Образование радуги в небе какое физическое явление. Почему появляется радуга
Читайте также
Обычно радуга - это цветная дуга угловым радиусом 42°, видимая на фоне завесы ливневого дождя или полос падения дождя, часто не достигающих поверхности Земли. Радуга видна в стороне небосвода, противоположной Солнцу, и обязательно при Солнце, не закрытом облаками.
Центром радуги является точка, диаметрально противоположная Солнцу,- антисолярная точка. Внешняя дуга радуги красная, за нею идет оранжевая, желтая, зеленая дуги и т. д., кончая внутренней фиолетовой.
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 Рене Декарт в 1637 г. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя.
Спустя 30 лет Исаак Ньютон, открывший дисперсию белого света при преломлении, дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя.
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.
Итак, пусть параллельный пучок солнечных лучей падает на каплю. Ввиду того что поверхность капли кривая, у разных лучей будут разные углы падения. Они изменяются от 0 до 90°. Проследим путь луча, проходящего через каплю. Преломившись на границе воздух-вода, луч входит в каплю и доходит до противоположной границы. Часть энергии луча, преломившись, выходит из капли, часть, испытав внутреннее отражение, снова идет внутри капли до очередного места отражения. Здесь снова часть энергии луча, преломившись, выходит из капли, а некоторая часть, испытав второе внутреннее отражение, идет через каплю и т. д. В принципе луч может испытывать любое число внутренних отражений, а преломлений у каждого луча два - при входе и при выходе из капли. 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. Только минимально отклоненный луч и самые близкие к нему лучи обладают достаточной интенсивностью, чтобы образовать радугу. Поэтому этот луч и называют лучом радуги.
Каждый белый луч, преломляясь в капле, разлагается в спектр, и из капли выходит пучок расходящихся цветных лучей. Поскольку у красных лучей показатель преломления меньше, чем у других цветных лучей, то они и будут испытывать минимальное отклонение по сравнению с остальными. Минимальные отклонения крайних цветных лучей видимого спектра красных и фиолетовых оказываются следующими: D1k= 137°30\" и D1ф = 139°20\". Остальные цветные лучи займут промежуточные между ними положения.
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 в пучке света, падающего на каплю? Их много, по существу, они образуют целый цилиндр. Геометрическое место точек их падения на 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!
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.
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.
Экология
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:
7 фактов о радуге (с фото)
1. Радугу редко можно увидеть в полдень
Чаще всего радуга возникает утром и вечером. Чтобы радуга смогла сформироваться, солнечный свет должен попасть в дождевую каплю под углом примерно 42 градуса. Это вряд ли произойдет, когда Солнце находится выше, чем под углом 42 градуса в небе.
2. Радуга появляется и ночью
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.
3. Два человека не могут видеть одну и ту же радугу
Свет, отраженный от определенных дождевых капель, отражается от других капель с совершенно разного угла для каждого из нас. Это создает и 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.
4. Мы никогда не сможем достичь конца радуги
Когда мы смотрим на радугу, кажется, будто она передвигается вместе с нами. Это происходит потому, что свет, который ее формирует, проделывает это с определенного расстояния и угла для наблюдателя. И это расстояние всегда останется между нами и радугой.
5. Мы не можем видеть все цвета радуги
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
Сидит - синий
Фазан – фиолетовый
Однако на самом деле радуга состоит из более чем миллиона цветов, включая цвета, которые человеческий глаз не может увидеть.
6. Радуга бывает двойной, тройной и даже четверной
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.
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.
7. Вы можете сами заставить радугу исчезнуть
Используя поляризационные солнечные очки можно перестать видеть радугу. Это происходит потому, что они покрыты очень тонким слоем молекул, которые расположены в вертикальные ряды, а свет, отраженный от воды, поляризуется горизонтально. Это явление можно увидеть на видео.
Как сделать радугу?
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
Используйте шланг для воды в солнечный день.
Закройте пальцем отверстие шланга, создавая дымку
Направьте шланг в сторону Солнца.
Посмотрите на дымку, пока не увидите радугу.
Всем нам неоднократно приходилось видеть такое удивительное и завораживающее явление природы - радугу. Как же она возникает, за счет чего на небе появляется огромная семицветная дуга? Рассмотрим подробнее суть радуги как атмосферного и природного явления.
Что такое радуга как природное явление?
Радуга - одно из красивейших природных явлений, которое принято наблюдать после дождя. Радуга видна после дождя, потому что солнце освещает множество водяных капель в атмосферном слое Земли. По форме радуга представляет собой полуокружность или дугу, составленную из семи цветов спектра - разноцветной полосы. Чем выше точка наблюдения радуги, тем она полнее и насыщеннее: например, с высоты самолета можно увидеть даже полную окружность, которую описывает радуга. Есть одна природная закономерность: когда вы наблюдаете радужную дугу, солнце всегда расположено за вашей спиной.
Как и почему возникает радуга?
Радуга - это в первую очередь физическое явление, в основе которого лежит взаимодействие света и воды. Солнечный свет преломляется и отражается каплями воды, которые парят в атмосфере. Капли по-разному отражают или отклоняют от себя свет. Наблюдатель, который стоит спиной к солнцу (источник света), видит перед собой разноцветное свечение. Это ничто иное, как белый свет, разлагающийся на спектр из семи цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Но следует отметить, что у радуги, как у многих физических явлений, есть особенность: семь цветов - ничто иное, как оптический обман, на самом же деле спектр непрерывен, а его цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.
Цвета радуги
Цветовая гамма радуги знакома едва ли не каждому благодаря детской считалке "Каждый охотник желает знать, где сидит фазан". Принято говорить о семи спектральных цветах: красном, оранжевом, желтом, зеленом, голубом, синем и фиолетовом. Однако количество воспринимаемых глазом цветов зависит также от культуры конкретного народа и эпохи. Давайте рассмотрим, как разные народы видели радужные цвета.
- Для русского народа радуга - дуга из семи цветов.
- Для британцев и американцев радуга - это шесть цветов, поскольку голубой и синий в английском - один и тот же цвет.
- У австралийских аборигенов радуга соотносилась с шестью символическими змеями.
- Некоторые африканские племена выделяют лишь два радужных цвета, вернее сказать, оттенка - светлый и темный.
- Великий древнегреческий философ Аристотель выделял лишь три основных цвета: красный, фиолетовый и зеленый, а их комбинации, по его мнению, давали остальные цвета.
Также вам могут быть интересны следующие статьи.
Ответ редакцииЛюди с незапамятных времён пытались объяснить природу радуги. Жители Древней Руси верили, что разноцветные полосы в небе — это сияющее коромысло, с помощью которого Лада Перуница черпает воду из моря-океана, чтобы потом оросить ею поля и нивы. Другой версии придерживались американские индейцы, которые были уверены, что радуга — это лестница, ведущая в мир иной. Ну а суровые скандинавы отождествляли небесную дугу с мостом, на котором днём и ночью несёт дозор страж богов Хеймдалль .
АиФ.ru рассказывает, как объясняет образование этого природного явления современная наука, а также делится секретами того, как самому стать стражем радуги.
Почему появляется радуга?
Чтобы разобраться, почему появляется радуга, необходимо вспомнить о том, что представляет собой луч света. Из курса школьной физики известно, что он состоит из летящих с огромной скоростью частиц — отрезков электромагнитной волны. Короткие и длинные волны различаются по цвету, но все вместе в едином потоке они воспринимаются человеческим глазом как белый свет.
И только когда луч света «натыкается» на прозрачную преграду — каплю воды или стекло — он распадается на различные цвета.
Самые короткие электромагнитные волны красного цвета обладают наименьшей энергией, поэтому они отклоняются меньше других. Самые же длинные волны фиолетового цвета, напротив, отклоняются больше остальных. Таким образом, большая часть цветов радуги располагается в промежутке между красной и фиолетовой линиями.
Человеческий глаз различает семь цветов — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Но следует иметь в виду, что на самом деле цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.
Внутренняя сторона белой радуги может быть немного окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя — в оранжевый.
Как и где появляется огненная радуга?
Огненная радуга. Фото: www.globallookpress.com
Огненная радуга преимущественно появляется в области перистых облаков: мелкие льдинки отражают падающий свет и буквально «зажигают» облака, окрашивая их в различные цвета.
Можно ли увидеть радугу ночью?
Да, это возможно. Свет Луны, отражённый частицами воды от дождя или водопада, образует цветовой спектр , который ночью неразличим для глаза и кажется белым ввиду особенностей человеческого зрения в условиях плохой освещённости. Лучше всего такая радуга видна во время полнолуния.
Лунная радуга. Фото: Shutterstock.com / Muskoka Stock Photos
Как сделать радугу своими руками?
Понадобится: стакан, вода, лист бумаги.
Что делать:
1. Поставить заполненный водой гранёный стакан к окну, откуда светит солнце.
2. Лист бумаги положить на пол недалеко от окна так, чтобы на него падал свет.
3. Смочить окно горячей водой.
4. Менять положение стакана и листа бумаги до тех пор, пока радуга не станет видна.
Понадобится: шланг с водой.
Что делать:
1. Взять шланг с бегущей водой и слегка зажать его «горлышко», чтобы появились брызги.
3. Присмотреться и увидеть в брызгах радугу.
Как запомнить цвета радуги?
Существуют специальные фразы, которые помогают запомнить последовательность цветов радуги. Первая буква каждого слова соответствует первой букве цвета радужной полосы — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.
Каждый охотник желает знать, где сидит фазан.
Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь.
Крот овце, жирафу, зайке гладил старые фуфайки.
Каждый оформитель желает знать, где скачать фотошоп.
Кем ощущается жестокий звон гонга сопротивления фатальности?
Как предсказать погоду по радуге?
Если в спектре радуги преобладает красный цвет, то нужно ждать сильного ветра.
Дождливая погода в ближайшие дни будет, если увидеть двойную или тройную радугу.
Высокая радуга сигнализирует о том, что погода будет ясной, а низкая — что дождливой.
Если больше зелёного цвета — будут дожди, жёлтого — хорошая погода, красного — ветер и засуха.
Радуга зимой — редкость, она сигнализирует о надвигающемся морозе или снеге.
Радуга вдоль реки к сильному дождю, а поперёк — к ясной погоде.
Появление радуги в субботу обещает дождливую следующую неделю.
© АиФ Новосибирск
© russianlook.com
© wikimedia.org/Fabien1309
© wikimedia.org/Brocken Inaglory
Радуга в истории, или История радуги
Радуга - впечатляющее небесное явление, ее появление вместе с первыми весенними дождями является знамением возрождения природы, прихода лета, благодатного союза неба и земли, а роскошные цвета, которыми сияет радуга, в представлении предков были драгоценным убором, в который облекаются небеса.
САМО НАЗВАНИЕ "РАДУГА" ПРОИСХОДИТ ОТ СЛОВОСОЧЕТАНИЯ "РАЙСКАЯ ДУГА". Ее считали доброй предвестницей. Люди с давних времен задумывались над природой такого чудесного явления, как радуга. Человечество связало радугу со множеством поверий и легенд. К примеру, существует старинное английское поверье, согласно которому у подножия радуги можно найти горшок с золотом. Радуга вдохновляла и будет вдохновлять многих поэтов, художников и фотографов на создание ярчайших произведений искусства.
В Китае радуга символизирует небесного дракона, союз Неба и Земли, знак объединения инь и ян.
В Древней Индии радуга - это лук Индры-громовержца; кроме того, в индуизме и буддизме "радужное тело" - это высшее йогическое состояние, достижимое в царстве сансары.
В исламе радуга состоит из четырех цветов - красного, желтого, зеленого и синего, соответствующих четырем стихиям.
В некоторых африканских мифах с радугой отождествляют небесную змею, которая служит стражем сокровищ или же охватывает кольцом Землю. Согласно поверьям многих африканских народов, в тех местах, где радуга касается земли, можно найти клад (драгоценные камни, раковины каури или бисер).
Американские индейцы отождествляли радугу с лестницей, по которой можно подняться в иной мир. У инков радуга связывалась со священным Солнцем, и правители инков носили ее изображение на своих гербах и эмблемах.
В скандинавской мифологии радуга - это мост Биврест, соединяющий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов); красная полоса радуги - вечный огонь, который безвреден для Асов, но сожжет любого смертного, который попытается подняться по мосту. Охраняет Биврест Ас Хеймдалль.
В Древней Греции богиней радуги была девственная Ирида; она изображалась с крыльями и кадуцеем. Ее одеяние составляют переливающиеся цветами радуги капли росы.
В армянской мифологии радуга - это пояс Тира (древнеармянского божества письменности, искусств и наук).
В славянских мифах и легендах радугу считали волшебным небесным мостом, перекинутым с неба на землю, дорогой, по которой ангелы сходят с небес набирать воду из рек. Эту воду они наливают в облака, и оттуда она падает живительным дождем. В некоторых местностях верят, что радуга - это сверкающее коромысло, которым небесная царица Громовница (древняя богиня весны и плодородия) черпает из моря-океана воду и орошает ею поля. Это коромысло хранится на небе, и ночью его можно видеть в созвездии Большой Медведицы.
В христианстве радуга символизирует прощение, пакт между Богом и человеком - Ноем в знак того, что больше не будет всемирного потопа. В христианской символике средневековья три главных цвета радуги толкуются как образы всемирного потопа (синий), мирового пожара (красный) и новой земли (зеленый), а семь цветов - как образы Семи Таинств.
А ЧТО ЖЕ ТАКОЕ РАДУГА КАК ФИЗИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ? Какое объяснение дает наука этому феномену?
Радуга - атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое при освещении лучами Солнца (иногда и Луны) множества водяных капель (дождя или тумана) в атмосфере Земли в результате физического явления дисперсии света, т.е. разложения белого света на составляющие цвета. Радуга выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из разных цветов.
Впервые попытался объяснить явление радуги греческий философ и ученый Аристотель (384?322гг. до н. э.). Он считал, что солнечные лучи, отражаясь необычным образом от дождевого облака, образуют конус радужных лучей.
В 1304 году немецкий монах Теодорик отошел от аристотелевой гипотезы о коллективном отражении света дождевыми каплями и предположил, что каждая капелька по отдельности может создать радугу. Он подтвердил свою гипотезу экспериментальным созданием модели радуги при отражении света от сферической стеклянной колбы с водой.
Затем персидский астроном Кутбад-Динаш-Ширази (1236-1311гг.), а возможно, и его ученик Камал ал-дин ал-Фариси (1260-1320гг.) дал достаточно точное объяснение этому феномену. Примерно одновременно объяснение радуги предложил и немецкий ученый Дитер Фрейбургский.
Угол между падающим световым лучом и направлением от глаза наблюдателя на радугу был впервые измерен Робертом Бэконом в 1266 году. Было установлено, что он составляет примерно 42 градуса.
Позже общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом. На основании опытных наблюдений он пришел к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления - при входе в каплю и при выходе из нее. Далее, в 1635 году, Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в своем труде "Метеоры". В частности, он верно объяснил механизм образования первичной и вторичной радуги, а также распределение интенсивности света при формировании радуги.
Затем И. Ньютон в своем трактате "Оптика" дополнил теорию Декарта и де Доминиса тем, что разъяснил причины возникновения цветов радуги. В радуге при этом И. Ньютон выделял семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.
ПОЛНАЯ ЖЕ ТЕОРИЯРАДУГИ С УЧЕТОМ ДИФРАКЦИИ СВЕТА, которая зависит от соотношения длины волны света и размера капли, была построена лишь в XIX веке учеными Дж.Б. Эри (1836) и Дж.М. Пернтером (1897).
Следует иметь в виду, что на самом деле спектр радуги непрерывен и его цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков, но, несмотря на это, во многих странах мира в нем выделяют 7 или 6 (например, в Японии и англоязычных странах) цветов.
Цвета в радуге расположены в последовательности, соответствующей спектру видимого света. Как известно, существуют мнемонические фразы для запоминания этой последовательности. Этих фраз достаточно много, на разных языках. Вот на русском некоторые из них: Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан; Как Однажды Жак-Звонарь Головой Сломал Фонарь; Крот Овце, Жирафу, Зайке Голубые Сшил Фуфайки, а также на английском: RichardОfYorkGaveBattleInVain и т. д. В этих фразах начальная буква каждого слова соответствует начальной букве названия определенного цвета.