Какой бывает радуга? - начинающим физикам


Какой бывает радуга? - начинающим физикам

Когда появляется радуга?


Аристотель стал первым человеком, который вывел гипотезу о том, что радуга - это не предмет или вещество, а изображение, похожее на мираж в пустыне.
Теперь каждый знает, что радуга, объясняется физическими законами оптики.
В 1631 г. французский философ, математик и физик Рене Декарт впервые дал научное пояснение радуге.
Прежде всего, Декарт установил, при каких условиях мы видим радугу.

Чтобы видеть радугу, надо стать  между Солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед лицом).
Центр окружности, которую описывает радуга, всегда лежит на прямой, проходящей через солнце и глаз наблюдателя.



Радугу можно представить как часть (СБД) огромной окружности, через центр которой (О1) проходит ось (ОО1), соединяющая Солнце и наблюдателя (О).
Здесь OCД будет плоскостью земной поверхности, а угол АОО1 - угловой высотой Солнца над горизонтом.
СД - линия горизонта, а точка О1 лежит ниже уровня горизонта.
Вообще-то радуга имеет форму окружности, но мы наблюдаем лишь половину дуги.
На равнине мы видим радугу как полукруг.
Целиком радугу можно увидеть лишь на большой высоте, с борта самолёта или с высокой горы.



Оказывается, радугу можно наблюдать только при низком положении солнца, когда оно находится над горизонтом не выше чем на 42°.
А это значит, что радугу можно наблюдать только рано утром или ближе к вечеру.
Утренняя радуга возникает, если солнце находится на востоке, а дождь идет на западе.
Во второй половине дня радуга появляется, когда солнце расположено на западе, а дождь льет на востоке.

И наконец, в воздухе должны быть распылены мелкие капли воды от дождя или тумана.
Радуга появляется, например, когда идет дождь и одновременно светит солнце.



Декарт поставил опыт, который показал, что происходит, когда луч света падает на водяную каплю.
Оказалось, что он отражается и преломляется согласно законам, незадолго до опытов Декарта открытым Снеллиусом.
Декарт построил и рассчитал ход преломления и отражения 10 тысяч (!) падающих на каплю световых лучей.
Лучи с номерами от 8500 до 8600 отклонялись на наибольший возможный угол, составивший 42°.
За пределами этого угла радуги не бывает.
Так отражается и преломляется луч света в капле воды:



Солнце посылает свои лучи, которые, попадая на капельки дождя, создают спектр.
Цвет дуги определяется зависимостью преломления света от его длины волны.


От чего зависит ширина и яркость радуги?


Радуга может быть разной по ширине и яркости цветов.
Это зависит от размера капель, на которых преломляется свет.
Если частицы воды крупные — радуга будет яркой и узкой.
Радуга особенно ярка во время кратковременного летнего дождя, когда на землю выпадают частые крупные капли.
Если же капли мелкие, то радуга окажется широкой, но с блеклыми оранжевыми и желтыми краями.
По виду радужных полос на небе можно определять величину дождевых капель.


Что такое перевернутая радуга?


Иногда вам может повезти, и вы увидите редко встречающуюся перевёрнутую радугу.
Она возникает, когда на высоте порядка 7-8 километров появляются перистые облака, состоящие из ледяных кристалликов.



Солнечный свет, падая под определённым углом на эти кристаллы, разлагается на спектр и отражается.
Цвет в перевёрнутой радуге располагается в обратном порядке: сверху находится фиолетовый, а снизу - красный.


Сколько радуг можно увидеть одновременно?


Иногда лучи света, прошедшие внутрь капли, отражаются от нее два раза и более.
Тогда на небе видны сразу две радуги (третья и последующие, как правило, неразличимы для глаза).



При этом у второй радуги цвета полос располагаются в обратном порядке - верхняя часть дуги имеет фиолетовую окраску, а нижняя - красную.
Так как при двойном отражении в капле теряется больше света, яркость второй радуги всегда меньше, и она выглядит бледнее. То есть первая радуга, внутренняя, всегда ярче второй, внешней.
Небо между радугами всегда более тёмное, чем другие участки неба.
Участок неба между двумя радугами называется полосой Александра.


Лунная радуга.


В яркую лунную ночь можно увидеть радугу от Луны.
Свет Луны, отражённый частицами воды от дождя или водопада, образует цветовой спектр, который ночью едва различим для глаза человека.
Лучше всего такая радуга видна во время полнолуния.

Разглядеть лунную радугу можно на противоположной от Луны стороне неба во время полнолуния (плюс-минус несколько ночей).
Луна  должна  находиться низко над горизонтом, небосвод -  быть практически черным, и конечно, с противоположной стороны от Луны должен моросить дождь.
Цвета лунной радуги рассмотреть непросто — ее свет для наших глаз слишком слаб.
А если ее наблюдать с помощью оптических приборов, то можно увидеть лишь дугу белого цвета.


Что такое огненная радуга?


Огненная радуга - это редкое оптическое явление в атмосфере.
Огненная радуга преимущественно появляется в области перистых облаков.



Огненную радугу можно увидеть, когда солнечный свет проходит сквозь эти облака под углом 58 градусов над горизонтом.
Ледяные шестиугольные кристаллы в облаках преломляют падающие лучи и «зажигают» облака, окрашивая их в различные цвета.


Вы видели туманную радугу?


Иногда на небе можно заметить туманную или белую радугу.
Она видна при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из очень мелких капелек воды.
Такая радуга окрашена в очень бледные цвета.
Совсем мелкие капельки придают радуге белый цвет.
Туманная радуга может появляться и ночью во время тумана, когда на небе яркая Луна.


Следующая страница