Вы можете написать и разместить на портале статью.

Убедительно просим не присылать статьи из интернета - их можно найти поисковыми машинами. Напишите свою, интересную и уникальную статью. Сфотографируйте и опишите лабораторную работу по физике, или химии, пришлите фотографии Вашей самоделки....
шлите статьи на адрес we@guru.ua

Радуга

Радуга – это неописуемое зрелище, которое дарит нам матушка природа. Она настолько красивая, что ее воспевают во многих песнях, описывают в литературе, складывают о ней легенды. Многие люди с нетерпением ждут дождя, чтобы полюбоваться радугой, которая у разных народах приобрела свое значение.

Объяснить появление радуги на небе с теоретической точки зрения не представляет особой сложности. Это элементарная оптика. В этой статье мы расскажем о том, как дождь и солнце рисуют радугу.

Как известно, свет состоит из сочетания нескольких цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, голубого и фиолетового. Белый свет, проходящий через призму, на другой стороне отражается всеми цветами радуги. Но для того чтобы понять что такое радуга, необходимо разобраться в том, что происходит внутри призмы и как белый свет излучает столько цветов.

Призма – это трехгранник, обычно из прозрачного стекла или пластика. Призма «рисует» мини-радугу за счет разложения сложного света в спектр, когда узкая полоска белого света попадает на одну из граней треугольника.

Рассеивание света в призме происходит за счет так называемого «коэффициента преломления» стекла. Каждый материал имеет свой отличительный коэффициент преломления. Когда свет проходит через материал (например, свет, движущийся по воздуху и попадающий в стеклянную призму), разница показателей преломления воздуха и стекла заставляют свет гнуться. Угол изгиба отличается от длины волны света. И поскольку белый свет проходит через две плоскости призмы, разные цвета гнуться (преломляются) и появляется нечто вроде радуги.

Саму же радугу создают капли дождя, выступающие в качестве крошечных призм. Свет попадает в каплю дождя, отражается от другой стороны капли и выходит. Во время этого процесса происходит разложения света в спектр, точно также как это происходит в прозрачной трехгранной призме. Угол между лучом входящего света и лучом выходящего света составляет 42 градуса для красного цвета и 40 градусов для фиолетового. За счет разницы углов изгиба на небе появляется округлый обод, т.е. радуга. Иногда могут появиться сразу две радуги. Вторая радуга может образоваться, потому что в некоторых каплях дождя может происходить сразу двойное отражение. Для того чтобы одновременно происходило два отражения, необходимы капли определенного размера.

к содержанию

Основной процесс появления радуги заключается в преломлении (рефракции) или «изгибе» света. Свет гнется, а точнее меняет свое направление, когда передвигается из одной среды в другую. Радуга появляется за счет того, что свет перемещается с разной скоростью в разные среды.

Для того чтобы понять как происходит изгиб света, приведем простой пример. Представьте, как вы толкаете тележку вдоль парковочной стоянки. Стоянка – это одна из «сред» для тележки. Если двигать тележку с постоянной силой, ее скорость будет зависеть от среды, в которой она двигается – в данном случае асфальт парковочной стоянки. Но как меняется скорость, если эту тележку поместить в другую среду, например, выехать за бордюр и заехать на траву? Трава – это уже другая «среда» для тележки. По траве тележка двигается значительно медленнее, чем по асфальту. Все дело в силе сопротивления, а поскольку сопротивление на траве значительно выше, чем на тротуаре, то необходимо приложить больше силы, чтобы двигать тележку.

Но если толкать тележку по траве под углом, то происходит изменение ее качения. Если правое колесо первым попадает на траву, то оно замедляет движение, в то время как левое колесо двигается еще быстро по тротуару. Из-за этого тележку начинает клонить в левую сторону пока она едет по траве. Но стоит только вывезти тележку с травяной площадки на тротуар, как одно колесо начинает крутиться быстрее другого и тележка разворачивается.

По такому же принципу происходит изгиб луча света, когда тот попадает в прозрачную призму. Одна сторона световой волны немного медленнее другой, поэтому луч проходит сквозь границу воздуха и стекла под разным углом (по сути дела пучок света отражается от поверхности призмы). Свет снова поворачивается, когда выходит из призмы, потому что одна сторона света двигается быстрее другой.

Помимо процесса изгиба света как такового, призма разделяет белый свет на его составляющие цвета. Каждый цвет белого света имеет свою характерную частоту, благодаря чему цвета двигаются с разной скоростью, проходя через призму.

Цвет, медленно преломляющийся в стекле, гнется больше, попадая из воздуха в призму, потому что в разной среде цвет движется с разной скоростью. Цвет, двигающийся быстрее в стекле, ослабевает не значительно, поэтому гнется не так сильно. За счет этого все цвета радуги, из которых состоит белый свет, разделяются по частоте, проходя через стекло. Если стекло дважды преломляет свет, как это происходит в призме, человек намного лучше видит все разделенные цвета белого света. Это называется рассеиванием.

Капли дождя могут преломлять и рассеивать свет также как это происходит внутри призмы. При определенных условиях в результате такого преломления света на небе появляется радуга.

к содержанию

Каждая капля по своему уникальна: капля имеет совершенно иной размер и консистенцию по сравнению со стеклянной призмой. Когда белый солнечный свет проникает в несколько капель дождя под определенным углом, на небе появляются красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые цвета, т.е. радуга. Замыкают радугу красный и фиолетовый цвета видимого светового спектра.

Когда свет проходит по воздуху в каплю воды, составляющие цвета белого света начинают рассеиваться, при чем скорость движения каждого цвета зависит от их частоты. Фиолетовый цвет, отражающийся в капле, преломляется под тупым углом, а красный – под острым. С правой стороны капли некоторый свет выходит на воздух, а оставшийся отражается назад. Немного отраженного света выходит с левой стороны капли, и вновь происходит преломление, когда свет движется к воздуху.

Таким образом каждая капля рассеивает белый солнечный свет на его составляющие цвета. Но почему мы видим широкие цветные ленты, словно каждая дождливая область рассеивает только один определенный цвет? Это потому что мы видим только тот цвет, который исходит из каждой капли. Когда к примеру капля А рассеивает белый свет, под определенным углом выходит только один красный свет, видимый для нашего глаза. Другие цветовые лучи преломляются под другим углом, поэтому мы их не видим. Солнечный свет одинаково проникает в падающие капли, поэтому все ближайшие капли излучают красный свет.

Скорость движения капли Б по небу немного ниже, поэтому она уже не сможет излучать красный цвет. Но поскольку все остальные цвета имеют меньшую волну, то капля Б в данном случае будет излучать оранжевый цвет и все остальные цвета радуги по убыванию. Последним замкнет радугу фиолетовый цвет с наименьшей волной свечения. Если посмотреть на радугу сверху, то можно увидеть целый круг, состоящий из семи тонких кругов разного цвета. С земли же нам видно только арку радуги, появляющейся на горизонте.

Иногда на небе появляется сразу две радуги, одна из которых имеет четкое очертания, другая же похожа на размытое отражение первой. Неяркая радуга образуется по такому же принципу, как и четкая, однако в этом случае свет отражается от поверхности внутри капли не один раз, а дважды. В результате такого двойного отражения, свет выходит из капли под другим углом, поэтому вторая радуга кажется немного выше. Если хорошенечко приглядеться, можно заметить, что цвета во второй радуге отражаются в обратном порядке по сравнению с первой радугой.

В результате такого преломления света и рассеивания лучей появляется радуга. Привычный для нас солнечный свет и вода вместе создают новое произведение искусства, подаренное нам матушкой природой.

к содержанию