Все про веселку як фізичне явище

Все про веселку як фізичне явище

Веселка - одне з тих незвичайних оптичних явищ, якими природа часом радує людину. З давніх пір люди намагалися пояснити виникнення веселки. Наука значною мірою наблизилася до розуміння процесу виникнення явища, коли в середині XVII століття чеський вчений Марк Марці виявив, що світловий промінь неоднорідний за своєю структурою. Дещо пізніше Ісаак Ньютон вивчив і пояснив явище дисперсії світлових хвиль. Як тепер відомо, світловий промінь переломлюється на кордоні двох прозорих середовищ, що мають різну щільність.

Інструкція

1. Як встановив Ньютон, білий світловий промінь виходить в результаті взаємодії променів різного кольору: червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього, фіолетового. Кожен колір характеризується певною довжиною хвилі та частотою коливань. На кордоні прозорих середовищ швидкість і довжина світлових хвиль змінюються, частота коливань залишається колишньою. Кожен колір має власний коефіцієнт заломлення. Найменше від колишнього напрямку відкланяється промінь червоного кольору, трохи більше помаранчевий, потім жовтий тощо. Найбільший коефіцієнт заломлення має фіолетовий промінь. Якщо на шляху світлового променя встановити скляну призму, то він не тільки відхилиться, а й розпадеться на кілька променів різного кольору.


2. А тепер про веселку. У природі роль скляної призми виконують дощові краплі, з якими стикаються сонячні промені при проходженні через атмосферу. Оскільки щільність води більша від щільності повітря, світловий промінь на кордоні двох середовищ ламається і розкладається на складові. Далі промені рухаються вже всередині краплі до зіткнення з її протилежною стінкою, яка також є межею двох середовищ, і, до того ж, володіє дзеркальними властивостями. Велика частина світлового потоку після вторинного заломлення продовжуватиме рух у повітряному середовищі за краплями дощу. Деяка ж його частина відіб 'ється від задньої стінки краплі і вийде в повітряне середовище після вторинного заломлення на передній її поверхні.

3. Процес цей відбувається відразу в безлічі крапель. Щоб побачити веселку, спостерігач повинен стояти спиною до Сонця і обличчям до стіни дощу. Спектральні промені виходять з дощових крапель під різними кутами. Від кожної краплі в око спостерігача потрапляє тільки один промінь. Промені, що виходять із сусідніх крапель зливаються, утворюючи кольорову дугу. Таким чином, від самих верхніх крапель в око спостерігача потрапляють промені червоного кольору, від тих, що нижче - помаранчевого і т. д. Найсильніше відкланяються фіолетові промені. Фіолетова смужка буде нижньою. Радугу у формі півкола можна бачити, коли Сонце знаходиться під кутом не більш ніж 42 ° відносно горизонту. Чим вище Сонце піднімається, тим менше розміри веселки.

4. Взагалі-то, описаний процес дещо складніший. Світловий промінь всередині краплі відбивається багаторазово. При цьому може спостерігатися не одна колірна дуга, а дві - веселка першого і другого порядку. Зовнішня дуга веселки першого порядку пофарбована в червоний колір, внутрішня - у фіолетовий. У веселки другого порядку навпаки. Виглядає вона зазвичай на багато блідіше першої, оскільки при багаторазових відображеннях інтенсивність світлового потоку зменшується.

5. Значно рідше в небі можуть спостерігатися три, чотири і навіть п 'ять кольорових дуг одночасно. Подібне спостерігали, наприклад, жителі Ленінграда у вересні 1948 року. Це пояснюється тим, що веселка може виникати також і у відображених сонячних променях. Такі багаторазові дуги можуть спостерігатися над великою водною поверхнею. При цьому відображені промені йдуть знизу вгору, і веселка може бути "перевернута вгору ногами".

6. Ширина і яскравість колірних смуг залежать від розмірів крапель і від їх кількості. Краплі діаметром близько 1мм дають широкі і яскраві фіолетову і зелену смуги. Чим мельче краплі, тим слабше виділяється червона смуга. Краплі діаметром близько 0,1мм взагалі не дають червоної смуги. Крапельки водяної пари, що утворюють туман і хмари, веселку не утворюють.

7. Побачити веселку можна не тільки вдень. Нічна веселка - досить рідкісне явище, що виникає після нічного дощу осторонь, протилежної Місяці. Інтенсивність кольору нічної веселки значно слабша денної.