Но что мной зримая вселена?
Рчто перед тобою я?
Ничто! Но ты во мне сияешь
Величеством твоих доброт.
Во мне себя преображаешь,
Как Солнце в малой капле вод.
Г. Р. Державин
Сколько бывает радуг?
Р’СЂСЏРґ ли найдется человек, который РЅРµ любовался Р±С‹ радугой. Появившись РЅР° небосводе, РѕРЅР° невольно приковывает внимание. Рђ сколько легенд Рё сказаний связано СЃ радугой Сѓ разных народов! Р’ СЂСѓСЃСЃРєРёС… летописях СЂР°ВРґСѓРіР° называется В« райской РґСѓРіРѕР№ В» или сокращенно В« райдугой В». Р’ Древней Греции радугу олицетворяла Р±РѕРіРёРЅСЏ РСЂРёРґР° (В«Ррида» Рё означает В« радуга В»). РџРѕ представлениям древних греков, радуга соединяет небо Рё землю, Рё РСЂРёРґР° была посредницей между богами Рё людьми. Р’ СЂСѓСЃСЃРєРёР№ язык вошли Рё РґСЂСѓРіРёРµ слова СЃ тем же греческим корнем: РёСЂРёСЃ — радужная оболочка глаза, иризация, РёСЂРёРґРёР№.
Радуга всегда связывается СЃ Дождем. РћРЅР° может появиться Рё перед дождем, Рё РІРѕ время дождя, Рё после него, РІ зависимости РѕС‚ того, как переВмещается облако, дающее ливневые осадки. РћР± этом РіРѕРІРѕСЂСЏС‚ Рё народные РїРѕРіРѕРІРѕСЂРєРё: „Радуга-РґСѓРіР°! Перебей дождя!", „Радуга-РґСѓРіР°! Принеси нам дождь!"
Первая попытка объяснить радугу как естественное явление природы была сделана в 1611 г. архиепископом Антонио Доминисом. Его объяснение радуги противоречило библейскому, поэтому он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни. Антонио Доминис умер в тюрьме, не дождавшись казни, но его тело и рукописи были сожжены.
Обычно наблюдаемая радуга — это цветная РґСѓРіР° угловым радиусом 42В°, видимая РЅР° фоне завесы ливневого дождя или полос падения дождя, часто РЅРµ достигающих поверхности Земли. Радуга РІРёРґРЅР° РІ стороне небоВСЃРІРѕРґР°, противоположной Солнцу, Рё обязательно РїСЂРё Солнце, РЅРµ закрытом облаками. Такие условия чаще всего создаются РїСЂРё выпадении летних ливневых дождей, называемых РІ народе В« грибными В» дождями. Центром радуги является точка, диаметрально противоположная Солнцу,— антиВсолярная точка. Внешняя РґСѓРіР° радуги красная, Р·Р° нею идет оранжевая, желтая, зеленая РґСѓРіРё Рё С‚. Рґ., кончая внутренней фиолетовой.
Сколько радуг можно увидеть одновременно?
Неискушенный наблюдатель видит обычно одну радугу, изредка две. Причем вторая радуга, концентрическая с первой, имеет угловой радиус около 50° и располагается над первой. Вторая радуга более широкая, блеклая, расположение цветов в ней обратное первой радуге: внешняя дуга у нее фиолетовая, а внутренняя красная.
Самое удивительное, что большинство людей, наблюдавших радугу РјРЅРѕРіРѕ раз, РЅРµ РІРёРґСЏС‚, Р° точнее РЅРµ замечают дополнительных РґСѓРі РІ РІРёРґРµ нежнейших цветных арок внутри первой Рё снаружи второй радуг (С‚. Рµ. СЃРѕ стороны фиолетовых краев радуг). Рти цветные РґСѓРіРё (РёС… обычно три-четыре) неправильно названы дополнительными — РІ действительности РѕРЅРё такие же основные (или главные), как первая Рё вторая радуги.
Рти РґСѓРіРё РЅРµ образуют целого полукруга или большой РґСѓРіРё Рё РІРёРґРЅС‹ только РІ самых верхних частях радуг, С‚. Рµ. вблизи В« вершин В», или В« макушек В», основных радуг, РєРѕРіРґР° же последние переходят РІ вертикальное положение (или близкое Рє нему), дополнительные РґСѓРіРё пропадают. Рменно РІ этих дугах, Р° РЅРµ РІ основных, сосредоточено наибольшее богатство чистых цветовых тонов, которое Рё породило выражение „все цвета радуги".
Радуги можно увидеть около водопадов, фонтанов, на фоне завесы капель, разбрызгиваемых поливальной машиной или полевой поливальной установкой. Можно самому создать завесу капель из ручного пульверизатора и, встав спиною к Солнцу, увидеть радугу, созданную собственными руками. У фонтанов и водопадов случалось видеть, кроме описанных двух основных и трех-четырех дополнительных дуг к каждой основной, еще одну или две радуги вокруг Солнца.
Как возникает радуга?
Откуда берется удивительный красочный свет, исходящий от дуг радуги? Все радуги — это солнечный свет, разложенный на компоненты и перемещенный по небосводу таким образом, что он кажется исходящим от части небосвода, противоположной той, где находится Солнце.
Научное объяснение радуги впервые дал Репе Декарт в 1637 г. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя. В то время еще не была открыта дисперсия — разложение белого света в спектр при преломлении. Поэтому радуга Декарта была белой.
Спустя 30 лет Рсаак Ньютон, открывший дисперсию белого света РїСЂРё преломлении, дополнил теорию Декарта, РѕР±СЉСЏСЃРЅРёРІ, как преломляются цветные лучи РІ каплях дождя. РџРѕ образному выражению американского ученого Рђ. Фразера, сделавшего СЂСЏРґ интересных исследований радуги уже РІ наше время, „Декарт повесил радугу РІ нужном месте РЅР° небосводе, Р° Ньютон расцветил ее всеми красками спектра".
Несмотря на то что теория радуги Декарта — Ньютона создана более 300 лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги: положение главных дуг, их угловые размеры, расположение цветов в радугах различных порядков.
Для объяснения радуги мы пока и ограничимся теорией Декарта — Ньютона, которая подкупает своей удивительной наглядностью и простотой.
Лучи радуги
Ртак, пусть параллельный пучок солнечных лучей падает РЅР° каплю (СЂРёСЃ. 1). Р’РІРёРґСѓ того что поверхность капли кривая, Сѓ разных лучей Р±СѓРґСѓС‚ разные углы падения. РћРЅРё изменяются РѕС‚ 0 РґРѕ 90В°. Проследим путь луча, упавшего РІ точку Рђ, его СѓРіРѕР» паления обозначим i. Преломившись РїРѕРґ углом преломления r, луч РІС…РѕРґРёС‚ РІ каплю Рё РґРѕС…РѕРґРёС‚ РґРѕ точки Р’. Часть энергии луча, преломившись, выходит РёР· капли, часть, испытав внутреннее отражение РІ точке 5, идет внутри капли РґРѕ точки РЎ. Здесь СЃРЅРѕРІР° часть энергии луча, преломившись, выходит РёР· капли, Р° некоторая часть, испытав второе внутреннее отражение, РґРѕС…РѕРґРёС‚ РґРѕ точки Рћ Рё С‚. Рґ. Р’.принципе луч может испытывать любое число (Рё), внутренних отражений, Р° преломлений Сѓ каждого луча РґРІР° — РїСЂРё РІС…РѕРґРµ Рё РїСЂРё выходе РёР· капли.
Рис. 1. Ход светового луча в капле при образовании первой и второй радуг.
Обозначим Dk угол отклонения любого луча после прохождения им капли. Тогда из рис.1 очевидно, что
Dk = 2( i — r) + k (p – 2r), (1)
здесь k — число внутренних отражений луча.
Параллельный пучок лучей, падающий на каплю, по выходе из капли оказывается сильно расходящимся (рис. 2). Концентрация лучей, а значит, и их интенсивность тем больше, чем ближе они лежат к лучу, испытавшему минимальное отклонение. Путь минимально отклоненного луча обозначен на рисунке пунктиром. Только минимально отклоненный луч и самые близкие к нему лучи обладают достаточной интенсивностью, чтобы образовать радугу. Поэтому этот луч и называют лучом радуги .
Рис.2. Преломление пучка световых лучей в капле.
Минимальное отклонение луча, испытавшего одно внутреннее отражение (k = 1), по теории Декарта равно:
D1 = p +2( i – 2r). (2)
Каждый белый луч, преломляясь РІ капле, разлагается РІ спектр, Рё РёР· капли выходит пучок расходящихся цветных лучей. Поскольку Сѓ красных лучей показатель преломления меньше, чем Сѓ РґСЂСѓРіРёС… цветных лучей, то РѕРЅРё Рё Р±СѓРґСѓС‚ испытывать минимальное отклонение РїРѕ сравнению СЃ остальными. Минимальные отклонения крайних цветных лучей РІРёРґРёРјРѕРіРѕ спектра красных Рё фиолетовых оказываются следующими: D1k = 137В°30' Рё D1С„ = 139В°20'. Остальные цветные лучи займут промежуточные между РЅРёРјРё полоВжения.
Солнечные лучи, прошедшие через каплю с одним, внутренним отражением, оказываются исходящими от точек неба, расположенных ближе к антисолярной точке, чем к Солнцу. Поэтому, чтобы увидеть эти лучи, надо встать спиной к Солнцу. Расстояния их от антисолярной точки будут равны соответственно: 180° — 137°30' = 42°30' для красных и 180° — 139°20' = 40°40' для фиолетовых.
Почему радуга круглая? 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 РІ пучке света, падающего РЅР° каплю? РС… РјРЅРѕРіРѕ, РїРѕ существу, РѕРЅРё образуют целый цилиндр. Геометрическое место точек РёС… падения РЅР° 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.
Два человека, стоящие рядом, видят каждый свою радугу. Если вы идете по дороге и смотрите на радугу, она перемещается вместе с вами, будучи в каждый момент образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Далее, капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и т. д. Пока идет дождь, мы видим радугу.
Мы пояснили, как образуется первая радуга, наиболее часто наблюдаемая, с ярким внешним красным краем и внутренним фиолетовым.
Найдем ширину первой радуги D1, т. е. угловое расстояние от ее красной дуги до фиолетовой с учетом поправки на угловую ширину Солнца, диаметр которого равен 32': D1 = 42°30' — 40°40' +32' = 2°22'.
Вторая радуга и следующие
Если повторить предыдущие рассуждения относительно лучей, испытавших РІ капле РґРІР° внутренних отражения, получим следующие минимальные углы отклонения крайних цветных лучей. Для красных D2k = 230В°54' Рё для фиолетовых D2С„ = 233В°56'. Такие лучи так же, как Рё испытавшие РѕРґРЅРѕ отраВжение внутри капли, лежат ближе Рє антисолярной точке, чем Рє Солнцу. Угловые расстояния РёС… РѕС‚ антисолярной точки Р±СѓРґСѓС‚ равны: 230В°54' — 180В° = 50В°34' для красных; 233В°46' — 180В° = 53В°56' для фиолетовых. Рти лучи образуют радугу, концентрическую СЃ первой, РЅРѕ СЃ обратным расВположением цветов. Р’ этой радуге внутренняя РґСѓРіР° красная.
Угловая ширина второй радуги D2 = 53°56' — 50«34' = 3°54'.
Вторая радуга значительно шире первой и выглядит более слабой.
Расчеты для радуг следующих РїРѕСЂСЏРґРєРѕРІ ( k = 3, 4, 5, 6, 7, 8 Рё С‚. Рґ.) РїРѕРєР°Взали, что 3-СЏ Рё 4-СЏ радуги располагаются РІРѕРєСЂСѓРі Солнца, 5-СЏ Рё 6-СЏ — РІРѕРєСЂСѓРі антисолярной точки, 7-СЏ Рё 8-СЏ — СЃРЅРѕРІР° РІРѕРєСЂСѓРі Солнца Рё С‚. Рґ.
В таблице приведены углы отклонения лучей красного цвета, угловые радиусы соответствующих радуг и положение их на небосводе согласно расчетам К. С. Шифрина по формулам дифракции.
k | Dk | Угловой радиус радуги | Положение на небосводе |
1 | 137°29¢ | 42°31¢ | Вокруг антисолярной точки |
2 | 129В°54Вў | 50В°06Вў | |
3 | 42°53¢ | 42°53¢ | Вокруг Солнца |
4 | 42В°18Вў | 42В°18Вў | |
5 | 126°31¢ | 53°29¢ | Вокруг антисолярной точки |
6 | 149В°46Вў | 30В°14Вў | |
7 | 66°22¢ | 66°22¢ | Вокруг Солнца |
8 | 16В°51Вў | 16В°51Вў |
Возникает РІРѕРїСЂРѕСЃ: почему РјС‹ РЅРµ РІРёРґРёРј всех радуг? Рто РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ потому, что РёР· всей энергии луча, упавшего РЅР° каплю РІ точку Рђ, примерно 7% отражается, 88% — РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ СЃРєРІРѕР·СЊ каплю Рё только 5% испытывает РѕРґРЅРѕ внутреннее отражение РІ точке Р’ Рё идет дальше Рє точке РЎ. Здесь СЃРЅРѕРІР° РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ аналогичное разделение энергии между лучами, выходящими РёР· капли Рё дважды отраженными РѕС‚ внутренней поверхности капли. Поэтому РЅР° радуги всех РїРѕСЂСЏРґРєРѕРІ расходуется менее 5% энергии падающего пучка, РїСЂРё этом „львиная» доля — около 4% — идет РЅР° образование первой радуги. Обычно РјС‹ Рё можем видеть только первую радугу Рё изредка вторую. РќР° остальные радуги остается слишком мало энергии, менее 1%, поэтому СЂР°ВРґСѓРіРё высоких РїРѕСЂСЏРґРєРѕРІ РЅРµ РІРёРґРЅС‹.
Почему радуга бывает разной?
РџРѕ теории Декарта — Ньютона радуга должна быть всегда одинаковой — „застывшей". Рти ученые правильно объяснили положение радуги РЅР° небоВСЃРІРѕРґРµ, размер РґСѓРі, расположение цветов РІ основных радугах любого РїРѕСЂСЏРґРєР°. Р’ частности, РїРѕ теории ширине РґСѓРі радуг всегда было „положено" быть РѕРґРЅРѕР№ Рё той же. Однако радуга содержала еще РјРЅРѕРіРѕ секретов. Внимательный наблюдатель видел РёРЅРѕРіРґР° серию красочных дополнительных РґСѓРі, которым совсем „не было места" РІ теории Декарта — Ньютона. РРЅРѕРіРґР° радуга имела СЏСЂРєРёРµ насыщенные тона, Р° РїРѕСЂРѕР№ была совсем блеклой, почти белой. Радуга бывала Рё широкой Рё СѓР·РєРѕР№ — Рё РІСЃС‘ это „не укладывалось" РІ теорию Декарта — Ньютона.
Объяснение всего комплекса радуги, СЃРѕ всеми неразгаданными, ее РѕСЃРѕВбенностями, было сделано позже, РєРѕРіРґР° была создана общая теория расВсеяния (дифракции) световых лучей РІ атмосфере. Р’ частности, стало СЏСЃРЅРѕ, что дополнительные РґСѓРіРё возникают вследствие интерференции лучей, леВжавших РЅРѕ РѕР±Рµ стороны РѕС‚ наименее отклоненного луча (луча радуги) Рё РІ непосредственной близости РѕС‚ него.
Размер и форма капель и их влияние на вид радуги
Расчеты РїРѕ формулам дифракционной теории, выполненные для капель разного размера, показали, что весь РІРёРґ радуги — ширина РґСѓРі, наличие, расположение Рё яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнительВных РґСѓРі очень сильно зависят РѕС‚ размера капель дождя. Приведем основные характеристики внешнего РІРёРґР° радуги для капель разных радиусов.
Радиус капель 0,5—1 мм. Наружный край основной радуги яркий, темно-красный, за ним идет светло-красный и далее чередуются все цвета радуги. Особенно яркими кажутся фиолетовый и зеленый. Дополнительных дуг много (до пяти), в них чередуются фиолетово-розовые тона с зелеными. Дополнительные дуги непосредственно примыкают к основным радугам.
Радиус капель 0,25 мм. Красный кран радуги стал слабее. Остальные цвета видны по-прежнему. Несколько фиолетово-розовых дополнительных дуг сменяются зелеными.
Радиус капель 0,10—0,15 мм. Красного цвета в основной радуге больше нет. Наружный край радуги оранжевый. В остальном радуга хорошо развита. Дополнительные дуги становятся все более желтыми. Между ними и между основной радугой и первой дополнительной появились просветы.
Радиус капель 0,04—0,05 мм. Радуга стала заметно шире и бледнее, Наружный край ее бледно-желтый. Самым ярким является фиолетовый цвет. Первая дополнительная дуга отделена от основной радуги довольно широким промежутком, цвет ее белесый, чуть зеленоватый и беловато-фиолетовый.
Радиус капель 0,03 мм. Основная радуга еще более широкая с очень слабо окрашенным чуть желтоватым краем, содержит отдельные белые полосы.
Радиус капель 0,025 РјРј Рё менее. Радуга стала совсем белой. РћРЅР° РїСЂРёВмерно РІ РґРІР° раза шире обычной радуги Рё имеет РІРёРґ блестящей белой полосы. Внутри нее РјРѕРіСѓС‚ быть дополнительные окрашенные РґСѓРіРё, сначала бледно-голубые или зеленые, затем белесовато-красные.
Таким образом, РїРѕ РІРёРґСѓ радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу. Р’ целом, чем крупнее капли дождя, тем радуга получается уже Рё ярче, особенно характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ радуге. Многочисленные дополнительные РґСѓРіРё также имеют СЏСЂРєРёРµ тона Рё непоВсредственно, без промежутков, примыкают Рє основным радугам. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой Рё блеклой СЃ оранжевым или желтым краем. Дополнительные РґСѓРіРё дальше отстоят Рё РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° Рё РѕС‚ основных радуг.
Р’РёРґ радуги зависит Рё РѕС‚ формы капель. РџСЂРё падении РІ РІРѕР·РґСѓС…Рµ крупные капли сплющиваются, теряют СЃРІРѕСЋ сферичность. Вертикальное сечение таких капель приближается Рє элипсу. Расчеты показали, что минимальное отклонение красных лучей РїСЂРё прохождении через сплющенные капли радиусом 0,5 РјРј составляет 140В°. Поэтому угловой размер красной РґСѓРіРё будет РЅРµ 42В°, Р° только 40В°. Для более крупных капель, например радиуВСЃРѕРј 1,0 РјРј, минимальное отклонение красных лучей составит 149В°, Р° красВная РґСѓРіР° радуги будет иметь размер 31В°, вместо 42В°. Таким образом, чем сильнее сплющивание капель, тем меньше радиус образуемой РёРјРё радуги.
Разгадан „секрет" добавочных дуг!
А. Фразер, рассмотрев одновременно влияние размера и формы капель на вид радуги, сумел раскрыть «секрет» возникновения добавочных дуг. Как только что было сказано, уменьшение размера преобладающих капель и сплющивание крупных действуют в противоположных направлениях. Что же пересилит? Когда и какое влияние будет преобладающим?
Наглядной иллюстрацией взаимодействия РѕР±РѕРёС… факторов Рё совместВРЅРѕРіРѕ РёС… влияния РЅР° РІРёРґ радуги являются СЂРёСЃ. 3 Р° Рё Р±, составленные Рђ. Фразером, РЅР° основании расчетов: РќР° этих рисунках показано распредеВление интенсивности света РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ радуге Рё дополнительных дугах РІ зависимости РѕС‚ размера капель.
Сложная волнообразная поверхность РЅР° переднем плане (СЂРёСЃ.3 Р° ) СЃРѕВставлена РёР· РјРЅРѕРіРёС… индивидуальных кривых. Каждая кривая дает распреВделение Рё интенсивность света РІ радуге РѕС‚ РѕРґРЅРѕР№ капли. Каждая пятая кривая проведена потолще, цифры справа означают радиус капли, соответствующей РєСЂРёРІРѕР№, РІ миллиметрах. Р’СЃРµ кривые начинаются слева СЃ очень малой интенсивности (РІРЅРµ радуг), затем быстро поднимаются РґРѕ максиВРјСѓРјР° между 138В° Рё 139В° (первая радуга). Следующий гребень справа — первая дополнительная РґСѓРіР°, Р·Р° ней вторая дополнительная РґСѓРіР° Рё С‚. Рґ. Расстояние между дугами, как РІРёРґРЅРѕ РёР· СЂРёСЃСѓРЅРєР°, быстро уменьшается РїСЂРё увеличении радиуса капель. Рто действие первого фактора. Радуга стаВновится СѓР·РєРѕР№ РїСЂРё увеличении размера капель.
Верхняя кривая S — это результирующая сложения вкладов капель всех размеров. РћРЅР° характеризует распределение интенсивности света РІ окончаВтельной радуге, которую РјС‹ РІРёРґРёРј.
137 138 139 140 141 142 143 144
Угловое расстояние от Солнца
137 138 139 140 141 142 143 144
Угловое расстояние от Солнца
Р РёСЃ. 3. Распределение интенсивности света РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ радуге Рё дополниВтельных дугах РІ зависимости РѕС‚ размера капель.
а — без учёта сплющивания капель; б — с учетом сплющивания капель. S — суммарная кривая.
РќР° СЂРёСЃ.3 Р± показаны те же кривые, РЅРѕ теперь учтено влияние сплюВщивания капель, тем более сильное, чем крупнее капли. Рндивидуальные кривые для крупных сплющенных капель смещены РІ сторону больших минимальных углов отклонения РѕС‚ Солнца (или, что то же, РІ сторону уменьшения радиусов радуг), Рё РІ результате РІСЃСЏ волнообразная поверхность оказалась изогнутой вправо (индивидуальные максимумы ушли вправо). Рто привело Рє тому, что РЅР° результирующей суммарной РєСЂРёРІРѕР№ РїРѕСЏРІРёВлись, РїРѕРјРёРјРѕ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ радуги, еще дополнительные РґСѓРіРё, РЅР° угловых расВстояниях РѕС‚ Солнца: первая —140,5В°, вторая —141,3В°, третья — 142,4В°, четВвертая—142,5В°.
Дополнительные дуги видны только вблизи вершины основной радуги, так как они образованы только вертикальными или близкими к ним лучами, прошедшими через эллиптические сечения капель.
Расчетами показано, РЅРѕ это можно проследить Рё РїРѕ СЂРёСЃ.3 Р±, что РґРѕРїРѕР»Внительные, РґСѓРіРё создаются РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј каплями размером РѕС‚ 0,2 РґРѕ 0,3 РјРј. Более крупные Рё более мелкие капли дают максимумы, накладывающиеся РґСЂСѓРі РЅР° РґСЂСѓРіР° Рё слишком далеко отстоящие РѕС‚ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ радуги (РѕРЅРё СѓС…РѕРґСЏС‚ вправо). Радуги капель диаметром 0,2—0,3 РјРј находятся РІ преимущестВвенном положении, поскольку РёС… максимумы РЅРёРєСѓРґР° РЅРµ сместились. Таким образом, можно сделать вывод, что дополнительные РґСѓРіРё РІРёРґРЅС‹, если РІ ливВневом дожде присутствуют РІ значительном, количестве капли радиусом 0,25 РјРј Рё мало более крупных капель, смазывающих картину. Поэтому дополнительные РґСѓРіРё чаще РІРёРґРЅС‹ Рё наиболее красочны РЅРµ РІ очень интенсивВных летних ливневых дождях. РћРЅРё появляются также РЅР° фоне завесы РёР· мельчайших капель, образующихся РїСЂРё разбрызгивании РІРѕРґС‹ РІ поливальных установках.
Можно ли видеть целый РєСЂСѓРі радуги? РЎ поверхности Земли РјС‹ можем наблюдать радугу РІ лучшем случае РІ РІРёРґРµ половины РєСЂСѓРіР°, РєРѕРіРґР° Солнце находится РЅР° горизонте. РџСЂРё поднятии Солнца радуга СѓС…РѕРґРёС‚ РїРѕРґ РіРѕСЂРёР·РѕРЅС‚. Первую радугу можно, видеть РїСЂРё высотах Солнца более 42В°, Р° вторую — более 50В°. РЎ самолета, Р° еще лучше СЃ вертолета (больше РѕР±Р·РѕСЂ) можно наблюдать радугу РІ РІРёРґРµ целого РєСЂСѓРіР°! Описание такой РєСЂСѓРіРѕРІРѕР№ радуги (ее Рё радугой, С‚. Рµ. РґСѓРіРѕР№, уже неудобно называть!) было помещено РІ журВнале „Природа". Ее видели пассажиры самолета, летевшего РІ районе РќРѕРІРѕСЃРёР±РёСЂСЃРєР° РЅР° высоте 1000 Рј.
Поляризация света радуг. Свет радуги характеризуется необычийно высокой степенью поляризации. В первой радуге она достигает 90%, во второй—около 80%. В этом легко убедиться, если посмотреть на радугу через поляризационную призму Николя. При небольших углах поворота призмы радуга полностью пропадает.
Радуга без дождя?
Бывают ли радуги без дождя или без полос падения дождя? Оказывается, бывают — РІ лаборатории. Рскусственные радуги создавались РІ результате преломления света РІ РѕРґРЅРѕР№ подвешенной капельке дистиллированной РІРѕРґС‹, РІРѕРґС‹ СЃ СЃРёСЂРѕРїРѕРј или прозрачного масла. Размеры капель варьировали РѕС‚ 1,5 РґРѕ 4,5 РјРј. Тяжелые капли вытягивались РїРѕРґ действием силы тяжести, Рё РёС… сечение РІ вертикальной плоскости представляло СЃРѕР±РѕСЋ эллипс. РџСЂРё освещении капельки лучом гелий-неонового лазера (СЃ длиной волны 0,6328 РјРєРј) появлялись РЅРµ только первая Рё вторая радуги, РЅРѕ Рё необычайно СЏСЂРєРёРµ третья Рё четвертая, СЃ центром РІРѕРєСЂСѓРі источника света (РІ данном случае лазера). РРЅРѕРіРґР° удавалось получать даже пятую Рё шестую радуги. Рти радуги, как первая Рё вторая, СЃРЅРѕРїР° были РІ стороне, противоположной источнику.
Ртак, РѕРґРЅР° капелька создала столько радуг! Правда, эти радуги РЅРµ были радужными. Р’СЃРµ РѕРЅРё были одноцветными, красными, так как образоВваны РЅРµ белым источником света, Р° монохроматическим красным лучом.
Туманная радуга
Р’ РїСЂРёСЂРѕРґРµ встречаются белые радуги, Рѕ которых говорилось выше. РћРЅРё появляются РїСЂРё освещении солнечными лучами слабого тумана, состояВщего РёР· капелек радиусом 0,025 РјРј или менее. РС… называют туманными радугами. РљСЂРѕРјРµ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ радуги РІ РІРёРґРµ блестящей белой РґСѓРіРё СЃ едва заметным желтоватым краем наблюдаются РёРЅРѕРіРґР° окрашенные дополниВтельные РґСѓРіРё: очень слабая голубая или зеленая РґСѓРіР°, Р° затем белесовато-красная.
Аналогичного вида белую радугу можно увидеть, когда луч прожектора, расположенного сзади вас, освещает интенсивную дымку или слабый туман перед вами. Даже уличный фонарь может создать, хотя и очень слабую, белую радугу, видимую на темном фоне ночного неба.
Лунные радуги
Аналогично солнечным могут возникнуть и лунные радуги. Они более слабые и появляются при полной Луне. Лунные радуги явление более редкое, чем солнечные. Для их возникновения необходимо сочетание двух условий: полная Луна, не закрытая облаками, и выпадение ливневого дождя или полос его падения (не достигающих Земли). Ливневые дожди, обусловленные дневными конвективными движениями воздуха, значительно реже выпадают ночью.
Лунные радуги могут наблюдаться в любом месте земного шара, где осуществятся перечисленные два условия.
Дневные, солнечные радуги, даже образованные самими мелкими капВлями дождя или тумана, довольно белесые, светлые, Рё РІСЃРµ же наружный край РёС… хотя Р±С‹ слабо, РЅРѕ окрашен РІ оранжевый или желтый цвет. Радуги, образованные лунными лучами, совсем РЅРµ оправдывают своего названия, так как РѕРЅРё РЅРµ радужные Рё выглядят как светлые, совершенно белые РґСѓРіРё.
Отсутствие красного цвета Сѓ лунных радуг даже РїСЂРё крупных каплях ливневого дождя объясняется РЅРёР·РєРёРј уровнем освещения ночью, РїСЂРё РєРѕВтором полностью теряется чувствительность глаза Рє лучам красного цвета. Остальные цветные лучи радуги также теряют РІ значительной степени СЃРІРѕР№ цветовой тон РёР·-Р·Р° ахроматичности (неокрашенности) ночного зрения человека.
Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
Дальневосточный Государственный Технический Университет
Тема: Рлементарная теория радуги.
Выполнил:
Проверил: Гайдай Р›.Р.
Список литературы
1. Суорд, Клиффорд «Необыкновенная физика обыкновенных явлений»
2. Тарасов Л.В. «Физика в природе», М.- 1989.
3. Зверева В.Л. «Солнечный свет в атмосфере», М.-1988.
www.ronl.ru
Одно из самых потрясающих явлений неживой природы – это радуга. Она всегда удивляла и поражала своей красотой. Ученые давно размышляют по поводу этого загадочного эффекта. Как всем известно, радуга в природе сопутствует дождю, как бы сопровождая его. Ее появление зависит от того, как движется облако, принесшее осадки. Она возникает перед дождем, во время него или, когда он уже закончился.
Рто цветная РґСѓРіР° угловым радиусом 42В°, ее можно увидеть РЅР° фоне дождя. РћРЅР° встречается РІ той стороне неба, которая противоположна солнцу. Рто притом, что солнце РЅРµ закрыто облаками. Очень часто такие условия создаются РІ жаркое время РіРѕРґР°, то есть летом, РєРѕРіРґР° РёРґСѓС‚ грибные дожди. Центр радуги - это антисолярная точка, диаметрально противоположная Солнцу. Даже маленькие дети знают, что РІ радуге семь цветов. Рђ также ее можно увидеть около фонтанов Рё водопадов. РћРЅР° появляется РЅР° фоне капель.
Откуда же берется этот загадочный разноцветный свет? Радуга в природе - это разбитый на части солнечный свет, он является ее источником. Он перемещается так, что видится нам исходящим от той части неба, которая противоположна Солнцу. Особенности радуги объясняет теория Декарта-Ньютона. Она была создана больше трехсот лет назад.
Тот предмет, который раскладывает луч света на его частички, называется призмой. Если речь идет о появлении радуги, то ей помогают капли дождя или воды. Так как играют роль той самой призмы. Радуга в природе – это огромный спектр или полоса многоцветных линий, которые образовались в результате того, что разложились, когда проходили через капли дождя.
Оттенки расположены РІ строгом РїРѕСЂСЏРґРєРµ. Рто выглядит, например, РІРѕС‚ таким образом: «Каждый охотник желает знать, РіРґРµ СЃРёРґРёС‚ фазан». Очень легко запомнить. Первая Р±СѓРєРІР° РІ каждом слове соответствует названию цвета РЅР° самой радуге:
Радуга в природе появляется в то время, когда вместе с потоком дождя светит Солнце. Чтобы увидеть это великолепное явление, необходимо находиться между небесным светилом и, конечно же, осадками. Только Солнце должно быть сзади, а ливень – впереди.
Рта сияющая разнообразными красками РґСѓРіР° всегда интересовала первобытные народы. РћРЅРё придумывали разные истории Рё небылицы. Например, то, что радуга раскрывается над планетой, Рё РЅР° ней отдыхают птицы РёР· рая Рё души. Рђ славяне издавна считали, что радуга как Р±С‹ пьет РІРѕРґСѓ РёР· озер, морей Рё рек, словно змея, опуская СЃРІРѕРµ жало, набирает РІРѕРґСѓ Рё пускает дождь. Есть странное поверье Рѕ том, что злая ведьма однажды украдет небесную РґСѓРіСѓ, Рё РЅР° планете наступит засуха, которая РїРѕРіСѓР±РёС‚ РІСЃРµ живое.
Р’ каждой стране есть СЃРІРѕРё поверья, которые рассказывают Рѕ национальных героях. Р’РѕС‚, например, арабы считали, что радуга - это лук Р±РѕРіР° Кузаха. Рпосле тяжелой битвы СЃ темными силами, которые РЅРµ хотели, чтобы Солнце светило РЅР° небе, РѕРЅ повесил СЃРІРѕРµ оружие РЅР° облака. Рли то, что радуга - это линия между землей Рё небом. Рдуши, обитавшие РІ вышине, спускаются РїРѕ ней, посещая нашу планету. Хорваты верят РІ то, что Бог учит женщин сочетать правильно цвета СЃ помощью радуги, так как РѕРЅР° содержит семь основных цветов.
Радуга — явление природы, которое поражает своей красотой. У многих народов она олицетворяла собой символ большого успеха, особенно если посчастливилось увидеть ее двойной. А если вам удалось проехать под ней или пройти, то удача будет преследовать вас везде! Рдети очень радуются, когда видят это чудо природы, такое красочное и мистическое, придумывая свои истории и чудные добрые сказки. А самое главное - безоговорочно верят в них и делятся с другими.
fb.ru
Во многих культурах существуют легенды и мифы о силе радуги, люди посвящают ей произведения искусства, музыки и поэзии.
Психологи утверждают, что люди восхищаются этим природным явлением, потому что радуга является обещанием светлого, "радужного" будущего.
С технической точки зрения радуга возникает, когда свет проходит через капельки воды в атмосфере, и преломление света приводит к привычному всем нам виду изогнутой арки разных цветов.
Вот эти и другие интересные факты о радуге:
Чаще всего радуга возникает утром Рё вечером. Чтобы радуга смогла сформироваться, солнечный свет должен попасть РІ дождевую каплю РїРѕРґ углом примерно 42 градуса. Рто РІСЂСЏРґ ли произойдет, РєРѕРіРґР° Солнце находится выше, чем РїРѕРґ углом 42 градуса РІ небе.
Радугу можно увидеть и после наступления темноты. Такое явление называют лунной радугой. В этом случае лучи света преломляются при отражении от Луны, а не напрямую от Солнца.
Как правило, она бывает менее яркой, так как чем ярче свет, тем разноцветнее радуга.
Свет, отраженный РѕС‚ определенных дождевых капель, отражается РѕС‚ РґСЂСѓРіРёС… капель СЃ совершенно разного угла для каждого РёР· нас. Рто создает Рё разный образ радуги.
Так как два человека не могут находиться в одном и том же месте, они не могут видеть одну и ту же радугу. Более того, даже каждый наш глаз видит разную радугу.
РљРѕРіРґР° РјС‹ смотрим РЅР° радугу, кажется, будто РѕРЅР° передвигается вместе СЃ нами. Рто РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ потому, что свет, который ее формирует, проделывает это СЃ определенного расстояния Рё угла для наблюдателя. Рэто расстояние всегда останется между нами Рё радугой.
Многие из нас с детства помнят стишок, который позволяет запомнить 7 классических цветов радуги (Каждый охотник желает знать, где сидит фазан).
Каждый - красный
Охотник - оранжевый
Желает - желтый
Знать - зеленый
Где - голубой
РЎРёРґРёС‚ - СЃРёРЅРёР№
Фазан – фиолетовый
Однако на самом деле радуга состоит из более чем миллиона цветов, включая цвета, которые человеческий глаз не может увидеть.
Мы можем увидеть больше одной радуги, если свет отражается внутри капли и разделяется на составляющие цвета. Двойная радуга появляется, когда это происходит внутри капли дважды, тройная - когда трижды и так далее.
При четверной радуге, каждый раз, когда отражается луч, свет, а соответственно и радуга становится бледнее и потому последние две радуги видны очень слабо.
Самые необычные природные явления и где их можно увидеть
Чтобы увидеть такую радугу, нужно чтобы совпало сразу несколько факторов, а именно абсолютно черное облако, и либо равномерное распределение размеров дождевых капель, либо проливной дождь.
Рспользуя поляризационные солнечные очки можно перестать видеть радугу. Рто РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ потому, что РѕРЅРё покрыты очень тонким слоем молекул, которые расположены РІ вертикальные СЂСЏРґС‹, Р° свет, отраженный РѕС‚ РІРѕРґС‹, поляризуется горизонтально. Рто явление можно увидеть РЅР° видео.
Вы можете также сделать настоящую радугу в домашних условиях. Существует несколько методов.
1. Метод с использованием стакана воды
- Наполните стакан водой и поместите его на стол перед окном в солнечный день.
- Поместите листок белой бумаги на пол.
- Намочите окно горячей водой.
- Регулируйте стакан и бумагу, пока не увидите радугу.
2. Метод с использованием зеркала
- Поместите зеркало внутри стакана наполненного водой.
- Комната должна быть темной, а стены белые.
- Посветите фонариком в воду, двигая его, пока не увидите радугу.
3. Метод с использованием компакт диска
- Возьмите компакт- диск, и протрите его, чтобы он не был пыльным.
- Положите его на плоскую поверхность, под свет или перед окном.
- Смотрите на диск и наслаждайтесь радугой. Можете покрутить диск, чтобы увидеть, как передвигаются цвета.
4. Метод дымки
- Рспользуйте шланг для РІРѕРґС‹ РІ солнечный день.
- Закройте пальцем отверстие шланга, создавая дымку
- Направьте шланг в сторону Солнца.
- Посмотрите на дымку, пока не увидите радугу.
Перевод: Филипенко Л. В.
www.infoniac.ru