Šviesos žaismas. Vaizduotės galia. Optiniai reiškiniai: pavyzdžiai. Šviesa, miražas, šiaurės pašvaistė, vaivorykštė Vaivorykštės gali būti dvigubos, trigubos ir net keturios

Kai tik atsiranda vaivorykštė, ji visada susidaro dėl šviesos žaismo ant vandens lašų. Dažniausiai tai būna lietaus lašai, retkarčiais smulkūs rūko lašeliai. Ant mažiausių lašelių, pavyzdžiui, tų, kurie sudaro debesis, vaivorykštės nesimato.

Vaivorykštė atsiranda dėl saulės šviesa lūžta vandens lašeliuose, pakibęs ore. Šie lašeliai skirtingai išlenkia skirtingų spalvų šviesą, todėl balta šviesa suskaidoma į spektrą.

Šviesią mėnulio naktį galite pamatyti vaivorykštė nuo mėnulio. Kadangi žmogaus regėjimas sukurtas taip, kad esant silpnam apšvietimui akis blogai suvokia spalvas, mėnulio vaivorykštė atrodo balkšva; Kuo ryškesnė šviesa, tuo „spalvingesnė“ vaivorykštė.

Pagal seną anglų tikėjimą, kiekvienos vaivorykštės papėdėje galima rasti aukso puodą. Dar ir dabar atsiranda žmonių, kurie įsivaizduoja, kad tikrai gali patekti į vaivorykštės papėdę ir ten matoma ypatinga mirganti šviesa.

Visiškai akivaizdu, kad vaivorykštė nėra jokioje konkrečioje vietoje, panašus į tikrąjį; tai ne kas kita, kaip šviesa, sklindanti iš tam tikros krypties.

Dažniausiai stebimas pirminė vaivorykštė, kuriame šviesa patiria vieną vidinį atspindį. Spindulių kelias parodytas paveikslėlyje žemiau. Pirminėje vaivorykštėje raudona spalva yra už lanko, jos kampinis spindulys yra 40-42°.

Kartais aplink pirmąjį galite pamatyti kitą, ne tokią ryškią vaivorykštę. Tai antrinė vaivorykštė, kuriame šviesa atsispindi du kartus laše. Antrinėje vaivorykštėje spalvų tvarka yra „apversta“ – violetinė yra išorėje, o raudona – viduje. Antrinės vaivorykštės kampinis spindulys yra 50-53°.

Spalvų tvarka antroje vaivorykštėje yra atvirkštinė pirmosios; jie susiduria vienas su kitu raudonomis juostelėmis.

Vaivorykštės formavimosi diagrama

1. sferinis lašas,
2. vidinis atspindys,
3. pirminė vaivorykštė,
4. refrakcija,
5. antrinė vaivorykštė,
6. įeinantis šviesos spindulys,
7. spindulių eiga formuojantis pirminei vaivorykštei,
8. spindulių eiga formuojantis antrinei vaivorykštei,
9. stebėtojas,
10. vaivorykštės formavimosi zona,
11. vaivorykštės formavimosi sritis.
12. vaivorykštės formavimosi sritis.

Vaivorykštės aprašomo apskritimo centras visada yra tiesėje, einančioje per Saulę (Mėnulį) ir stebėtojo akį, tai yra, be veidrodžių neįmanoma vienu metu matyti saulės ir vaivorykštės.

Griežtai kalbant, vaivorykštė yra visas ratas. Negalime jo sekti už horizonto vien todėl, kad nematome po mumis krintančių lietaus lašų.

Iš lėktuvo ar aukštesnės vietos matyti visas ratas.

„Septynios vaivorykštės spalvos“ egzistuoja tik vaizduotėje. Tai retorinis posūkis, kuris trunka taip ilgai, nes retai matome dalykus tokius, kokie jie yra iš tikrųjų. Tiesą sakant, vaivorykštės spalvos pamažu virsta viena į kitą ir tik akis jas nevalingai sujungia į grupes.

Išryškinimo vaivorykštėje tradicija 7 spalvos išvyko iš Izaokas Niutonas, kuriam skaičius 7 turėjo ypatingą simbolinę reikšmę (dėl pitagoriškų ar teologinių priežasčių). Tradicija identifikuoti 7 spalvas vaivorykštėje nėra universali, pavyzdžiui, bulgarai vaivorykštėje turi 6 spalvas.

Norėdami prisiminti vaivorykštės spalvų seką, yra mnemoninių frazių, kurių kiekvieno žodžio pirmosios raidės atitinka pirmąsias spalvų pavadinimų raides (raudona, oranžinė, geltona, žalia, šviesiai mėlyna, mėlyna, violetinė).

"KAM kas O medžiotojas ir nori h ne, G de Su eina f adhanas". „Kaip varpininkas Žakas kartą galva sulaužė žibintą“.

Maloniai prašome nesiųsti straipsnių iš interneto – juos gali rasti paieškos sistemos. Parašykite savo, įdomų ir unikalų straipsnį. Nufotografuokite ir aprašykite laboratorinius fizikos ar chemijos darbus, siųskite savo naminio gaminio nuotraukas....
siųsti straipsnius į [apsaugotas el. paštas]

Vaivorykštė

Pagrindinis procesas, kurio metu atsiranda vaivorykštė, yra šviesos lūžis (lūžis) arba „lenkimas“. Šviesa pasislenka, o tiksliau pakeičia savo kryptį, kai pereina iš vienos aplinkos į kitą. Vaivorykštė atsiranda todėl, kad šviesa skirtingose ​​aplinkose sklinda skirtingu greičiu.

Norėdami suprasti, kaip šviesa lenkiasi, pateiksime paprastą pavyzdį. Įsivaizduokite, stumiate vežimėlį palei automobilių stovėjimo aikštelę. Automobilių stovėjimo aikštelė yra viena iš „aplinkų“ vežimėliui. Jei vežimėlį judinsite su pastovia jėga, jo greitis priklausys nuo aplinkos, kurioje jis juda – šiuo atveju automobilių stovėjimo aikštelės asfalto. Tačiau kaip pasikeičia greitis, jei šis vežimėlis yra pastatytas kitoje aplinkoje, pavyzdžiui, važiuojant per kelkraštį ir ant žolės? Žolė yra kitokia „aplinka“ vežimėliui. Ant žolės vežimėlis juda daug lėčiau nei ant asfalto. Viskas priklauso nuo pasipriešinimo jėgos, o kadangi pasipriešinimas ant žolės yra daug didesnis nei ant šaligatvio, norint pajudinti vežimėlį, reikia naudoti daugiau jėgos.

Bet jei vežimėlį stumiate palei žolę kampu, pasikeičia jo riedėjimas. Jei dešinysis ratas pirmiausia atsitrenkia į žolę, jis sulėtina greitį, o kairysis ratas dar greičiau juda grindiniu. Dėl šios priežasties, važiuodamas žole, vežimėlis pradeda svirti į kairę. Tačiau vos pajudinus vežimėlį iš žolės zonos ant šaligatvio, vienas ratas pradeda suktis greičiau už kitą ir vežimėlis apsisuka.

Tuo pačiu principu šviesos spindulys sulinksta, kai atsitrenkia į skaidrią prizmę. Viena šviesos bangos pusė yra šiek tiek lėtesnė už kitą, todėl spindulys pereina per oro ir stiklo sąsają skirtingu kampu (iš esmės šviesos spindulys atsispindi nuo prizmės paviršiaus). Šviesa vėl pasisuka, kai palieka prizmę, nes viena šviesos pusė juda greičiau nei kita.

Be paties šviesos lenkimo proceso, prizmė padalija baltą šviesą į sudedamąsias spalvas. Kiekviena baltos šviesos spalva turi savo būdingą dažnį, todėl spalvos sklinda skirtingu greičiu, kai jos praeina per prizmę.

Spalva, kuri stikle lūžta lėtai, labiau išlinksta, kai iš oro patenka į prizmę, nes skirtingose ​​aplinkose spalva juda skirtingu greičiu. Spalva sparčiau judanti stikle ženkliai nesusilpnėja, todėl ne tiek išlinksta. Dėl šios priežasties visos vaivorykštės spalvos, sudarančios baltą šviesą, praeinant pro stiklą, yra atskirtos dažniu. Jei stiklas du kartus laužia šviesą, kaip tai daro prizmė, žmogus daug geriau mato visas atskirtas baltos šviesos spalvas. Tai vadinama dispersija.

Lietaus lašai gali laužyti ir išsklaidyti šviesą taip pat, kaip ir prizmės viduje. Tam tikromis sąlygomis dėl tokio šviesos lūžio danguje atsiranda vaivorykštė.

Ekologija

Daugelyje kultūrų sklando legendos ir mitai apie vaivorykštės galią, žmonės jai skiria meno, muzikos ir poezijos kūrinius.

Psichologai teigia, kad žmonės žavisi šiuo gamtos reiškiniu, nes vaivorykštė yra šviesios, „vaivorykštinės“ ateities pažadas.

Techniškai kalbant, vaivorykštė atsiranda tada, kai šviesa praeina per vandens lašelius atmosferoje, o šviesos lūžimas lemia mums visiems pažįstamą skirtingų spalvų lenktą arką.

Štai šie ir kiti įdomūs faktai apie vaivorykštes:

7 faktai apie vaivorykštes (su nuotraukomis)

1. Vaivorykštės retai matomos vidurdienį

Dažniausiai vaivorykštės pasirodo ryte ir vakare. Kad susidarytų vaivorykštė, saulės šviesa turi pataikyti į lietaus lašą maždaug 42 laipsnių kampu. Mažai tikėtina, kad taip nutiktų, kai Saulė danguje pakils aukščiau nei 42 laipsniai.

2. Vaivorykštės pasirodo ir naktį

Vaivorykštės matomos net sutemus. Šis reiškinys vadinamas mėnulio vaivorykšte. Šiuo atveju šviesos spinduliai lūžta atsispindėję nuo Mėnulio, o ne tiesiogiai nuo Saulės.

Paprastai jis yra mažiau ryškus, nes kuo ryškesnė šviesa, tuo spalvingesnė vaivorykštė.

3. Du žmonės negali matyti tos pačios vaivorykštės

Nuo tam tikrų lietaus lašų atsispindinti šviesa nuo kitų lietaus lašų atsispindi kiekvienam iš mūsų visiškai skirtingu kampu. Taip sukuriamas kitoks vaivorykštės vaizdas.

Kadangi du žmonės negali būti toje pačioje vietoje, jie negali matyti tos pačios vaivorykštės. Be to, net kiekviena mūsų akis mato skirtingą vaivorykštę.

4. Mes niekada negalime pasiekti vaivorykštės pabaigos

Kai žiūrime į vaivorykštę, atrodo, kad ji juda kartu su mumis. Taip nutinka todėl, kad ją formuojanti šviesa stebinčiajam tai daro iš tam tikro atstumo ir kampo. Ir šis atstumas visada išliks tarp mūsų ir vaivorykštės.

5. Mes nematome visų vaivorykštės spalvų

Daugelis iš mūsų nuo vaikystės prisimena eilėraštį, leidžiantį prisiminti 7 klasikines vaivorykštės spalvas (Kiekvienas medžiotojas nori žinoti, kur sėdi fazanas).

Visi raudoni

Hunter - oranžinė

Linkėjimai – geltoni

Žinokit – žalia

Kur mėlyna

Sėdi – mėlyna

Fazanas – violetinis

Tačiau vaivorykštė iš tikrųjų susideda iš daugiau nei milijono spalvų, įskaitant spalvas, kurių žmogaus akis nemato.

6. Vaivorykštės gali būti dvigubos, trigubos ir net keturvietės

Mes galime pamatyti daugiau nei vieną vaivorykštę, jei šviesa atsispindi lašelio viduje ir yra padalinta į jo sudedamąsias spalvas. Dviguba vaivorykštė atsiranda, kai tai atsitinka lašo viduje du kartus, triguba vaivorykštė, kai tai atsitinka tris kartus ir pan.

Keturgubai vaivorykštei kiekvieną kartą atsispindėjus spinduliui šviesa, taigi ir vaivorykštė, tampa blyškesnė, todėl paskutinės dvi vaivorykštės matomos labai silpnai.

Norint pamatyti tokią vaivorykštę, vienu metu turi sutapti keli veiksniai, būtent visiškai juodas debesis ir vienodas lietaus lašų dydžių pasiskirstymas arba stiprus lietus.

7. Galite priversti vaivorykštę išnykti patys

Naudodami poliarizuotus akinius nuo saulės galite neleisti matyti vaivorykštės. Taip yra todėl, kad jie yra padengti labai plonu molekulių sluoksniu, kurie išsidėstę vertikaliomis eilėmis, o nuo vandens atsispindinti šviesa yra poliarizuota horizontaliai. Šį reiškinį galima pamatyti vaizdo įraše.

Kaip pasidaryti vaivorykštę?

Namuose taip pat galite pasidaryti tikrą vaivorykštę. Yra keletas būdų.

1. Metodas naudojant stiklinę vandens

Užpildykite stiklinę vandens ir saulėtą dieną padėkite ant stalo priešais langą.

Padėkite balto popieriaus lapą ant grindų.

Sudrėkinkite langą karštu vandeniu.

Sureguliuokite stiklą ir popierių, kol pamatysite vaivorykštę.

2. Veidrodinis metodas

Įdėkite veidrodį į stiklinę, užpildytą vandeniu.

Kambarys turi būti tamsus, o sienos baltos.

Įšvieskite žibintuvėlį į vandenį, judindami jį tol, kol pamatysite vaivorykštę.

3. CD metodas

Paimkite kompaktinį diską ir nuvalykite jį, kad jis nebūtų dulkėtas.

Padėkite jį ant lygaus paviršiaus, po šviesa arba priešais langą.

Pažvelkite į diską ir mėgaukitės vaivorykšte. Galite pasukti ratuką, kad pamatytumėte, kaip juda spalvos.

4. Miglos metodas

Saulėtą dieną naudokite vandens žarną.

Uždarykite žarnos angą pirštu, kad susidarytų migla

Nukreipkite žarną į saulę.

Žiūrėkite pro miglą, kol pamatysite vaivorykštę.

Senovės tautų religiniuose įsitikinimuose vaivorykštė buvo priskirta tilto tarp žemės ir dangaus vaidmeniui. Graikų-romėnų mitologijoje žinoma net ypatinga vaivorykštės deivė – Iris. Graikų mokslininkai Anaksimenas ir Anaksagoras manė, kad vaivorykštė susiformavo Saulės atspindžiui tamsiame debesyje. Specialiame savo meteorologijos skyriuje Aristotelis išdėstė idėjas apie vaivorykštę. Jis tikėjo, kad vaivorykštė atsiranda dėl šviesos atspindžio, bet ne tik nuo viso debesies, bet ir nuo jo lašų.

1637 m. garsus prancūzų filosofas ir mokslininkas Dekartas pateikė matematinę vaivorykštės teoriją, pagrįstą šviesos lūžimu. Vėliau šią teoriją papildė Niutonas, remdamasis savo eksperimentais dėl šviesos skaidymo į spalvas naudojant prizmę. Dekarto teorija, papildyta Niutono, negalėjo paaiškinti kelių vaivorykštių egzistavimo vienu metu, skirtingų jų pločių, privalomo tam tikrų spalvų nebuvimo spalvų juostose ar debesų lašelių dydžio įtakos reiškinio atsiradimui. Tikslią vaivorykštės teoriją, pagrįstą idėjomis apie šviesos difrakciją, 1836 metais pateikė anglų astronomas D. Airy. Laikydamas lietaus šydą erdvine struktūra, užtikrinančia difrakcijos atsiradimą, Airy paaiškino visas vaivorykštės ypatybes. Jo teorija visiškai išlaikė savo reikšmę mūsų laikams.

Vaivorykštė yra optinis reiškinys, kuris pasirodo atmosferoje ir atrodo kaip įvairiaspalvis lankas dangaus skliaute. Tai pastebima tais atvejais, kai saulės spinduliai apšviečia lietaus uždangą, esančią priešingoje Saulei dangaus pusėje. Vaivorykštės lanko centras yra tiesės, einančios per Saulės diską (net ir paslėptą nuo debesų stebėjimo) ir stebėtojo akies kryptimi, t.y. priešingame Saulei taške. Vaivorykštės lankas yra apskritimo, aprašyto aplink šį tašką, kurio spindulys yra 42°30 colių (kampinis matmuo), dalis.

Stebėtojas kartais gali matyti kelias vaivorykštes vienu metu – pagrindinę, antrinę ir antrinę. Pagrindinė vaivorykštė yra spalvotas lankas ant besitraukiančio lietaus dangos lašų ir visada pasirodo iš dangaus pusės priešingoje Saulei. Kai Saulė yra horizonte, pagrindinės vaivorykštės viršutinio krašto aukštis yra kampinis 42°30". Saulei pakilus virš horizonto matoma vaivorykštės dalis mažėja. Saulei pasiekus 42° aukštį 30“, vaivorykštė nebus matoma stebėtojui žemės paviršiuje, tačiau jei tą akimirką, kai ji išnyks, užlipkite į bokštą ar laivo stiebą, tada vaivorykštė vėl bus matoma.

Žiūrint iš aukšto kalno arba iš lėktuvo, vaivorykštė gali atrodyti kaip visas apskritimas. Aristotelis matematiškai įrodė, kad Saulė, stebėtojo vieta ir vaivorykštės centras yra toje pačioje tiesėje. Todėl kuo aukščiau Saulė pakyla virš horizonto, tuo žemiau krenta vaivorykštės centras. Nelygioje vietovėje vaivorykštės taip pat gali būti matomos kraštovaizdžio fone.

Įdomus spalvų išdėstymas vaivorykštėje. Jis visada yra pastovus. Pagrindinės vaivorykštės raudona spalva yra jos viršutiniame krašte, violetinė - apatiniame krašte. Tarp šių ekstremalių spalvų likusios spalvos seka viena kitą ta pačia seka kaip ir saulės spektre. Iš esmės vaivorykštėje niekada nėra visų spektro spalvų. Dažniausiai mėlynos, tamsiai mėlynos ir sodrios grynos raudonos spalvos nėra arba yra silpnai išreikštos. Didėjant lietaus lašų dydžiui, vaivorykštės spalvų juostelės siaurėja, o pačios spalvos tampa sodresnės. Žaliųjų tonų vyravimas reiškinyje dažniausiai rodo vėlesnį perėjimą prie gero oro. Bendras vaivorykštės spalvų vaizdas yra neryškus, nes jį sudaro išplėstas šviesos šaltinis.

Virš pagrindinės vaivorykštės yra šoninė vaivorykštė su spalvų kaita, priešinga pagrindinei. Antrinės vaivorykštės viršutinio krašto kampinis aukštis yra 53°32". Be to, nuo violetinio pagrindinės vaivorykštės galo kartais galima pastebėti antrines vaivorykštes; jų vyraujančios spalvos yra žalia ir rožinė. Retais atvejais antrinės vaivorykštės. taip pat stebimi nuo violetinio antrinės vaivorykštės krašto.. Antrinė Vaivorykštė platesnė aukštesniuose lietaus dangos sluoksniuose, kur lietaus lašai mažesni.

Laboratorijoje dirbtinai atkuriant reiškinį pavyko gauti iki 19 vaivorykštių. Virš rezervuaro galima stebėti papildomas vaivorykštes, kurios yra nekoncentriškai išsidėsčiusios viena kitos atžvilgiu. Vienam iš jų šviesos šaltinis yra Saulė, kitam – jos atspindys nuo vandens paviršiaus. Tokiomis sąlygomis taip pat gali atsirasti vaivorykštės, esančios „aukštyn kojomis“.

Naktį, šviečiant mėnesienai ir ūkanotiems orams, kalnuose ir jūrų pakrantėse galima pamatyti baltą vaivorykštę. Šio tipo vaivorykštė taip pat gali atsirasti, kai rūkas yra veikiamas saulės spindulių. Jis atrodo kaip blizgus baltas lankas, nudažytas gelsvai ir oranžiškai raudonai iš išorės, o viduje - mėlynai violetine spalva.

Jei vaivorykštė susidaro mėnulio šviesai veikiant lietaus lašus, tada ji atrodo balta. Kai kuriais atvejais jis atrodo baltas tik dėl mažo apšvietimo intensyvumo. Šio tipo vaivorykštė gali virsti spalvota vaivorykšte, kai lietaus lašai tampa didesni. Ir atvirkščiai, spalvinga vaivorykštė gali prarasti spalvą, jei lietus virsta smulkia rūke. Paprastai, esant mažiems lašams, vaivorykštės spalva yra silpnai išreikšta.

Vaivorykštės matomos ne tik lietaus šyde. Mažesniu mastu jį galima pamatyti ant vandens lašų prie krioklių, fontanų ir banglentėje. Šiuo atveju šviesos šaltiniu gali pasitarnauti ne tik Saulė ir Mėnulis, bet ir prožektorius.

Vaivorykštės struktūra.

Vaivorykštę galima įsivaizduoti kaip milžinišką ratą su ašimi, pritvirtinta prie įsivaizduojamos tiesios linijos, einančios per Saulę ir stebėtoją.

Paveiksle ši tiesi linija pažymėta kaip tiesia linija OO 1; O – stebėtojas, OCD – žemės paviršiaus plokštuma, ?AOO 1 = j – Saulės kampinis aukštis virš horizonto. Norint rasti tan(j), pakanka padalyti stebėtojo ūgį iš jo metamo šešėlio ilgio. Taškas O 1 vadinamas antisolariniu tašku; jis yra žemiau horizonto linijos CD. Iš paveikslo matyti, kad vaivorykštė reiškia kūgio pagrindo apskritimą, kurio ašis yra OO 1; j – kampas, kurį sudaro kūgio ašis su bet kuriuo iš jo generatorių (kūgio atsidarymo kampas). Žinoma, stebėtojas nemato viso nurodyto apskritimo, o tik tą jo dalį (paveiksle, skyrelyje SVD), kuri yra virš horizonto linijos. Atkreipkite dėmesį, kad AOB = Ф yra kampas, kuriuo stebėtojas mato vaivorykštės viršūnę, o AOD = a yra kampas, kuriuo stebėtojas mato kiekvieną vaivorykštės pagrindą. Tai akivaizdu

Ф + j = g (2.1).

Taigi vaivorykštės padėtis aplinkinio kraštovaizdžio atžvilgiu priklauso nuo stebėtojo padėties Saulės atžvilgiu, o vaivorykštės kampinius matmenis lemia Saulės aukštis virš horizonto. Stebėtojas yra kūgio viršūnė, kurios ašis nukreipta išilgai linijos, jungiančios stebėtoją su Saule. Vaivorykštė yra šio kūgio pagrindo perimetro dalis, esanti virš horizonto linijos. Stebėtojui judant, nurodytas kūgis, taigi ir vaivorykštė, atitinkamai juda.

Čia reikia pateikti du paaiškinimus. Pirma, kai kalbame apie tiesią liniją, jungiančią stebėtoją su Saule, turime omenyje ne tikrąją, o stebimą kryptį į Saulę. Nuo tikrosios jis skiriasi lūžio kampu.

Antra, kai kalbame apie vaivorykštę virš horizonto, turime omenyje gana tolimą vaivorykštę – kai lietaus uždanga nuo mūsų yra nutolusi kelis kilometrus.

Taip pat galite stebėti netoliese esančią vaivorykštę, pavyzdžiui, vaivorykštę, atsirandančią didelio fontano fone. Šiuo atveju vaivorykštės galai tarsi eina į žemę. Vaivorykštės atstumo nuo stebėtojo laipsnis akivaizdžiai neturi įtakos jos kampiniams matmenims. Iš (2.1) išplaukia, kad Ф = g - j.

Pirminės vaivorykštės kampas y yra maždaug 42° (geltonajai vaivorykštės daliai), o antrinės vaivorykštės kampas yra 52°. Tai leidžia suprasti, kodėl žemiškasis stebėtojas negali grožėtis pirmine vaivorykšte, jei Saulės aukštis virš horizonto viršija 42°, ir nematys antrinės vaivorykštės, jei Saulės aukštis viršija 52°.

Vaivorykštės formavimas.

Pagrindinė vaivorykštė susidaro atspindint šviesą vandens lašeliuose. Šoninė vaivorykštė susidaro dėl dvigubo šviesos atspindžio kiekvieno lašo viduje. Šiuo atveju šviesos spinduliai išeina iš lašo skirtingais kampais nei tie, kurie sukuria pagrindinę vaivorykštę, o antrinės vaivorykštės spalvos yra atvirkštine tvarka.

Spindulių kelias vandens laše: a - su vienu atspindžiu, b - su dviem atspindžiais

Galime apsvarstyti paprasčiausią atvejį: leiskite lygiagrečių saulės spindulių pluoštui nukristi ant kamuolio formos lašų. Spindulys, patenkantis į lašo paviršių, lūžta jo viduje pagal lūžio dėsnį:

n1 sin b=n2 sin c

Kur n 1 =1, n 2 =1,33 - atitinkamai oro ir vandens lūžio rodikliai, b- kritimo kampas ir V- šviesos lūžio kampas.

Lašo viduje jis eina tiesia linija. Tada spindulys dalinai lūžta ir iš dalies atsispindi. Pažymėtina, kad kuo mažesnis kritimo kampas, tuo mažesnis atsispindėjusio pluošto intensyvumas ir tuo didesnis lūžusio pluošto intensyvumas. Spindulis po atspindžio pasiekia kitą tašką, kuriame taip pat atsiranda dalinis šviesos atspindys ir dalinis lūžis. Lūžęs spindulys palieka lašą tam tikru kampu, o atsispindėjęs spindulys gali keliauti toliau ir tt Taigi laše esantis šviesos spindulys daugkartinis atspindys ir lūžimas. Su kiekvienu atspindžiu dalis šviesos spindulių išeina ir jų intensyvumas lašo viduje mažėja. Intensyviausi spinduliai, sklindantys į orą, yra pirmasis iš lašo išlendantis spindulys. Tačiau jį stebėti sunku, nes jis prarandamas ryškių tiesioginių saulės spindulių fone.

Svarstant apie vaivorykštės susidarymą, reikia atsižvelgti į dar vieną reiškinį – nevienodą skirtingo ilgio šviesos bangų, tai yra skirtingų spalvų šviesos spindulių, lūžį. Šis reiškinys vadinamas dispersija. Dėl dispersijos spindulių lūžio ir nukrypimo kampai laše skiriasi skirtingų spalvų spinduliams. Kuo daugiau vidinių atspindžių spinduliai patiria laše, tuo silpnesnė vaivorykštė. Galite stebėti vaivorykštę, jei Saulė yra už stebėtojo. Todėl ryškiausia, pirminė vaivorykštė susidaro iš spindulių, patyrusių vieną vidinį atspindį. Jie kerta krintančius spindulius maždaug 42° kampu. Geometrinis taškų, esančių 42° kampu krentančio spindulio atžvilgiu, lokusas yra kūgis, kurio viršūnėje akis suvokia kaip apskritimą. Kai apšviečiama balta šviesa, susidaro spalvota juostelė, kurios raudonas lankas visada yra didesnis už violetinį lanką.

Kaip tarp skaidrių drumstų drobulių

Virš svogūno yra žiedynas ir apvalus svogūnas

Junonos pasiuntinio išaukštintas,

Ir suformuota iš vidinio išorės.

Vaivorykštė yra aiškiai matoma - ji paprastai stebima dviejų spalvų lankų pavidalu (dviejų žiedinių lankų, apie kuriuos rašo Dante), o viršutiniame lanke spalvos yra išdėstytos tokia tvarka iš viršaus į apačią: violetinė, mėlyna, šviesi. mėlyna, žalia, geltona, oranžinė, raudona, o apatiniame lanke, atvirkščiai, nuo raudonos iki violetinės. Norėdami prisiminti jų seką, yra mnemoninės frazės, kurių kiekvieno žodžio pirmosios raidės atitinka pirmąsias spalvos pavadinimo raides. Pavyzdžiui, tai yra frazė „Kiekvienas medžiotojas nori žinoti, kur sėdi fazanas“ ar kita. , ne mažiau žinomas „Kaip Jeanas Beleris kažkada galva numušė žibintą“. Tiesa, tradicija identifikuoti 7 spalvas vaivorykštėje nėra universali. Pavyzdžiui, bulgarai vaivorykštėje turi 6 spalvas.

Vaivorykštė suteikia unikalią galimybę natūraliomis sąlygomis stebėti baltos šviesos skaidymąsi į spektrą.

Vaivorykštė dažniausiai pasirodo po lietaus, kai Saulė yra gana žemai. Kažkur tarp Saulės ir stebėtojo vis dar lyja. Saulės šviesa, eidama pro vandens lašus, jose ne kartą atsispindi ir lūžta, kaip mažose prizmėse, o iš lašų skirtingais kampais išeina skirtingų spalvų spinduliai. Šis reiškinys vadinamas šviesos sklaida (t.y. skilimu). Dėl to susidaro ryškios spalvos lankas (o iš tikrųjų jis yra status; visa tai matosi iš lėktuvo).

Kartais iš karto pastebimi du, rečiau trys įvairiaspalviai lankai. Pirmąją vaivorykštę sukuria spinduliai, vieną kartą atsispindėję lašų viduje, antrąją – du kartus ir tt 1948 m. Leningrade (dabar Sankt Peterburgas) tarp debesų virš Nevos pasirodė keturios vaivorykštės.

Vaivorykštės išvaizda, spalvų ryškumas ir juostelių plotis priklauso nuo vandens lašelių dydžio ir skaičiaus ore. Ryški vaivorykštė atsiranda vasarą po perkūnijos, kurios metu krenta dideli lašai. Paprastai tokia vaivorykštė reiškia gerą orą.

Šviesią mėnulio naktį galite pamatyti vaivorykštę iš Mėnulio. Lyjant pilnaties šviesoje pasirodo vaivorykštė. Kadangi žmogaus regėjimas sukurtas taip, kad esant silpnam apšvietimui jautriausi akies receptoriai - „stypeliai“ - nesuvoktų spalvos, mėnulio vaivorykštė atrodo balkšva; Kuo ryškesnė šviesa, tuo „spalvingesnė“ vaivorykštė (spalvų receptoriai - „kūgiai“) įtraukiama į jos suvokimą.

ugnies vaivorykštė

Švedijos gyventojui Marianui Eriksonui pasisekė ją pamatyti. Vaivorykštė nusidriekė per naktinį dangų ir minutę stovėjo po pilnatimi.

Ženklai ir legendos.

Kažkada žmogus pradėjo domėtis, kodėl danguje atsiranda vaivorykštės. Tais laikais apie optiką jie net nebuvo girdėję. Štai kodėl žmonės sugalvojo mitus ir legendas, taip pat buvo daug prietarų. Štai keletas iš jų:

• Skandinavijos mitologijoje vaivorykštė yra Bifrost tiltas, jungiantis Midgardą (žmonių pasaulį) ir Asgardą (dievų pasaulį).
• Senovės indų mitologijoje – griaustinio ir žaibo dievo Indros lankas.
• Senovės graikų mitologijoje – Iriso, pasiuntinio tarp dievų ir žmonių pasaulių, kelias.
• Pagal slavų tikėjimus, vaivorykštė, kaip ir gyvatė, geria ežerų, upių ir jūrų vandenį, kuris vėliau lyja.
• Airijos raupas slepia aukso puodą toje vietoje, kur vaivorykštė palietė žemę.
• Pagal čiuvašų įsitikinimus, jei eini per vaivorykštę, gali pakeisti savo lytį.
• Biblijoje vaivorykštė pasirodė po pasaulinio potvynio kaip atleidimo žmonijai simbolis.
• Prietaringi žmonės tikėjo, kad vaivorykštė yra blogas ženklas. Jie tikėjo, kad mirusiųjų sielos į kitą pasaulį pereina vaivorykšte, o jei atsiranda vaivorykštė, tai reiškė neišvengiamą kažkieno mirtį.

Vaivorykštės paaiškinimo istorija.

Jau Aristotelis, senovės graikų filosofas, bandė paaiškinti vaivorykštės priežastį. Ir persų astronomas Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311) ir galbūt jo mokinys Kamal al-din al-Farisi (1260-1320), matyt, buvo pirmasis, kuris gana tiksliai paaiškino reiškinį.

Bendrą fizinį vaivorykštės vaizdą jau aiškiai aprašė Markas Antony de Dominis (1611).

M.A. de Dominis

Remdamasis eksperimentiniais stebėjimais, jis padarė išvadą, kad vaivorykštė susidaro dėl atspindžio nuo lietaus lašo vidinio paviršiaus ir dvigubos lūžio - prie įėjimo į lašą ir prie išėjimo iš jo. René Descartes'as išsamiau paaiškino vaivorykštę savo veikale „Meteora“ skyriuje „Apie vaivorykštę“ (1635).

Renė Dekartas

Dekartas rašo:

„Pirmiausia, kai atsižvelgiau į tai, kad vaivorykštė gali atsirasti ne tik danguje, bet ir šalia mūsų esančiame ore, kai joje yra saulės apšviestų vandens lašelių, kaip kartais galima pamatyti fontanuose, jaučiu Lengvai buvo padaryta išvada, kad tai priklauso nuo to, kaip šviesos spinduliai veikia šiuos lašus ir iš jų pasiekia mūsų akis; be to, žinant, kad šie lašai yra sferiniai, ir matant, kad tiek dideliais, tiek mažais lašais visada atsiranda vaivorykštė lygiai taip pat“, – išsikėliau sau tikslą sukurti labai didelį lašą, kad galėčiau geriau jį ištirti. Norėdami tai padaryti, pripyliau vandens į didelį stiklinį indą, visiškai apvalų ir visiškai skaidrų, ir priėjau prie tokia išvada...“

Ši išvada pakartoja ir patikslina Dominio gautą rezultatą. Visų pirma, Dekartas atrado, kad antroji (išorinė) vaivorykštė atsiranda dėl dviejų lūžių ir dviejų atspindžių. Jis taip pat kokybiškai paaiškino vaivorykštės spalvų atsiradimą, palygindamas šviesos lūžį laše su lūžimu stiklo prizmėje. 1 paveikslas, paaiškinantis spindulio kelią laše, paimtas iš minėto Dekarto darbo. Tačiau pagrindinis Dekarto nuopelnas buvo tai, kad jis kiekybiškai paaiškino šį reiškinį, pirmą kartą naudodamas šviesos lūžio dėsnį:

„Aš vis dar nežinojau, kodėl spalvos atsiranda tik tam tikrais kampais, kol paėmiau rašiklį ir detaliai apskaičiavau visų spindulių, patenkančių į skirtingus vandens lašo taškus, kelią, kad sužinočiau, kokiais kampais jie gali patekti į mūsų akis po dviejų lūžimų ir vieno ar dviejų atspindžių. Tada radau, kad po vieno atspindžio ir dviejų lūžių yra daug daugiau spindulių, kuriuos galima pamatyti kampu nuo 41° iki 42° (saulės spindulio atžvilgiu) nei tų, kurie gali Matyti bet kokiu mažesniu kampu, ir nėra tokio, kuris būtų matomas didesniu kampu. Be to, taip pat pastebėjau, kad po dviejų atspindžių ir dviejų lūžių į akį krenta daug daugiau spindulių kampu nuo 51° iki 52 ° nei tie, kurie kristų didesniu kampu, ir nėra tokių, kurie krenta mažesniu kampu.

Taigi Dekartas ne tik apskaičiuoja spindulių kelią, bet ir nustato lašų išsklaidytos šviesos intensyvumo kampinį pasiskirstymą.

Kalbant apie spalvas, teoriją išplėtė Isaacas Newtonas.

Izaokas Niutonas

Nors vaivorykštės įvairiaspalvis spektras yra ištisinis, tačiau pagal tradiciją suskirstytas į 7 spalvas. Manoma, kad Izaokas Niutonas pirmasis pasirinko skaičių 7, kuriam skaičius 7 turėjo ypatingą simbolinę reikšmę (dėl pitagoriškų, teologinių ar deathologinių priežasčių).

Garsiosiose optikos paskaitose, kurios buvo parašytos XVI amžiaus aštuntajame dešimtmetyje, bet išleistos po Niutono mirties 1729 m., pateikiama tokia santrauka:
"Iš spindulių, patenkančių į kamuoliuką, vieni palieka jį po vieno atspindžio, kiti - po dviejų atspindžių; atsiranda spindulių, atsirandančių po trijų atspindžių ir dar daugiau atspindžių. Kadangi lietaus lašai yra labai maži, palyginti su atstumu iki stebėtojo akies, tai neapsimoka. atsižvelgiama į jų dydžius, bet tik į kampus, kuriuos sudaro krintantys spinduliai su besiskleidžiančiais. Kur šie kampai yra didžiausi arba mažiausi, atsirandantys spinduliai yra labiausiai koncentruoti. Kadangi skirtingų rūšių spinduliai (skirtingų spalvų spinduliai) sudaro skirtingus didžiausius ir mažiausiais kampais, tada spinduliai tankiausi tie, kurie susirenka įvairiose vietose, nori parodyti savo spalvas.

Niutono teiginys apie galimybę neatsižvelgti į lašo dydį, taip pat Dekarto žodžiai, kad su dideliais ir mažais lašais vaivorykštė visada pasirodo vienodai, pasirodė netikslus. Išsamią vaivorykštės teoriją, atsižvelgiant į šviesos difrakciją, kuri priklauso nuo šviesos bangos ilgio ir lašo dydžio santykio, tik XIX amžiuje sukūrė J.B. Erie (1836) ir J.M. Pernteris (1897).

Spindulio lūžis ir atspindys vandens laše.

Dekarto piešinys, kurį atgaminome kaip relikviją, turi vieną „metodinį“ netobulumą. Neišmokytam skaitytojui gali atrodyti, kad tiek išorinės, tiek vidinės vaivorykštės atsiranda dėl skirtingų atspindžių tame pačiame laše. Geriau būtų pavaizduoti du lašai: vienas priklauso apatinei vaivorykštei, kitas – viršutinei, kiekvienam paliekant po vieną atspindžio būdą, kaip parodyta pav. 2. Kad būtų lengviau suvokti, abiem atvejais abscisių ašimi imama saulės spindulio, krentančio į lašą, kryptis. Y koordinatė, apibūdinanti spindulio kritimo tašką ant kritimo, bus vadinama smūgio parametru.

Iš pav. 2, a matyti, kad krentantis spindulys su vienu atspindžiu gali būti suvokiamas stebėtojo, jei tik kritimo taškas yra susijęs su lašo viršūne (y > 0). Priešingai, su dviem atspindžiais tai bus įmanoma tiems spinduliams, kurie patenka į apatinę lašo dalį (y< 0).

Pirmiausia darykime prielaidą, kad lašas yra vertikalioje plokštumoje, einančioje per Saulės padėtį ir stebėtojo akis. Tada krintantys, lūžę ir atsispindėję spinduliai guli toje pačioje plokštumoje. Jei α 1 yra kritimo kampas, o α 2 yra lūžio kampas, tada iš Fig. 2, a ir b, atsirandančio spindulio kampas krintančiojo spindulio atžvilgiu pirmuoju atveju bus lygus φ 1 = 4α 2 -2α 1 (1)
o antroje - φ 2 = π - 6α 2 + 2α 1 (2)
ir pagal lūžio dėsnį: sin α 2 = sin α 1 /n
kur n mūsų atveju yra vandens lūžio rodiklis. Be to, laikant kritimo spindulį kaip ilgio vienetą, gauname:

Atitinkamai pirmuoju ir antruoju atveju. Todėl iš (1) ir (2) gauname
φ 1 =4 arcsin(y/n) – 2 arcsin y, y>0 (3)
φ 2 = π+6 arcsin(y/n) – 2 arcsin y, y<0 (4)

Šios dvi lygtys yra pagrindinės tolimesniam svarstymui. Nesunku nubrėžti kampus φ 1 ir φ 2 kaip y funkcijas. Jie parodyti pav. 3, kai lūžio rodiklis n=1,331 (raudona). Matome, kad kai smūgio parametras yra y≈0,85, pasiekiamas didžiausias kampas φ 1, maždaug lygus 42°, o kampas yra mažiausiai ~53° ties y≈-0,95. Parodykime, kad šie kraštutiniai taškai atitinka didžiausią šviesos, kurią atspindi lašas, intensyvumą.

Panagrinėkime tam tikrą nedidelį smūgio parametro kitimo intervalą (pirmuoju atveju konkretų) y, y + Δy. Naudodami grafiką galite rasti kampo φ pokytį per šį intervalą Δφ. Fig. 3 matyti, kad Δφ=Δy*tg β, kur β yra kampas, kurį grafiko liestinė tam tikrame taške sudaro su abscisių ašimi. Reikšmė Δy yra proporcinga šviesos intensyvumui ΔI, patenkančiam į šio smūgio parametro intervalo sumažėjimą. Tą patį šviesos intensyvumą (tiksliau, jam proporcingą reikšmę) išsklaido kampinio intervalo Δφ kritimas. Galime parašyti ΔI ~ Δy =Δy*ctg β. Todėl šviesos, išsklaidytos lašeliu, sklaidos kampo vienetu, intensyvumas gali būti išreikštas kaip I(φ) = ΔI/Δφ ~ cot β (5)

Kadangi kraštutiniuose taškuose ctg β = ∞, dydis (5) eina į begalybę. Atkreipkite dėmesį, kad šių kraštutinių taškų padėtis skirtingoms spalvoms šiek tiek skiriasi, todėl galime stebėti vaivorykštę.

Kaip nupiešti vaivorykštę

Dabar galime nubraižyti vaivorykštės stebėjimo schemą. Ši konstrukcija parodyta fig. 4. Pirmiausia nupiešiame Žemės paviršių ir ant jo stovintį stebėtoją. Prieš stebėtoją yra lietaus uždanga (pilka). Tada vaizduojame saulės spindulius, kurių kryptis priklauso nuo Saulės aukščio virš horizonto. Per stebėtojo akį mes leidžiame raudonus ir violetinius spindulius aukščiau nurodytais kampais saulės spindulių atžvilgiu. Iš ankstesnės dalies rezultatų galime būti tikri, kad šie spinduliai atsiras dėl atitinkamų lietaus lašų išsklaidymo. Tuo pačiu metu, kaip parodyta Fig. 2, apatinę vaivorykštę sukelia sklaidos procesai su vienu atspindžiu, o viršutinė - su dviem atspindžiais. Atkreipkite dėmesį į spalvų kaitą: violetiniai spinduliai yra išoriniai, o raudoni - vidiniai. Akivaizdu, kad kitų spalvų spinduliai kiekvienoje vaivorykštėje yra tarp raudonos ir violetinės pagal lūžio rodiklių reikšmes.

Prisiminkime, kad iki šiol svarstėme vaivorykštės vaizdą vertikalioje plokštumoje, einančioje pro stebėtojo akį, ir Saulės padėtį. Per stebėtojo akį nubrėžkime tiesią liniją, lygiagrečią saulės spinduliui. Jei vertikali plokštuma pasukama aplink nurodytą tiesią liniją, jos nauja padėtis vaivorykštei stebėti bus visiškai lygiavertė pradinei. Todėl vaivorykštė turi apskritimo lanko formą, kurios centras yra pastatytoje ašyje. Šio apskritimo spindulys (kaip matyti 4 pav.) yra maždaug lygus stebėtojo atstumui iki lietaus uždangos.

Atkreipkite dėmesį, kad stebint vaivorykštę Saulė neturi būti per aukštai virš horizonto – ne daugiau kaip 53,48°. Priešingu atveju spindulių raštas paveiksle pasisuks pagal laikrodžio rodyklę, todėl net violetinis viršutinės vaivorykštės spindulys negalės pasiekti Žemėje stovinčio stebėtojo akies. Tiesa, tai bus įmanoma, jei stebėtojas pakils į tam tikrą aukštį, pavyzdžiui, lėktuve. Jei stebėtojas pakils pakankamai aukštai, jis galės pamatyti vaivorykštę viso apskritimo pavidalu.

Vaivorykštės formavimosi diagrama

Vaivorykštės formavimosi diagrama
1) sferinis lašas 2) vidinis atspindys 3) pirminė vaivorykštė
4) refrakcija 5) antrinė vaivorykštė 6) įeinantis šviesos spindulys
7) spindulių eiga formuojantis pirminei vaivorykštei

8) spindulių eiga formuojantis antrinei vaivorykštei
9) stebėtojas 10) pirminės vaivorykštės formavimosi sritis
11) antrinio vaivorykštės formavimosi sritis 12) lašelių debesis

Šį vaivorykštės aprašymą reikėtų patikslinti atsižvelgiant į tai, kad saulės spinduliai nėra griežtai lygiagretūs. Taip yra dėl to, kad į lašą iš skirtingų Saulės taškų patenkantys spinduliai turi šiek tiek skirtingas kryptis. Didžiausią kampinį spindulių skirtumą lemia Saulės kampinis skersmuo, kuris, kaip žinoma, yra maždaug 0,5°. Prie ko tai veda? Kiekvienas lašas į stebėtojo akį skleidžia šviesą, kuri nėra tokia vienspalvė, kaip būtų, jei krintantys spinduliai būtų griežtai lygiagretūs. Jei kampinis Saulės skersmuo būtų pastebimai didesnis už kampinį atstumą tarp violetinių ir raudonųjų spindulių, tada vaivorykštės spalvos būtų neatskiriamos. Laimei, taip nėra, nors skirtingų bangų ilgių spindulių sutapimas neabejotinai turi įtakos vaivorykštės spalvų kontrastui. Įdomu tai, kad į baigtinį kampinį Saulės skersmenį buvo atsižvelgta jau Dekarto darbuose.