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.
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.
Форма радуги определяется формой капелек воды, в которых преломляется солнечный свет. А капельки воды – более или менее сферические (круглые). Проходя через каплю и преломляясь в ней, пучок белых солнечных лучей преобразуется в серию цветных воронок, вставленных одна в другую, обращенных 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. Радуга, которую мы видим на небосводе, образована мириадами капель. Каждая капля создает серию вложенных одна в 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 образуют дуги все оранжевые и другие цветные лучи. Поэтому радуга круглая.
Два человека, стоящие рядом, видят каждый свою радугу! Потому что в каждый момент радуга образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и так далее.
Видимые изменения радуги
Вид радуги – ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнительных дуг – очень сильно зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли дождя, тем уже и ярче получается радуга. Характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Многочисленные дополнительные дуги также имеют яркие тона и непосредственно, без промежутков, примыкают к основным радугам. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой с оранжевым или желтым краем. Дополнительные дуги дальше отстоят и друг от друга и от основных радуг. Таким образом, по виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу.
Вид радуги зависит и от формы капель. При падении в воздухе крупные капли сплющиваются, теряют свою сферичность. Чем сильнее сплющивание капель, тем меньше радиус образуемой ими радуги.
Пословица про охотника
Ньютону принадлежит и условное деление радуги на 7 цветов: ученый искал соответствие между цветами спектра и тонами музыкальной гаммы. Любой ребенок знает нехитрую фразу, позволяющую не перепутать количество и последовательность радужных полос: Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан:
Мифы и легенды о радуге
Радуга – впечатляющее небесное явление, ее появление вместе с первыми весенними дождями является знамением возрождения природы, благодатного союза земли и неба, а роскошные цвета, которыми сияет радуга, в представлении предков были драгоценным убором, в который облекается небесное божество. Радуга издавна поражала воображение людей. О ней слагались легенды, ей приписывались удивительные свойства.
- В скандинавской мифологии радуга – это мост Биврёст, соединяющий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов); красная полоса радуги – вечный огонь, который безвреден для Асов, но сожжёт любого смертного, который попытается подняться по мосту. Охраняет Биврёст Ас Хеймдалль.
- В древнеиндийской мифологии – лук Индры, бога грома и молнии.
- В древнегреческой мифологии – дорога Ириды, посланницы между миром богов и людей.
- В армянской мифологии радуга – это пояс Тира (первоначально бог солнца, потом – бог письменности, искусств и наук).
- По славянским поверьям, радуга пьёт воду из озёр, рек и морей, которая потом проливается дождём. Также по славянским поверьям появление радуги предвещало несчастье, а если человеку удастся пройти под радугой, то мужчина станет женщиной, а женщина – мужчиной.
- Согласно поверьям многих африканских народов, в тех местах, где радуга касается земли, можно найти клад (драгоценные камни, раковины каури или бисер).
- В мифологии австралийских аборигенов Радужный змей считается покровителем воды, дождя и шаманов.
Ирландский лепрекон прячет горшок золота в месте, где радуга коснулась земли. - В Библии радуга появилась после всемирного потопа как символ прощения человечества, союза Бога и человечества.
- Радуга – это образ мирного небесного огня, в отличие от молнии как выражения гнева небесных сил. Появление радуги после грозы, на фоне умиротворенной природы, вместе с солнцем, позволяло трактовать ее как символ мира.
- Согласно распространенному толкованию, красный цвет радуги олицетворяет гнев Божий, желтый – щедрость, зеленый – надежду, синий – умиротворение природных сил, фиолетовый – величие.
Выводы
На самом деле радуга выглядела бы как окружность, если бы ей не мешал ландшафт. Центр этой окружности лежит на прямой, проходящей через вас (наблюдателя) от Солнца (находящегося у вас за спиной). Соответственно, чем ниже вы находитесь, тем меньшая часть окружности видна над поверхностью Земли. А, например, из самолета можно увидеть окружность радуги полностью. Можете легко найти в интернете такие фотографии по запросу «радуга с самолета».
Источник
Радуга с точки зрения физики
Простое и наглядное объяснение природного оптического феномена
Радуга похожа на настоящую магию. Она такая красивая и волшебная в небе после дождя, когда выглядывает солнце, что заставляет нас чувствовать себя счастливыми, не так ли?
Но, как происходит это магическое волшебство? Как в небе появляются эти разноцветные дуги? Давайте разберемся.
Начнем с основ физики. Белый солнечный свет состоит из множества различных световых волн разной длины. В зависимости от длины волны он воспринимается нашим глазом как определенный цвет — от красного (самые длинные волны) до фиолетового (самые короткие). При смешении все эти цвета и дают видимый белый свет.
Принято выделять семь основных цветов, которые мы называем цветами радуги: красный, оранжевый, желтый зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Эти цвета легко запоминаются по первым буквам известной всем из детства фразы:
Кроме того, в белом солнечном свете присутствуют волны, которые наш глаз не видит — ультрафиолетовые (короче фиолетовых) и инфракрасные (длиннее красных). Первые известны тем, что вызывают загар на нашем теле, а вторые — это тепловое излечение или попросту тепло, которое мы чувствуем, когда солнечные лучи падают на наше лицо и тело.
Проходя через границу неоднородных сред (например воздуха и воды или воздуха и стекла) белый свет преломляется и разлагается на отдельные цвета, которые мы называем спектром. Чтобы увидеть цвета спектра, можно использовать трехгранную призму, которая преломляя солнечный свет, выделяет из него все цветовые составляющие.
Эффект разложения белого света на цветные составляющие (спектр) называется дисперсией. Именно из-за преломления света бриллианты играют цветными огнями.
Но, вернемся к нашей радуге. Цвета спектра и есть цвета радуги. Как же происходит дисперсия солнечного света, порождающая радугу?
Когда солнечный свет сталкивается с каплей дождя, часть света от неё отражается, а остальная часть попадает во внутрь капли. Луч света преломляется на ближайшей к нему поверхности капли дождя, потом этот свет попадает на дальнюю поверхность капли и отражается от неё. Когда этот внутренне отраженный свет вновь достигает поверхности капли, он снова преломляется при выходе. Вот как это выглядит на схеме:
Как видим, часть падающего на каплю солнечного света отражается обратно под некоторым углом. Этот угол не зависит от размера капли, но зависит от показателя преломления воды капли. Для дождевой воды показатель преломления равен 1,333, поэтому угол отражения получается около 42°. А морская вода имеет более высокий показатель преломления, чем дождевая, поэтому угловой радиус радужной дуги в морских брызгах меньше, чем у дождевой.
Фактически, угол отражения света в капле — это угол между солнцем, каплей дождя и глазом наблюдателя. Однако, поскольку дождевых капель много, лучи преломленного и отраженного света от разных капель образуют конус с вершиной в зрачке глаза наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и солнце. Окружность в основании этого конуса и будет радугой. Но, поскольку наблюдатель находится на поверхности земли, он видит только часть окружности — дугу. Из этого также следует, что для образования радуги само солнце должно находиться не выше 42° над горизонтом. Вот почему радугу невозможно увидеть в летний полдень, когда солнце высоко в зените. Вообще, чем ниже над горизонтом находится солнце, тем большей будет дуга радуги.
Если же наблюдателя поднять над землей, например на воздушном шаре или самолете, то при определённых обстоятельствах он сможет увидеть радугу в форме полной окружности.
Сама радуга не находится в одном конкретном месте. Существует множество радуг, однако, только одну из них может видеть наблюдатель в зависимости от местоположения его и солнца.
Все капли дождя преломляются и отражают солнечный свет одинаковым образом, но только свет от некоторых капель дождя достигает глаза наблюдателя. Этот свет и есть радуга для этого наблюдателя.
Поэтому легенда о том, что в месте, где радужная дуга касается поверхности земли скрыт золотой клад гномов, лишена смысла.
Вернемся к схеме преломления солнечного света. На картинке с призмой видно, что фиолетовый и синий свет (короткие волны) преломляются под б ольшим углом, чем красный свет, но за счет отражения световых лучей от задней поверхности капли воды, фиолетовые и синие лучи выходят из капли под меньшим углом к входящему лучу солнечного света, чем лучи красного света. Из-за этого синий цвет виден на внутренней стороне дуги радуги, а красный — снаружи.
Но, бывают двойные радуги у которых порядок цветов второй, наружной дуги обратный. Эта вторая дуга образована лучами двойного преломления солнечного света в каплях воды. Поэтому наружная радуга всегда бледнее основной внутренней.
Схема поясняет, как образуется двойная радуга.
Угловой радиус вторичной радуги — 50–53°. Небо между двумя радугами обычно заметно более тёмное, эту область называют полосой Александра.
Источник
Почему радуга имеет форму дуги? Причины, фото и видео
Красочная радуга всегда привлекает внимание и вызывает восторг. Ее дугообразная форма породила массу сравнений. У древних греков радуга считалась мостом, соединяющим мир Богов и людей. Африканские народы отождествляли ее с гигантской змеей. А ирландцы верили, что можно найти золото в том месте, где разноцветное коромысло коснулось земли.
Не каждый знает, что радуга представляет окружность. Ее центр лежит на прямой, которая проходит от Солнца через наблюдателя. Увидеть оптическое явление полностью человеку, стоящему на земле, мешает горизонт. Чем выше наблюдатель будет находиться, тем большая часть окружности будет видна. Поэтому с самолета можно увидеть игру света в полном формате.
Радуга из окна самолета
Форма радуги
Исследованием оптического явления занимались многие ученые. Еще в 17 столетии известный математик и философ Р. Декарт проводил опыты. Для этого он заполнял шар из стекла водой и наблюдал за отражением солнечного луча, проходящего через воду. Так было дано объяснение возникающей игре света.
Разноцветное коромысло появляется на небе в результате преломления света, проходящего сквозь капли воды. Обычный белый цвет состоит из целого спектра (7 цветов) с различной длиной волны. Каждая волна по-разному отклоняется в сторону. Этим объясняется разнообразие оттенков. Луч, ударившись об оболочку дождевой капельки, изгибается и рассыпается по небосводу яркой дугой.
Почему же все-таки дуга? Такая форма объясняется законом оптического преломления. Световой пучок, пытаясь пробиться сквозь воду, которая имеет большую плотность, чем воздух, претерпевает 42-х кратное отклонение от первоначальной оси. Человеческий глаз его может видеть только в форме окружности. К тому же сами капли сферические. Они представляют маленькие шарики. Свет, проходя через них, просто отражает их поверхность. То есть белый луч превращается в разноцветные воронки, каждая из которых вставляется в другую.
Почему радуга имеет форму дуги?
От чего зависят параметры радуги?
Все дело в каплях. От их размера зависят многие параметры оптического явления: ширина, яркость дуг. После сильного ливня с крупными дождинками появляется яркая, но узкая радуга. Она имеет интенсивно выраженное начало – насыщенный красный цвет. Воронки остальных оттенков плотно примыкают друг к другу, не оставляют промежутков.
Дождь с мелкими капельками может спровоцировать появление тусклой радуги. Наиболее заметными становятся желтый и оранжевый оттенки. Полосы располагаются на расстоянии друг от друга. Такое коромысло не очень яркое, но широкое.
Радиус разноцветного явления тоже зависит от капелек. Во время падения они утрачивают сферичность. Чем сильнее сплющивание, тем меньше расстояние между боковыми поверхностями.
В народных поверьях радуга трактуется как символ мира. В противовес молнии, которую олицетворяют с Божьей немилостью. Важную роль играют и ее оттенки. Яркий красный означает гнев высших сил, желтый обещает щедрый урожай, зеленый связывают с надеждами, синий дарит умиротворение, а фиолетовый символизирует величие.
Разновидности оптического феномена
Обычная радуга – не единственное явление, которым могут любоваться люди. Есть еще не менее красивые феномены.
Огненная радуга
Она округло-горизонтальная. Возникает на фоне легких перистых облаков, расположенных высоко. Перед ней не идет дождь. Часто таким цветным мерцанием могут любоваться жители некоторых американских штатах. В России его можно увидеть на юге.
Туманная радуга
Это белая дуга. Она возникает при освещении солнцем тумана. Его капельки очень мелкие, всего 25 мкм. При этом внутренняя сторона может иметь фиолетовый оттенок. Внешняя – оранжевый. Другое название такого чуда – лунная радуга.
Отраженная радуга
Солнечный свет отражается от поверхности воды и только потом попадает на дождевые капли. Но это явление редкое, так как для него требуется соблюдение слишком многих условий.
Все разновидности, кроме огненной, имеют, как и обычный вид, форму дуги. Именно в виде окружности человеческой глаз воспринимает преломленный световой луч. Но увидеть радугу полностью с земли не может из-за линии горизонта. Хотите полюбоваться игрой света во всей красе, чаще летайте на самолетах и проявляйте наблюдательность.
Почему радуга имеет форму дуги – интересное видео
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник