Автор Аринка задал вопрос в разделе Дикая природа
почему радуга имеет такую форму? и получил лучший ответ
Ответ от Нина тихевская[гуру]
Почему радуга круглая или можно сказать сферическая?
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! Радуга -
„как Солнце в малой капле вод". Так образно и предельно лаконично выразил
суть радуги Г. Р. Державин.
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.
Подробнее об этом эксперименте рассказано ниже.
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.
как я знаю это оптический обман. В воздухе, в самолете она будет в форме кольца. Особенно хорошо видно в кабине пилота
Причина радуги — преломление света
Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды, взвешенных в воздухе . Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (Красный свет отклоняется на 137 градусов 30 минут, а фиолетовый на 139°20'), в результате чего белый свет разлагается в спектр . Наблюдателю кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение (при этом источник яркого света всегда находится за спиной наблюдателя) . В яркую лунную ночь можно увидеть радугу от Луны . Поскольку человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении наиболее чувствительные рецепторы глаза — «палочки» — не воспринимает цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы — «колбочки» ).
Центр окружности, которую описывает радуга, всегда лежит на прямой, проходящей через Солнце (Луну) и глаз наблюдателя, то есть одновременно видеть солнце и радугу без использования зеркал невозможно. Для наблюдателя на земле она обычно выглядит, как часть окружности, чем он выше, тем радуга полнее — с горы или самолёта можно увидать и целую окружность .Радуга представляет собой каустику, возникающую из-за преломления и отражения плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке (для монохромного пучка) , отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем.
Показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового) , поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении. Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40—42°.Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50—53°. Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более темный оттенок. В горах и других местах, где очень чистый воздух, можно наблюдать третью радугу (угловой радиус порядка 60°).
Почему радуга имеет форму дуги? На самом деле привычная для глаза человека дуга является лишь частью разноцветной окружности. Целиком же это природное явление можно лицезреть лишь с борта самолета, да и то лишь при достаточной степени наблюдательности. Первые исследования формы радуги еще в XVII веке проводил французский философ и математик Рене Декарт. Для этого ученый использовал стеклянный шар, заполненный водой, что давало возможность представить, как отражается солнечный луч в капле дождя, преломляясь и тем самым становясь видимым. Почему же наш глаз видит радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы? Здесь вступает в силу закон оптического преломления, при котором луч, проходя через каплю дождя, находящуюся в определенном положении в пространстве, претерпевает 42-кратное преломление и становится видимым человеческому глазу именно в форме окружности. Вот как раз часть этой окружности вы привыкли наблюдать. Окрашенность радужного кольца обуславливается преломлением солнечных лучей в сферических каплях дождя, отражением их от поверхности капель, а также дифракцией (от лат. diffractus – разломанный) и интерференцией (от лат. inter – взаимно и ferio – ударяю) отраженных лучей разной длины волн. Таким образом, цветовой спектр радуги укладывается в известную любому ребенку формулу: “Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан” (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) .