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.
Люди давно задумывались над природой этого красивейшего явления природы. Человечество связало радугу с множеством поверий и легенд. В древнегреческой мифологии, например, радуга – это дорога между небом и землей, по которой ходила посланница между миром богов и миром людей Ирида. В Китае считали, что радуга - это небесный дракон, союз Неба и Земли. 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.
Суеверные люди считали, что радуга является дурным знаком. Они считали, что души умерших переходят в потусторонний мир по радуге, и если появилась радуга, это означает чью-то близкую кончину.
Радуга также фигурирует во многих народных приметах, связанных с предсказанием погоды. Например, радуга высокая и крутая предвещает хорошую погоду, а низкая и пологая - плохую.
Откуда же берется радуга?
Обратите внимание, что радугу можно наблюдать только перед дождем или после него. И только в том случае, если одновременно с дождем сквозь тучи пробивается солнце. Что при этом происходит? Лучи Солнца проходят через капельки дождя. А каждая такая капелька работает как призма. То есть она разлагает белый свет Солнца на его составляющие - лучи красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового цвета. Причем капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в разноцветную полосу, которую называют спектром .
Преломление света при прохождении через призму.
Обратите внимание, что лучи разных цветов выходят из призмы под разными углами.
Радуга и есть огромный изогнутый спектр. Для наблюдателя на земле радуга обычно выглядит как дуга - часть окружности, И чем выше находится наблюдатель, тем радуга полнее. С горы или самолёта можно увидеть и полную окружность! А почему радуга имеет форму дуги?
Вы можете видеть радугу только в том случае, если находитесь строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед вами). Иначе радуги не увидеть!
Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов - снаружи находится фиолетовый, а внутри красный:
Чтобы запомнить последовательность цветов в радуге (или спектре) есть специальные простые фразы - в них первые буквы соответствуют первым буквам названий цветов:
- К ак О днажды Ж ак-З вонарь Г оловой С ломал Ф онарь.
- К аждый О хотник Ж елает З нать Г де С идит Ф азан.
Запомните их - и вы без труда в любое время сможете нарисовать радугу!
(!) Первым, кто объяснил природу радуги был Аристотель. Он определил, что "радуга - это оптическое явление, а не материальный объект".
Радуга - одно из самых удивительных явлений природы. Что такое радуга? Как она появляется? Эти вопросы интересовали людей во все времена. Даже Аристотель пытался разгадать ее тайну. Существует множество поверий и легенд, связанных с ней (дорога на тот свет, связь между небом и землей, символ изобилия и т.п.). Некоторые народы верили, что тот, кто пройдет под радугой, поменяет свой пол.
Ее красота поражает и восхищает. Глядя на этот разноцветный «волшебный мост», хочется верить в чудеса. Появление радуги в небе оповещает, что ненастье закончилось и пришла ясная солнечная пора.
Когда бывает радуга? Ее можно наблюдать во время дождя или после ливня. Но для ее возникновения недостаточно молнии и грома. Она появляется лишь в том случае, если сквозь тучи пробивается солнце. Нужны определенные условия для того, чтобы ее можно было заметить. Необходимо находиться между дождем (он должен быть спереди) и солнцем (оно сзади). Ваши глаза, центр радуги и солнце должны быть на одной линии, иначе этого волшебного моста вам не видать!
Наверняка многие замечали, что бывает, когда лучик падает на мыльный пузырь или на край скошенного зеркала. Он разделяется на разнообразные цвета (зеленый, синий, красный, желтый, фиолетовый и т.д.). Предмет, который разбивает луч на составляющие цвета, называют призмой. А образующуюся разноцветную линию - спектром.
Так что такое и есть изогнутый спектр, цветная полоса, образовавшаяся в результате разделения луча света при прохождении через дождевые капли (они в этом случае являются призмой).
Цвета солнечного спектра располагаются в определенном порядке. С одной стороны - красный, затем оранжевый, рядом - желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Радуга хорошо видна, пока капельки дождя падают равномерно и часто. Чем чаще, тем она ярче. Таким образом, в дождевой капле происходят сразу три процесса: преломление, отражение и разложение света.
Где увидеть радугу? У фонтанов, водопадов, на фоне капель, разбрызгиваемых и т.п. Ее расположение на небе зависит от положения солнца. Можно полюбоваться всем радужным кругом, если оказаться высоко в небе. Чем выше солнце поднимается над горизонтом, тем меньше становится цветной полукруг.
Первая попытка объяснить, что такое радуга, была предпринята в 1611 году Антонио Доминисом. Его объяснение отличалось от библейского, поэтому он был приговорен к смерти. В 1637 году Декарт дал научное явлению на основании преломления и отражения солнечного света. В то время еще не знали о разложении луча на спектр, то есть дисперсии. Поэтому радуга Декарта оказалась белой. Через 30 лет ее «раскрасил» Ньютон, дополнив теорию коллеги объяснениями преломления цветных лучей в каплях дождя. Несмотря на то, что теории уже более 300 лет, она правильно формулирует, что такое радуга,основные ее особенности (расположение цветов, положение дуг, угловые параметры).
Поразительно, как привычныые для нас свет и вода создают вместе совершенно новое, невообразимой красоты, произведение искусства, подаренное нам природой. Радуга всегда вызывает всплеск эмоций и надолго остается в памяти.
Ты никогда не мечтал пройти по радуге и попасть в сказочную страну? У меня всегда улучшается настроение, когда я вижу это очень красивое природное явление. Сегодня я отвечу вам на вопрос "Как образуется радуга?"
Давным-давно люди считали радугу дорогой в небеса и верили, что по ней можно добраться до мира Богов.
Теперь радуга имеет свое научное объяснение. После дождя некоторые капельки зависают в воздухе, так и не добравшись до земли. Лучики солнца попадают на капли дождя и, отражаясь от них, словно от зеркала, становятся разноцветными.
Наверное, все замечали, что происходит, когда луч света попадает на поверхность мыльного пузыря. Предмет, который может вот так разложить луч света на различные цвета, называется «призмой». Образуемые цвета создают полоску из цветных сочетающихся линий, которая называется «спектр». И получается, что радуга и есть большой изогнутый спектр, или полоса цветных линий, образовавшихся в результате разложения луча света, проходящего через капельки дождя. В данном случае капли дождя играют роль призмы. Радуга всегда встречается там, где лучи солнца встречают капельки воды. Например, на водопадах, фонтанах.А можно самому сделать завесу капель из ручного пульверизатора и, встав спиною к солнцу, увидеть радугу, созданную собственными руками.
Впервые цвета радуги выделил древнегреческий ученый Ньютон. Правда сначала он определил только пять окрасок - красная, желтая, зеленая, голубая и фиолетовая. Но позже увидел ещё и оранжевый цвет. Однако число 6 в те времена считали дьявольским, и ученый добавил в спектр синий оттенок. Семь - число равное количеству нот музыкальной гаммы, показалось Ньютону очень симпатичным. Так и оставили, хотя на самом деле цвета в радуге плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.
Вы можете видеть радугу только в том случае, если находитесь строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед вами). Иначе радуги не увидеть!
Еще одно условие: солнце, ваши глаза и центр радуги должны находиться на одной линии! Если солнце высоко в небе, провести такую прямую линию невозможно. Вот почему радугу можно наблюдать только рано утром или ближе к вечеру. Днем ее увидеть нельзя.
Заметили, что радуга бывает разной по насыщенности цвета? Это зависит от размера капель: чем они больше, тем радуга ярче.
И еще. Вы слышали поговорку: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан»? Первая буква каждого слова обозначает порядок цветов в удивительном и очень красивом явлении природы о котором вы сегодня узнали.
И напоследок хороший снишок от Ирины Гамазковой:
Радуга
Петух увидел радугу:
- Какой красивый хвост!
Баран увидел радугу:
- Какой высокий мост!
И конь глядит на радугу:
- Подкова велика.
Река глядится в радугу:
- И в небе есть река?
Цветная радуга не существует, поскольку это лишь иллюзия, которая нам только кажется. Насколько известно учёным – ни одно живое существо в мире, кроме человека, увидеть её не в состоянии. И тем не менее она есть.
Её видят люди, живущие по ту или иную сторону земного шара, на островах или континентах, находящиеся на земле или летящие в воздухе. Яркая, цветная радуга появляется перед глазами восторженных зрителей, когда мелкие капельки дождя ещё падают на землю, а солнце находится за их спиной – и создаёт удивительную картину, даруя всем радость. Потому её так и назвали – радуга.
Человечество с прадавних времён задумывалось над природой этого феномена и почему, радуга и дождь так связаны друг с другом. Поэтому не удивительно, что с ней связано огромное количество самых разнообразных историй и легенд, большинство из которых – чрезвычайно оптимистичны.
В Старом Завете. Бог подарил людям это удивительное явление как символ нерушимости своего Слова. А пообещал Он Ною и его семье, что всемирного потопа люди больше никогда не увидят.
Для древних греков. Согласно древнегреческим мифам, по радуге с небес на землю к людям спускалась вестница богов Ирида.
У древних китайцев. Для китайцев радуга являлась небесным драконом, который означал единение Неба с Землёй.
У прадавних славян. Наши предки верили, что это удивительное явление служит волшебным мостом. По нему спускаются ангелы, набирают воду из рек, после чего выливают её в облака – после этого они орошают всё вокруг живительным дождём. Здесь радуга и дождь тесно взаимосвязаны.
Радуга для суеверных. Интересно, что далеко не все думали, что появление этого удивительного явления природы – к добру. Некоторые считали, что появление радуги приносит несчастье. Хотя бы потому, что по ней души умерших людей переходят в царство мёртвых, а значит её появление сигнализирует о чей-то близкой кончине.
Радуга и народные приметы. Естественно, народные приметы также не могли обойти это атмосферное явление стороной – люди, ориентируясь на него, пытались предсказывать погоду. Например, если радуга располагалась высоко и была более выгнутой – значит, погода будет хорошей, если же разноцветная дуга находилась низко и оказывалась растянутой – можно готовиться к ненастью.
Что представляет собой чарующее зрелище
Небезынтересно будет узнать, что за этим удивительным феноменом можно наблюдать не только днём, но также и ночью, в перистых облаках и даже во время тумана. При этом с земли она предстаёт перед нами в форме арки. А целиком её можно увидеть только тогда, когда мы будем во время её появления находится в самолёте, вертолёте, аэроплане или на высокой-превысокой горе.
Вот тогда и окажется, что на самом деле радуга имеет абсолютно круглую форму, поскольку увидеть её полностью мешает земная поверхность. А всё потому что капля, обладающая сферической формой и освещаемая пучком параллельного солнечного света, способна создать только окружность.
Солнечная
Солнечная радуга наиболее яркая их всех и именно её мы видим наиболее часто. Состоит она из огромного количества цветов. Основные оттенки этого феномена запомнить довольно легко, поскольку специально для этого было придумано немало стихов и поговорок, в первых буквах которых зашифрованы цвета радуги:
- Каждый – Красный (основной, его невозможно получить при смешивании цветов);
- Охотник – Оранжевый (дополнительный – можно получить при смешивании основных цветов);
- Желает – Жёлтый (основной);
- Знать – Зелёный (дополнительный);
- Где – Голубой (дополнительный);
- Сидит – Синий (основной);
- Фазан – Фиолетовый (дополнительный).
Несмотря на то, что мы считаем, что видим только эти семь цветов радуги, на самом деле, спектр абсолютно непрерывен – и наш глаз различает более полторы сотни оттенков. А всё потому что между этими цветами нет чёткой грани – а один и тот же цвет (белый) плавно переходит в другой через все оттенки.
Лунная
Теоретически, лунную радугу можно увидеть повсюду. Но на практике за ней наиболее часто наблюдают жители дождливой местности или живущие возле больших водопадов.
Она не настолько ярка, как солнечная, разглядеть её можно на противоположной от Луны стороне неба во время полнолуния (плюс-минус несколько ночей).
Ночное светило должно находится низко над горизонтом, небосвод – быть практически чёрным и, конечно, с другой стороны от Луны должен моросить дождь. Поводят даже параллели, дождь и радуга (если идет дождик, то вполне вероятно увидеть радугу), радуга и дождь (если появилась радуга, то погода может измениться).
Цвета лунной радуги рассмотреть непросто – её свет для наших глаз слишком слаб. Поэтому если нам посчастливится её заметить невооружённым новейшей техникой взглядом, то мы увидим лишь дугу белого цвета.
Туманная
Иногда туманную радугу путают с лунной, поскольку она обычно похожа на яркую сияющую широкую белую арку. С внутренней стороны она может быть слегка фиолетовой, с внешней – оранжевой.
Её можно увидеть тогда, когда солнечные лучи оказываются в слабом тумане, который состоит из малюсеньких водяных капелек (25 мкм), что преломляют и рассеивают белый свет. Чем они меньше, тем радуга белее, поскольку световые пучки в этом случае смешиваются, сначала становятся блеклыми, а потом и вовсе обесцвечиваются.
Огненная
Огненная радуга – чрезвычайно редкий феномен. Она абсолютно горизонтальна и выглядывает из-под перистых облаков, которые находятся на огромной высоте – 8-9 км над уровнем моря.
Наблюдать за ней можно только с земли, при этом дневное светило должно находиться под углом, превышающим 58°, в небе – проплывать перистые облака, которые состоят из шестигранных ледяных кристаллов и именно в этот момент находятся горизонтально (чтобы лучи Солнца могли свободно преломляться).
Перевёрнутая
Таким же редко встречаемым феноменом природы является перевёрнутая радуга. Для её появления также нужны перистые облака. Только ледяные кристаллы, должны выстроиться под нужным градусом, чтобы солнечные белые лучи могли разложиться на разные цвета и отразиться на небосводе.
Появление
Яркая, разноцветная арка появляется в основном или до, или после дождя, поскольку радуга и дождь связаны друг с другом. При этом солнечные (лунные) лучи обязательно должны проникать сквозь тучи, светило находится за спиной человека, а моросящий дождь – спереди. Если радуга появится утром или вечером (когда Солнце недалеко от горизонта), то она окажется большого размера, если днём (светило стоит высоко) — маленького.
Почему именно возникает это явление природы, первый объяснил Декарт в начале 17 века. В его время ещё ничего не знали о том, что белый способен распадаться на разные цвета. Из-за этого радуга учёного оказалась белоснежной.
Раскрасил её Ньютон, открыв дисперсию и объяснив этот процесс природы.
Если говорить коротко об этом феномене, то его можно объяснить, как оптическое явление, которое возникает, когда преломляются и отражаются лучи небесного светила в огромном количестве (часто доходящем до миллиона) дождевых капелек, и затем дождь и радуга видны человеческому глазу.
- Белые лучи проходят сквозь дождевые (или туманные) капли.
- Каждая капелька – это своего рода призма (тело из прозрачного вещества, ограниченное двумя непараллельными плоскостями, из-за которых преломляется свет).
- Призма эта обладает превосходными оптическими свойствами, поэтому успешно раскладывает белый свет на цвета, из которых он состоит, и образуя тем самым пучок расходящихся разноцветных лучей. Таким образом, можно утверждать, что каждая отдельно взятая капля воды – это своего рода маленькая радуга.
- Разноцветные лучи выходят из призмы под различными углами (тут стоит помнить, что поверхность капли – кривая). Например, угол красного составляет 137°30’, фиолетового – 139°20’, остальные – между ними. На цвет влияет и длина световой волны – у красного цвета она самая длинная, у фиолетового – короткая.
- В результате этого белый цвет, который содержит в себе абсолютно все цвета, кроме чёрного, полностью распадается и образует разноцветную полосу.
- Довольно часто возле одной радуги нередко можно заметить ещё вторую, а то и несколько штук, правда, не настолько ярких, как основная. Это вторичные радуги, которые можно увидеть тогда, когда свет в одной капельке отбивается два раза. Цвета в таких арках размещены наоборот – сверху – фиолетовый, в середине – красный.
Если кому-то постоянно не везёт, и он практически никогда не может увидеть этот природный феномен воочию, отчаиваться не стоит, ведь радугу каждый вполне может создать самостоятельно. Тут и возникает вопрос, как сделать радугу.
Вариант 1. Самый простой
Взять стеклянную призму, лист белой бумаги и выйти на Солнце. Повернуться к нему спиной и разместить призму таким образом, чтобы свет падал сквозь неё на лист. Радуга готова! Приближая и удаляя призму от бумаги, можно увеличивать или уменьшать разноцветное чудо.
Вариант 2. С водой-1
В данном случае призмой выступит стакан с водой, заполненный на три четверти. Дальше нужно действовать, как в первом варианте. В результате у вас получится дождь и радуга.
Вариант 2. С водой-2
Взять миску, наполнить её водой, найти белый лист бумаги и небольшое зеркало. Миску выставить на солнце, опустить зеркало в воду, притулить к краю посуды и повернуть так, чтобы на него падали световые лучи. После этого нужно двигать лист бумаги вдоль миски в поисках места, где на нём будет отображаться радуга.
Вариант 3. С CD-диском
Радугу вполне можно увидеть, используя диск. Это происходит из-за того, что его поверхность имеет огромное количество бороздок, которые исполняют роль маленьких призм.
Необходимо подойти к освещённому окну, закрыть его шторой таким образом, чтобы остался маленький просвет для световых лучей. Взять диск и разместить его так, чтобы на него попал солнечный свет, после чего нужно отразить луч с помощью диска на картон. Если наклонять диск в разные стороны, можно получить как радужную полоску, так и круговую радугу. Если вместо Солнца использовать фонарик, цвета радуги окажутся менее насыщенными.
Вариант 4. Для экстремалов, любящих ругаться с соседями и делать ремонты
В этом эксперименте будет присутствовать и радуга, и дождь. В самой большой комнате установить фонарь мощностью в 500 ватт и включить его. Взять садовый шланг, подвести воду к фонарю, насадить на шланг садовый поливочный пистолет и установить его на распыление. Включить воду, после чего подвести пистолет поближе к фонарю, но не заливать его. Через несколько минут у вас появится не только радуга и дождь, но зрители – соседи снизу, которые однозначно оценят вашу находчивость!
