуется радуга, которая видна до тех пор, пока дождевые капли падают достаточно часто и равномерно.
Яркость радуги зависит от количества капелек воды в воздухе и от их размеров. Установлено, что чем крупнее капли, тем ярче радуга. Вот почему радуга особенно ярка во время кратковременного летнего дождя, когда на землю выпадают частые крупные капли. Замечено также, что в зависимости от величины капелек изменяется и вид радуги - меняется яркость и ширина её отдельных полос. Так, капли диаметром от 0,5 до 1 миллиметра дают радугу с яркими фиолетовой и зелёной полосами и с очень слабой голубой полосой. Когда размеры капелек значительно меньше, в радуге мало заметна красная полоса, а более выделяется жёлтая. Например, капельки диаметром в 0,1 долю миллиметра и несколько меньше дают яркую красивую радугу, несколько более широкую, чем обычно, в которой чистого красного цвета нет совсем. Если в радуге ясно заметна белая полоса, то это означает, что величина капель дождя не превышает 0,03 доли миллиметра.
Вообще, чем меньше величина капелек воды, дающих явление радуги, тем белесоватее оттенки радужных цветов, а также тем шире радужная полоса. Таким образом, по виду радужных полос на небе можно определять величину дождевых капель.
Мельчайшие капельки воды, образующие туман и облака, радуги уже не дают.
Когда Солнце находится на горизонте, мы видим радугу в виде полного полукруга. По мере подъёма Солнца радуга постепенно уменьшается в размерах, опускаясь к горизонту. Когда Солнце поднимается над горизонтом выше 42 градусов, радуга уходит за горизонт (градус - единица измерения дуг окружностей; дуга в один градус - 7збо часть окружности; диск Луны, для примера, равен ‘/г градуса). Поэтому-то летом в полдень радуги и не бывает видно. Во второй половине дня, при заходе Солнца, снова можно увидеть радугу.
Таким образом, с земли нельзя увидеть радугу более чем в половину окружности. Но если подняться над землёй, то можно увидеть и почти полный круг радуги.
Чаще всего мы видим одну радугу. Однако нередки случаи, когда на небе появляются одновременно две радужные полосы, расположенные одна над другой. При этом у другой радуги цвета полос располагаются в обратном порядке - верхняя часть дуги имеет фиолетовую окраску, а нижняя - красную.
Причина этого явления также установлена. Двойная радуга объясняется тем, что солнечные лучи дважды отражаются в каплях, находящихся выше капель, дающих обычную радугу. Таксе двойное отражение света в капле воды изображено на рисунке 8. Сравнивая простое отражение света в капле (см. рис. 5) с двойным его отражением, нетрудно установить, что если при простом отражении в глаз попадает красный луч, то при двойном отражении наблюдатель увидит фиолетовый луч.
Схема образования двойной радуги показана на рисунке
Так как при двойном отражении в капле теряется больше света, яркость второй радуги всегда меньше, она выглядит бледнее.
Наблюдают, правда, довольно редко, и ещё большее число радужных небесных дуг - три, четыре и даже пять одновременно!
Это интересное явление наблюдали, например, ленинградцы 24 сентября 1948 года, когда во второй половине дня среди туч над Невой появилось четыре радуги.
Такое явление происходит благодаря тому, что радуга может возникать не только от прямых солнечных лучей; нередко она появляется и в отражённых лучах Солнца. Это можно видеть на берегу морских заливов, больших рек и озёр. Многократные радуги, наблюдаемые на небе одновременно, и вызываются часто этой причиной. Три-четыре такие радуги - обыкновенные и отражённые - опоясавшие небо, создают подчас очень красивую картину.
Так как отражённые от водной поверхности лучи Солнца идут снизу вверх, то радуга, образующаяся в этих лучах, может выглядеть иногда совершенно необычно: «вверх ногами»
И, наконец, расскажем о лунной радуге. Обычно думают, что радуга бывает только днём. На самом деле радуга бывает и ночью, правда, всегда более слабая, и наблюдается она весьма редко. Увидеть такую радугу можно после ночного дождя, когда из-за туч выглянет Луна. Радуга появляется на небе в стороне, противоположной Луне
Все мы видели, как в небе появляется разноцветная дуга. Но что такое радуга? Как образуется это чудесное явление? Тайна природы радуги всегда завораживала человечество, и люди старались найти объяснение происходящему с помощью легенд и мифов. Сегодня мы поговорим именно об этом. Что такое радуга и как она образуется?
Мифы
Всем известно, что древние люди были склонны обожествлять и мистифицировать большинство природных явлений, будь то гром и молния или землетрясение. Не обошли они стороной и радугу. Что же нам известно от наших предков? Что такое радуга и как она получается?
- Древние викинги верили, что радуга - это мост Биврёст, соединяющий землю людей Митгард и богов (Асгард).
- Индийцы считали, что радуга - это лук, принадлежащий богу грома Индре.
- Греки не ушли далеко от своих современников и также считали радугу дорогой посланницы богов Ириды.
- Армяне решили, что это не природное явление, а пояс Бога солнца (но так и не определившись, они поменяли "специальность" Богу и "заставили" его отвечать за искусство и науку).
- Австралийцы пошли дальше и одушевили радугу, сделав её змеем-покровителем воды.
- По африканским мифам, там, где радуга касается земли, можно найти клад.
- Интересно, что общего у африканцев и ирландцев, ведь их Лепрекон также прячет горшок с золотом на конце радуги.
Можно еще долго перечислять мифы и легенды народов со всего мира, и у каждого мы бы нашли что-нибудь интересное. Но что такое радуга на самом деле?
История
Первые осознанные и близкие к реальности выводы по рассматриваемому нами атмосферному явлению дал Аристотель. Это было всего лишь предположение, однако он стал первым человеком, который перевёл радугу из раздела мифов в реальный мир. Аристотель вывел гипотезу о том, что радуга - это не предмет или вещество, и даже не реальный объект, а просто визуальный эффект, изображение, сродни миражу в пустыне.
Однако первое научное исследование и обоснование проводил арабский ученый-астроном Кутб ад-Дин аш-Ширази. Одновременно с ним подобные исследования проводили немецкие исследователи.
В 1611 году была создана первая физическая теория обоснования радуги. Марк Антоний де Доминис на основе наблюдений и опытов пришел к выводу, что радуга образуется из-за преломления света в каплях воды, содержащихся в атмосфере в дождливую погоду. Если быть более точным, то он описал полную картину возникновения радуги за счет двойного преломления света на входе и выходе из капли воды.
Физика
Так что такое радуга, определение которой дал еще Аристотель? Как она образуется? Наверное, все слышали о существовании инфракрасного и ультрафиолетового излучения? Это "свет", который исходит от любых материальных объектов в разных диапазонах измерения.
Так вот, солнечный свет состоит из лучей с разной длиной волны и включает в себя все виды излучения от "теплого" красного до "холодного" фиолетового. При прохождении через капли воды свет разделяется на лучи с разной длиной волны (и разным цветом), причем происходит это дважды, при попадании в воду луч разделяется и немного отклоняется от своей траектории, а при выходе отклоняется еще больше, в результате чего радугу можно увидеть невооруженным глазом.
Для детей
Конечно, про радугу вам расскажет любой, кто хоть на тройку закончил школу. Но что делать, если к родителю подойдет ребёнок и спросит: "Мам, а что такое радуга? Откуда она берётся?". Проще всего объяснить так: "Это солнечные лучики, проходя через дождь, переливаются". В младшем возрасте детям не обязательно знать физическую подоплёку явления.
Всем известные цвета радуги имеют строгий порядок и всегда одинаковую последовательность. Как мы уже выяснили, это результат физических процессов. Однако почему-то многие взрослые (родители, воспитатели в детсадах) требуют от детей знать правильный порядок расположения цветов в радуге. Для более быстрого запоминания были придуманы выражения, в которых первые буквы слов символизируют определённый цвет. Вот наиболее известные формы:
Как видите, можно отследить правильный порядок расположения цветов по первой букве (красный-оранжевый-желтый-зелёный-голубой-синий-фиолетовый). Кстати, Исаак Ньютон выделял не голубой и синий цвета, а синий и индиго соответственно. Почему названия цветов были изменены, остаётся загадкой. А вообще, неужели так важно знать, что такое радуга, для того чтобы любоваться ею?
Согласно Библии, радуга является символом Божьего обещания человечеству больше никогда не устраивать . Действительно, часто радуга — это свидетельство того, что где-то поблизости прошел дождь. Как правило, мы видим радугу в солнечную погоду, когда на небольшом раcстоянии находятся дождевые облака (обычно кучево-дождевые). Чтобы узнать, что такое радуга, в этой статье мы расcкажем о двух ее составляющих: солнечном свете и каплях дождя.
Первичная и вторичная радуги.
Почему и откуда появляются радуги?
Солнечный свет представляет собой смесь цветов. Когда лучи света проходят через стеклянную призму, часть их сгибается и преломляется больше, чем другие. Свет, выходящий из призмы, распространяется в непрерывную полосу цветов, называемую спектром. Цвета идут от красного, который меньше всего изогнут, через оранжевый, желтый, зеленый и синий до самого фиолетового. Фиолетовый цвет изогнут больше всего.
Солнечный свет, проходящий через капли воды, преломляется точно так же, как солнечный свет, проходящий через призму. Это создает атмосферный солнечный спектр в небе, который мы и называем радугой.
Коротко говоря, радуга — это группа полукруглых дуг цвета, которая появляется в виде огромной арки на небе. Радуги часто видны после дождя. Они образуются, когда солнечный свет прорывается сквозь дождевые облака. Дождевые капли действуют как миниатюрные призмы, преломляющие или разбивающие солнечный свет в различные цвета, а также отражающие его, создавая спектр.
Мы можем легко создать искусственную радугу у себя дома с помощью садового шланга. Нужно просто стать спиной к солнцу и отрегулировать полив шланга до мелкого распыления, создав таким образом водяную «пыль». Радугу также можно увидеть напротив места, куда падают брызги водопада.
Радуга у водопада Виктория (на границе Замбии и Зимбабве)
Если радуга одна, или если она основная, то такая радуга всегда имеет красный цвет снаружи (сверху) дуги и синий с внутренней стороны. Обычно радиус радуги равен примерно одной четверти видимого неба, или 42 градуса. Когда поблизости дождь, нужно посмотреть в ту часть неба, которая находится напротив солнца под углом 42 градуса относительно нашей тени; именно в этом месте должна появиться радуга.
Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг основной. Это вторичная радуга, которая образована светом, отражённым в каплях два раза. Во вторичной радуге порядок цветов «перевёрнутый» - красный находится с внутренней стороны, фиолетовый — снаружи. Вторичная радуга образуется под углом 50-53° относительно нашей тени. Область между двумя радугами выглядит относительно темной, поскольку ей не хватает как однократно, так и дважды отраженных лучей. Вторичная радуга слабее основной и обычно исчезает быстрее.
Есть даже доказательства появления третьей или третичной радуги, но такое явление считается чрезвычайно редким. Несколько наблюдателей также сообщили о том, что видели четырехугольные радуги, в которых тусклая внешняя дуга имела рябь и пульсирующий вид.
Кто первый определил что такое радуга?
Мы не можем с абсолютной уверенностью сказать, кто именно первым дал правильное объяснение того, что такое радуга. Обычно первенство предоставляется французу Рене Декарту (1596-1650), философу и писателю, который систематически рассмотрел этот вопрос в приложении к своей знаменитой работе «Рассуждение о методе» в 1637 году.
Декарт предположительно сделал точный расчет путей, которые лучи света проходили в разных точках стеклянного глобуса, наполненного водой (имитация капли дождя), тем самым определяя углы их преломления. Это было решением математической проблемы, которое ускользало от ученых в течение двух тысячелетий и было ключом к объяснению того, что такое радуга.
Но заметьте, что Декарт только «предположительно» сделал этот расчет. Как оказалось, Виллеброрд Снелл , голландский астроном и математик, обнаружил математический закон преломления света за 16 лет до декартовой диссертации по этому вопросу. Однако Снелл не смог опубликовать свою работу и умер в 1626 году. Затем, примерно через 80 лет после того, как записки Снелла были обнаружены, возникли споры о том, что Декарт каким-то образом видел рукописи Снелла и выдал изложенные в них выводы за свои.
Конечным результатом было то, что на Западе, особенно в англоязычных странах, закон преломления света стал известен как Закон Снелла, а во Франции его называют Законом Декарта.
Итак, хотя Декарт и объяснил, что такое радуга, он действительно не мог сделать этого без точных вычислений преломления света. Но кому именно, Декарту или Снеллу, принадлежит эта часть работы, мы, возможно, никогда не узнаем.
Где и когда можно увидеть радугу?
Моряки знают, что радуга может использоваться для прогнозирования погоды. Вообще говоря, ливни и грозы движутся с запада на восток, таким образом моряки руководствуются старой приметой:
Радуга поутру — быть дождю; радуга вечером — к хорошей погоде.
Утром солнце находится на востоке, и чтобы увидеть радугу, мы должны стать лицом к западу, где идет дождь. Поскольку дожди обычно приходят с запада, то утренняя радуга может нас об этом предупредить. Поздним вечером же солнце находится в западной части неба. После того, как дождь или гроза уже прошли над нами или мимо нас, они обычно отступает к востоку, где мы и увидим радугу.
И поскольку грозовые ливни более часты в конце дня, чем ранним утром, радуга встречается вечером гораздо чаще. Именно по этой причине появление радуги обычно связано с началом улучшения погоды.
Если солнце садится или поднимается, можно увидеть полную дугу радуги. Если солнце окажется под углом в 42 градуса или выше над горизонтом, мы не сможете увидеть радугу, потому что она будет ниже горизонта. Сжатый кулак, удерживаемый на расстоянии вытянутой руки, примерно равен 10 градусам; поэтому, если солнце находится примерно «четыре кулака» над горизонтом, мы не увидим радугу. Единственная возможность увидеть радугу в это время будет с самолета или с вершины высокой горы. Самолет предоставит наилучшую возможность увидеть всю 360-градусную радугу, проецируемую на землю, но это зрелище настолько редкое, что лишь немногим посчастливилось его увидеть.
Радугу обычно объясняют простым преломлением и отражением солнечных лучей в каплях дождя. Свет выходит из капли в широком диапазоне углов, но наибольшая интенсивность наблюдается под углом, соответствующим радуге. Видимый свет различных длин волн преломляется в капле по-разному, то есть зависит от длины волны света (то есть цвета). Побочная радуга образуется в результате двукратного отражения света внутри каждой капли. В этом случае лучи света выходят из капли под другими углами, чем те, которые дают основную радугу, и цвета в побочной радуге располагаются в обратной последовательности. Расстояние между каплями, которыми обусловлена радуга, и наблюдателя роли не играетОбычно радуга - это цветная дуга угловым радиусом 42°, видимая на фоне завесы ливневого дождя или полос падения дождя, часто не достигающих поверхности Земли. Радуга видна в стороне небосвода, противоположной Солнцу, и обязательно при Солнце, не закрытом облаками.
Центром радуги является точка, диаметрально противоположная Солнцу,- антисолярная точка. Внешняя дуга радуги красная, за нею идет оранжевая, желтая, зеленая дуги и т. д., кончая внутренней фиолетовой.
Все радуги - это солнечный свет, разложенный на компоненты и перемещенный по небосводу таким образом, что он кажется исходящим от части небосвода, противоположной той, где находится Солнце.
Научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт в 1637 г. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя.
Спустя 30 лет Исаак Ньютон, открывший дисперсию белого света при преломлении, дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя.
Несмотря на то что теория радуги Декарта - Ньютона создана более 300 лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги: положение главных дуг, их угловые размеры, расположение цветов в радугах различных порядков.
Итак, пусть параллельный пучок солнечных лучей падает на каплю. Ввиду того что поверхность капли кривая, у разных лучей будут разные углы падения. Они изменяются от 0 до 90°. Проследим путь луча, проходящего через каплю. Преломившись на границе воздух-вода, луч входит в каплю и доходит до противоположной границы. Часть энергии луча, преломившись, выходит из капли, часть, испытав внутреннее отражение, снова идет внутри капли до очередного места отражения. Здесь снова часть энергии луча, преломившись, выходит из капли, а некоторая часть, испытав второе внутреннее отражение, идет через каплю и т. д. В принципе луч может испытывать любое число внутренних отражений, а преломлений у каждого луча два - при входе и при выходе из капли. Параллельный пучок лучей, падающий на каплю, по выходе из капли оказывается сильно расходящимся (рис. 2). Концентрация лучей, а значит, и их интенсивность тем больше, чем ближе они лежат к лучу, испытавшему минимальное отклонение. Только минимально отклоненный луч и самые близкие к нему лучи обладают достаточной интенсивностью, чтобы образовать радугу. Поэтому этот луч и называют лучом радуги.
Каждый белый луч, преломляясь в капле, разлагается в спектр, и из капли выходит пучок расходящихся цветных лучей. Поскольку у красных лучей показатель преломления меньше, чем у других цветных лучей, то они и будут испытывать минимальное отклонение по сравнению с остальными. Минимальные отклонения крайних цветных лучей видимого спектра красных и фиолетовых оказываются следующими: D1k= 137°30\" и D1ф = 139°20\". Остальные цветные лучи займут промежуточные между ними положения.
Солнечные лучи, прошедшие через каплю с одним, внутренним отражением, оказываются исходящими от точек неба, расположенных ближе к антисолярной точке, чем к Солнцу. Поэтому, чтобы увидеть эти лучи, надо встать спиной к Солнцу. Расстояния их от антисолярной точки будут равны соответственно: 180° - 137°30" = 42°30" для красных и 180° - 139°20" = 40°40" для фиолетовых.
Почему радуга круглая? Дело в том, что более или менее сферическая капля, освещенная параллельным пучком лучей солнечного света, может образовать радугу только в виде круга. Поясним это.
Описанный путь в капле с минимальным отклонением по выходе из нее проделывает не только тот луч, за которым мы следили, но также и многие другие лучи, упавшие на каплю под таким же углом. Все эти лучи и образуют радугу, поэтому их называют лучами радуги.
Сколько же лучей радуги в пучке света, падающего на каплю? Их много, по существу, они образуют целый цилиндр. Геометрическое место точек их падения на каплю это целая окружность.
В результате прохождения через каплю и преломления в ней цилиндр белых лучей преобразуется в серию цветных воронок, вставленных одна в другую, с центром в антисолярной точке, с открытыми раструбами, обращенными к наблюдателю. Наружная воронка красная, в нее вставлена оранжевая, желтая, далее идет зеленая и т. д., кончая внутренней фиолетовой.
Таким образом, каждая отдельная капля образует целую радугу!
Конечно, радуга от одной капли слабая, и в природе ее невозможно увидеть отдельно, так как капель в завесе дождя много. В лаборатории же удавалось наблюдать не одну, а несколько радуг, образованных преломлением света в одной подвешенной капельке воды или масла при освещении ее лучом лазера.
Радуга, которую мы видим на небосводе, мозаична - она образована мириадами капель. Каждая капля создает серию вложенных одна о другую цветных воронок (или конусов). Но от отдельной капли в радугу попадает только один цветной луч. Глаз наблюдателя является общей точкой, в которой пересекаются цветные лучи от множества капель. Например, все красные лучи, вышедшие из различных капель, но под одним и тем же углом и попавшие в глаз наблюдателю, образуют красную дугу радуги, также и все оранжевые и другие цветные лучи. Поэтому радуга круглая.
Два человека, стоящие рядом, видят каждый свою радугу. Если вы идете по дороге и смотрите на радугу, она перемещается вместе с вами, будучи в каждый момент образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Далее, капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и т. д. Пока идет дождь, мы видим радугу.
Как часто после дождя мы наблюдаем радугу. Это красочное зрелище никого не оставляет равнодушным! Но увидев радугу в брызгах фонтана, а потом и на стене по диагонали от зеркала, я задумалась, что же является причиной её появления, если не дождь и не вода? Обратившись за помощью к учителю, я узнала, что причина радуги - явление дисперсии, узнала, кто его исследовал впервые, поняла, в чём оно заключается.
Радуга
- одно из красивейших природных явлений, которое редко кого-то оставляет равнодушным. Когда-то люди считали радугу Божьим знамением. И это неудивительно, ведь она появляется буквально из ничего, и также таинственно исчезает.
Что же мы знаем о радуге?
Цвета радуги всегда расположены в одном и том же порядке сверху вниз: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый (помните из детства памятку порядка цветов в радуге - Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан или Как Однажды Жан Звонарь Голубой Сломал Фонарь?).
Самая яркая полоса - красная. Каждый следующий цвет бледнее предыдущего. Фиолетовый вообще с трудом различим на фоне неба.
Каковы же составные части радуги? Это капельки воды в воздухе, солнечные лучи и наблюдатель, который видит радугу. При этом должен быть соблюден целый ритуал: мало того, чтобы солнце осветило дождь, оно должно находиться низко над горизонтом, а наблюдатель должен стоять между дождем и солнцем - спиной к солнцу, лицом к дождю. В этот момент он и видит радугу. Каким образом это происходит?
Солнечный луч освещает каплю дождя. Проникая внутрь капли, луч слегка преломляется. Как известно, лучи различного цвета преломляются по-разному, то есть внутри капли луч белого цвета распадается на составляющие его цвета. Это явление дисперсии. Пройдя каплю, свет отражается от её стенки, как от зеркала. Отраженные цветные лучи идут в обратном направлении, ещё сильнее преломляясь. Весь радужный спектр покидает каплю с той же стороны, с которой в неё проник солнечный луч.
Свет от солнца проник в каплю со стороны наблюдателя. Теперь этот луч, разложенный в цветной спектр, к нему же и возвращается. Человек видит огромную цветную радугу, раскинувшуюся по всему небу, - свет, преломленный и отраженный миллиардами дождевых капель.
Двойная радуга
Реже можно наблюдать в небе одновременно две радуги. Как правило, вторая радуга хуже различима, иногда еле заметна. Цвета в такой радуге перевёрнуты, то есть сначала идёт фиолетовый цвет. Её появление объясняется повторным отражением световых лучей внутри капли.
Ещё мы можем видеть явление радуги, когда свет преломляется капельками тумана или испарениями с поверхности моря, а в городе - у фонтана.
Опыт
Радугу можно наблюдать и с помощью водяной капли.
Посадите каплю воды на палочку или травинку. Встаньте спиной к Солнцу или другому яркому источнику света. Когда лучи света образуют с направлением глаз - капля угол около 42 градусов, прозрачная капля вдруг вспыхнет чрезвычайно чистым по тону цветом!
Каким?
Любым!
Если каплю осторожно перемещать по дуге окружности, можно увидеть все цвета радуги!
Явление дисперсии
- разложения белого света в спектр (по цветам радуги) - было открыто и исследовано И. Ньютоном. Это явление говорит о сложном составе белого света. Я отправилась в Музей Науки Лондона на представление, посвящённое сэру Исааку Ньютону. Окунувшись в атмосферу XVII века, «побывав» в воссозданной (пусть даже на сцене) лаборатории учёного, я почувствовала себя естествоиспытателем.
Загляните и вы в Музей науки, узнайте больше об открытиях, сделанных Ньютоном, перейдя по ниже расположенным ссылкам.
Задача
Ответ
: оказывается, радуга видна лишь тогда, когда высота солнца над горизонтом не превышает 42 градусов. 22 июня в полдень солнце стоит на небе выше, и нет возможности увидеть радугу.
Посмотрим опыт, объясняющий явление дисперсии и сложный состав белого света.
Волновые свойства света. Дисперсия.
Интересный факт
С поверхности земли радуга выглядит обычно как часть окружности, а с самолета она может представлять собой и целую окружность!
Интересные оптические физическия явления
: http://class-fizika.narod.ru/w25.htm
Вы можете познакомиться с некоторыми оптическими явлениями, перейдя по ссылке на одну из страничек нашей школьной энциклопедии по математике и физике "Алгоритм успеха" .
Вывод
Явление дисперсии света, объясняющее причины возникновения радуги, позволило мне понять, почему белый свет окрашивает окружающий нас мир разноцветными красками. Одни прозрачные предметы мы видим красными, другие переливающимися разными цветами. И всё благодаря сложной природе белого света, благодаря тому, что тела по-разному отражают, преломляют и поглощают свет разных длин волн. Поэтому блестят и переливаются в солнечных лучах обыкновенный осколок прозрачного стекла и бриллиант.
Таким образом, мы доказали, что радугу мы видим благодаря особым свойствам световых волн, и у неё есть свое, интересное объяснение, как и у многих других оптических явлений в природе.