Радуга

Радуга - это красивое небесное явление - всегда привлекала внимание человека. В прежние времена, когда люди еще мало знали об окружающем мире, радугу считали «небесным знамением». Так, древние греки думали, что радуга - это улыбка богини Ириды.

Радуга наблюдается в стороне, противоположной Солнцу, на фоне дождевых облаков или дождя. Разноцветная дуга обычно находится от наблюдателя на расстоянии 1-2 км, а иногда ее можно наблюдать на расстоянии 2-3 м на фоне водяных капель, образованных фонтанами или распылителями воды.

Центр радуги находится на продолжении прямой, соединяющей Солнце и глаз наблюдателя - на противосолнечной линии. Угол между направлением на главную радугу и противосолнечной линией составляет 41є - 42є

В момент восхода солнца противосолнечная точка находится на линии горизонта, и радуга имеет вид полуокружности. По мере поднятия Солнца противосолнечная точка опускается под горизонт и размер радуги уменьшается. Она представляет собой лишь часть окружности.

Часто наблюдается побочная радуга, концентрическая с первой, с угловым радиусом около 52є и обратным расположением цветов.

Основная радуга образуется за счёт отражения света в каплях воды. А побочная радуга образуется в результате двукратного отражения света внутри каждой капли. В этом случае лучи света выходят из капли под другими углами, чем те, которые дают основную радугу, и цвета в побочной радуге располагаются в обратной последовательности.

Ход лучей в капле воды: а - при одном отражении, б - при двух отражениях

При высоте Солнца 41є главная радуга перестает быть видимой и над горизонтом выступает лишь часть побочной радуги, а при высоте Солнца более 52є не видна и побочная радуга. Поэтому в средних экваториальных широтах в околополуденные часы это явление природы никогда не наблюдается.

У радуги различают семь основных цветов, плавно переходящих один в другой. Вид дуги, яркость цветов, ширина полос зависят от размеров капелек воды и их количества. Большие капли создают более узкую радугу, с резко выделяющимися цветами, малые - дугу расплывчатую, блеклую и даже белую. Вот почему яркая узкая радуга видна летом после грозового дождя, во время которого падают крупные капли.

Впервые теория радуги была дана в 1637 году Рене Декартом. Он объяснил радугу, как явление, связанное с отражением и преломлением света в дождевых каплях. Образование цветов и их последовательность были объяснены позже, после разгадки сложной природы белого света и его дисперсии в среде.

Образование радуги

Можно рассмотреть простейший случай: пусть на капли, имеющих форму шара, падает пучок параллельных солнечных лучей. Луч, падающий на поверхность капли в точке А, преломляется внутри нее по закону преломления: n sin б=n sin в, где n=1, n?1,33 - соответственно показатели преломления воздуха и воды, б - угол падения, а в - угол преломления света.

Внутри капли идет по прямой луч АВ. В точке В происходит частичное преломление луча и частичное его отражение. Надо заметить, что, чем меньше угол падения в точке В, а следовательно и в точке А, тем меньше интенсивность отраженного луча и тем больше интенсивность преломленного луча.

Луч АВ после отражения в точке В происходит под углом в` = в попадает в точку С, где также происходит частичное отражение и частичное преломление света. Преломленный луч выходит из капли под углом г, а отраженный может пройти дальше, в точку D и т. д. Таким образом, луч света в капле претерпевает многократное отражение и преломление. При каждом отражении некоторая часть лучей света выходит наружу и интенсивность их внутри капли уменьшается. Наиболее интенсивным из выходящих в воздух лучей является луч, вышедший из капли в точке В. Но наблюдать его трудно, так как он теряется на фоне ярких прямых солнечных лучей. Лучи же, преломленные в точке С, создают в совокупности на фоне темной тучи первичную радугу, а лучи, испытывающие преломление в точке D дают вторичную радугу, которая менее интенсивна, чем первичная.

При рассмотрении образования радуги нужно учесть еще одно явление - неодинаковое преломление волн света различной длины, то есть световых лучей разного цвета. Это явление носит название дисперсии. Вследствие дисперсии углы преломления г и угла отклонения лучей в капле различны для лучей различной окраски.

Радуга возникает вследствие дисперсии солнечных лучей в капельках воды. В каждой капельке луч испытывает многократное внутреннее отражение, но при каждом отражении часть энергии выходит наружу. Поэтому чем больше внутренних отражений испытают лучи в капле, тем слабее радуга. Наблюдать радугу можно, если Солнце находится позади наблюдателя. Поэтому самая яркая, первичная радуга формируется из лучей, испытавших одно внутреннее отражение. Они пересекают падающие лучи под углом около 42°. Геометрическим местом точек, расположенных под углом 42° к падающему лучу, является конус, воспринимаемый глазом в его вершине как окружность. При освещении белым светом будет получаться цветная полоса, причем красная дуга всегда выше фиолетовой.

Чаще всего мы наблюдаем одну радугу. Нередки случаи, когда на небосводе появляются одновременно две радужные полосы, расположенные одна за другой; наблюдают и еще большее число небесных дуг - три, четыре и даже пять одновременно. Оказывается, что радуга может возникать не только от прямых лучей; нередко она появляется и в отраженных лучах Солнца. Это можно видеть на берегу морских заливов, больших рек и озер. Три-четыре радуги - обыкновенные и отраженные - создают подчас красивую картину. Так как отраженные от водной поверхности лучи Солнца идут снизу вверх, то радуга образующаяся в лучах, может выглядеть иногда совершенно необычно.

Не следует думать, что радугу можно наблюдать только днем. Она бывает и ночью, правда, всегда слабая. Увидеть такую радугу можно после ночного дождя, когда из-за туч выглянет Луна.

Некоторое подобие радуги можно получить на таком опыте : Нужно колбу, наполненную водой, осветить солнечных светом или лампой через отверстие в белой доске. Тогда на доске отчетливо станет видна радуга, причем угол расхождения лучей по сравнению с начальным направлением составит около 41°- 42°. В естественных условиях экрана нет, изображение возникает на сетчатке глаза, и глаз проецирует это изображение на облака.

Если радуга появляется вечером перед заходом Солнца, то наблюдают красную радугу. В последние пять или десять минут перед закатом все цвета радуги, кроме красного, исчезают, она становится очень яркой и видимой даже спустя десять минут после заката.

Красивое зрелище представляет собой радуга на росе. Ее можно наблюдать при восходе Солнца на траве, покрытой росой. Эта радуга имеет форму гиперболы.

Как после дождя, особенно если он был затяжным, поднимает настроение радуга !

Это явление природы всегда очень удивляло и восхищало людей. С появлением радуги связано множество легенд и поверий.

Как появляется радуга?

Радуга возникает из-за того, что в капельках воды, которые парят в воздухе после дождя или в тумане, свет многократно преломляется и отражается. Разные цвета в свете отклоняются по-разному, из-за этого мы наблюдаем разложение белого света в спектр, т.е. видим радугу.

Кстати, чтобы увидеть радугу, источник света, солнце, должно находится за спиной наблюдателя.

Чаще всего нам удается увидеть первичную радугу, но бывают случаи, когда наблюдалась вторичная радуга. Вторичная радуга всегда менее яркая и появляется она вокруг первой. Появление вторичной радуги обусловлено тем, что свет отражается в каплях воды дважды. Любопытно то, что порядок цветов во вторичной радуге перевернут. То есть фиолетовый находится снаружи, а красный внутри.

Небо между этими двумя радугами выглядит всегда более темным и называется полосой Александра.

Известны случаи наблюдения радуг третьего и даже четвертого порядка. Правда, официально зафиксировать появление четырех радуг удалось только 5 раз за последние 250 лет.

Надо сказать, что в лабораторных условиях возможно воссоздать радугу практически сколь угодно большого порядка. Например, есть документальное подтверждение о получении радуги двухсотого порядка.

Легенды о радуге.

С давних времен люди приписывали радуге чудодейственные свойства и рассказывали про нее много легенд. Практически у всех народов радуга - это светлое и доброе явление, от которого можно ожидать много хорошего.

Древние греки отожествляли радугу с богиней Иридой. Это была богиня - посредница между людьми и богами. Ее изображали с красивыми золотыми крыльями и в одеждах, раскрашенных всеми цветами радуги.

Арабы считали, что во время дождя и грозы бог Кузах борется с силами зла, и, когда дождь заканчивается, в знак победы вешает свой лук-радугу на небо.

Славяне считали также, но их бог носил имя Перун. Также они говорили, что радуга пьет воду из рек и озер, отправляет эту воду на небо, вызывая потом дождь.

В Китае верили, что радуга - небесный дракон, посредник между небом и землей.

Разные народы верили, что радуга - мост между небом и землей, или коромысло, которым богиня Лада черпает воду, или, что это путь на тот свет, и души умерших могут спускаться в наш мир по радуге. Верили, что ведьма может украсть радугу и вызвать засуху.

У болгар вообще есть поверье, что прошедший под радугой изменит свой пол. Поэтому женщины, которые, например, рожали только девочек, старались пройти под радугой, чтобы следующий ребенок родился мальчиком.

В Библии говориться, что радуга впервые появилась на Земле после Великого Потопа, как знак Бога, что больше не повториться такое бедствие.Также в христианстве радугу соотносят с Девой Марией, как посредницей между Богом и людьми.

Любопытно то, разные народы насчитывают разное количество цветов в радуге. На самом деле, конечно, спектр непрерывен, один цвет выходит из другого. Но, отдельные цвета можно различить. У нас принято считать, что в радуге 7 цветов. В Великобритании их насчитывают 6, в Китае - 5, а в арабских странах - всего 4.

Радугу обычно объясняют простым преломлением и отражением солнечных лучей в каплях дождя. Свет выходит из капли в широком диапазоне углов, но наибольшая интенсивность наблюдается под углом, соответствующим радуге. Видимый свет различных длин волн преломляется в капле по-разному, то есть зависит от длины волны света (то есть цвета). Побочная радуга образуется в результате двукратного отражения света внутри каждой капли. В этом случае лучи света выходят из капли под другими углами, чем те, которые дают основную радугу, и цвета в побочной радуге располагаются в обратной последовательности. Расстояние между каплями, которыми обусловлена радуга, и наблюдателя роли не играет

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.

Страница 3 из 5

Виды радуги. Какая радуга бывает?

Первичная радуга - вид радуги, образованный в результате одного отражения света.

Как мы уже знаем, радуга возникает в результате многократного внутреннего отражения света в капельках воды. Чем больше отражений испытал луч света, тем меньше в нем энергии.

Поэтому самой яркой является радуга, образованная из лучей, испытавших только одно отражение. Это так называемая первичная радуга с угловым радиусом 42°.

Полирадуга - вид радуги, образованный в результате многократного отражения луча света в капле воды.

Нередко над первой, или первичной, радугой мы наблюдаем и вторую, так называемую побочную или вторичную радугу , с угловым радиусом 52°. Вместе эти радуги образуют полирадугу или множественную радугу .

Когда Солнце достигает высоты в 42°, первичная радуга перестает быть видна. А при достижении Солнцем высоты в 52°, исчезает и побочная.

Первичная радуга образуется в результате однократного отражения луча света в капле воды. Побочная же радуга – продукт двукратного отражения. Каждое отражение в капле «переворачивает» луч, поэтому цвета во вторичной радуге расположены в обратном порядке, т.е. внешняя полоса фиолетовая, а внутренняя – красная.

Иногда можно наблюдать и третью радугу (угловой радиус 60°), и даже четвертую и пятую. Но это уже крайне редкое оптическое явление в атмосфере.

Полоса Александра - не является видом радуги, но изучается при прохождении темы "Виды радуги".

- это полоса неба, находящаяся между первичной и вторичной радугой. Свое название получила по имени философа Александра Афродисийского, впервые описавшего ее в 200 году н.э.

Полоса Александра выглядит темнее, чем окружающее небо. Для объяснения этого явления вспомним рисунок, изображающий луч Декарта. Как мы помним, лучи, испытавшие однократное отражение, освещают небо под первичной радугой, выходя из капли под углом к солнцу не больше 42,1°.

В результате же двукратного отражения лучи из капли выходят уже под углом больше 50,9°, освещая небо над вторичной радугой. То есть та область неба, которая лежит между 42,1° и 50,9°, не освещается ни при первичной, ни при вторичной радугах. Так и получается, что полоса Александра шириной около 9° является более темной, чем остальное небо.

Лунная радуга - вид радуги, образованный лунными лучами.

Наблюдать радугу можно не только днем, но и ночью. В этом случае в каплях дождя преломляются уже не солнечные лучи, а лунные.

Ничем не отличается от солнечной, разве только яркостью. Человеческому глазу, в силу особенностей своего строения, лунная радуга чаще всего видна как белая. Но на снимках с длительной экспозицией можно получить и цвета.

Так же, как и солнечная радуга, лунная радуга появляется на стороне, противоположной Луне, причем ночное светило должно быть как можно ниже над горизонтом. Лунная радуга появляется только в ночи, когда Луна особенно яркая, а именно в полнолуние и ночи, близкие к нему.

Т.е., чтобы появилась лунная радуга, нужно, чтобы выполнялись три условия:

Полнолуние;

Восход или заход Луны;

Дождь в противоположной от Луны стороне небосвода.

Понятно, что все эти условия одновременно выполняются нечасто, поэтому и лунная радуга – это очень редкое оптическое явление в атмосфере.

Красная радуга - вид радуги, образующийся на закате солнца.

Если радуга появляется на закате Солнца, то наблюдается такое явление, как красная радуга . Она иногда бывает необычайно яркой и видна даже после захода Солнца.

Почему же закатная радуга красного цвета? Лучи Солнца, проходя через толщу атмосферы, рассеиваются, причем интенсивность рассеяния лучей разного цвета не одинакова. Например, более короткие синие волны рассеиваются в 16 раз интенсивнее красных, поэтому днем небо голубое .

На закате же лучи Солнца проходят долгий путь в атмосфере и более короткие лучи рассеиваются по дороге. До нас доходят только длинные волны желтых, красных и оранжевых оттенков. Они и формируют в атмосфере оптическое явление – красную радугу.

Радуга на росе - вид радуги, образующийся в каплях росы.

Иногда ранним утром, сразу после восхода солнца, можно наблюдать радугу на росе .

Механизм образования у нее такой же, как и у обычной радуги.

Однако форму радуга на росе имеет не круговую, а гиперболическую, что является характерной особенностью этого необычного вида радуги.

Наблюдается он крайне редко, но представляет собой незабываемое зрелище.

Сдвоенная радуга - вид радуги, образованный в разных по размеру каплях дождя.

– это две радужные дуги, начинающиеся в одной точке.

Она может возникнуть, когда идет дождь смешанного типа – из больших и малых капель. Большие капли под собственным весом сплющиваются, малые остаются прежней формы.

Эти два типа капель и образуют две пересекающиеся в начальной точке дуги.

Радуга-колесо - вид радуги, образующийся при сильном дожде.

– это прерывистая радуга. Темные участки возникают, когда идет слишком сильный дождь, не позволяющий свету радуги дойти до глаз наблюдателя. Также в образовании разрывов могут участвовать темные тучи.

В итоге получается радуга, по внешнему виду схожая с колесом телеги. А если еще тучи при этом быстро движутся, то возникает иллюзия движения «колеса».

Туманная радуга - вид радуги, образующийся в каплях тумана.

Туманную радугу еще называют белой радугой или туманной дугой . Она представляет собой широкую белую дугу, иногда слабо окрашенную по краям. Внешняя сторона может быть окрашена в фиолетовый цвет, а внутренняя – в оранжевый. Образуется белая радуга в очень мелких капельках тумана радиусом не больше 25 мкм.

Природа белой радуги отличается тем, что формирующие эту радугу капли намного меньше капель, образующих обычную радугу. Белый цвет радуги связан с явлением дифракции света в каплях воды. Чем меньше радиус капель, тем сильнее влияние дифракции. Дифракция, говоря простыми словами, это соединение световых пучков разного цвета в один белый. Т.е., если в крупных каплях свет разлагается на составляющие и образует обычную радугу, то в мелких, наоборот, сливается в один и формирует туманную радугу.

В данной статье мы рассмотрели Виды радуги и ответили на вопрос: Какая радуга бывает? Далее читайте:

Инструкция

Как установил Ньютон, белый световой луч получается в результате взаимодействия лучей разного цвета: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Каждый цвет характеризуется определенной длиной волны и частотой колебаний. На границе прозрачных сред скорость и длина световых волн изменяются, частота колебаний остается прежней. Каждый цвет имеет свой собственный коэффициент преломления. Меньше всего от прежнего направления откланяется луч красного цвета, чуть больше оранжевый, затем желтый и т.д. Наибольший коэффициент преломления имеет фиолетовый луч. Если на пути светового луча установить стеклянную призму, то он не только отклонится, но и распадется на несколько лучей разного цвета.

А теперь . В природе роль стеклянной призмы выполняют дождевые капли, с которыми сталкиваются солнечные лучи при прохождении через атмосферу. Поскольку плотность воды больше , световой луч на границе двух сред преломляется и разлагается на составляющие. Далее цветовые лучи движутся уже внутри капли до столкновения с ее противоположной стенкой, которая также является границей двух сред, и, к тому же, обладает зеркальными свойствами. Большая часть светового потока после вторичного преломления будет продолжать движение в воздушной среде за каплями дождя. Некоторая же его часть отразится от задней стенки капли и выйдет в воздушную среду после вторичного преломления на передней ее поверхности.

Процесс этот происходит сразу во множестве капель. Чтобы увидеть радугу, наблюдатель должен стоять спиной к Солнцу и лицом к стене дождя. Спектральные лучи выходят из дождевых капель под разными углами. От каждой капли в глаз наблюдателя попадает только один луч. Лучи, выходящие из соседних капель сливаются, образуя дугу. Таким образом, от самых верхних капель в глаз наблюдателя попадают лучи красного цвета, от тех, что ниже – оранжевого и т.д. Сильнее всего откланяются фиолетовые лучи. Фиолетовая полоска будет нижней. Радугу в форме можно видеть, когда Солнце находится под углом не более чем 42° относительно горизонта. Чем выше поднимается Солнце, тем меньше размеры радуги.

Вообще-то, описанный процесс несколько сложнее. Световой луч внутри капли отражается многократно. При этом может наблюдаться не одна цветовая дуга, а две – радуга первого и второго порядка. Внешняя дуга радуги первого порядка окрашена в красный цвет, внутренняя – в фиолетовый. У радуги второго порядка наоборот. Выглядит она обычно на много бледнее первой, поскольку при многократных отражениях интенсивность светового потока уменьшается.

Значительно реже в небе могут наблюдаться три, четыре и даже пять цветных дуг одновременно. Подобное наблюдали, например, жители Ленинграда в сентябре 1948 года. Это объясняется тем, что радуга может возникать также и в отраженных солнечных лучах. Такие многократные цветовые дуги могут наблюдаться над обширной водной поверхностью. При этом отраженные лучи идут снизу вверх,