Что такое радуга с научной точки зрения

Данная исследовательская работа помогает ответить на вопросы:

Почему появляется радуга ? Можно ли получить радугу дома?

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП XI ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ
«ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ»

Тема: Что такое радуга?

Автор: Абраимова Вера Андреевна

Научный руководитель: Голдобина Любовь Михайловна

Место выполнения работы: МОУ « Разуменская СОШ №1

Белгородского района Белгородской области»

2.2. Научное объяснение радуги………………………………….6 — 7

Какое из природных явлений может сравниться по красоте с радугой? Появление радуги в небе означает, что вскоре наступит хорошая погода и ненастью придет конец. Меня давно интересовал вопрос «Почему появляется радуга?». Я спрашивала об этом всех взрослых. Моя учительница Голдобина Любовь Михайловна предложила мне исследовать тему «Что такое радуга?» и объяснить это с научной точки зрения.

В ходе исследования мы выдвинули проблему: «Когда можно увидеть радугу?»

Перед собой поставили следующие цели:

1 . Выяснить: почему появляется радуга?

2. Узнать, можно ли создать радугу дома.

Задачи нашего исследования:

1. Изучить литературу по данной теме.
2. Обобщить полученную информацию.
3. Подтвердить или опровергнуть рабочие гипотезы.
4. Сделать выводы.

1.Анализ литературы и материалов из сети интернет по данной теме.

3.Обощение изученных данных.

В ходе эксперимента выдвинули следующие гипотезы:

Гипотеза №1. Радугу можно увидеть в любую погоду.

Гипотеза№2. Радугу можно увидеть после дождя при солнце.

Самые загадочные и красивые явления созданы природой. Одно из таких явлений — радуга. Радуга-это волшебство или природное явление? Как появляется радуга? Можно ли её создать искусственно в домашних условиях и продлить радостные мгновения?

Среди ребят своего класса я провела анкетирование, и эти вопросы задала им. В моем классе 25 человек. Вот какие результаты анкетирования я получила.

1. Радуга — это явление природы или волшебство?

а) явление природы — 80% (20чел.)

б) волшебство — 20% (5чел.)

2. Знаешь ли ты, как появляется радуга?

а) знаю – 44% (11 чел.)

б) не знаю – 56% (14чел.)

3.Как ты думаешь, можно ли получить радугу в домашних условиях?

а) можно – 24 % (6 чел.)

б) нельзя – 76 % (19 чел.)

Я хочу объяснить все ребятам моего класса научную точку зрения появления радуги. В этом и заключается актуальность моего исследования.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования ее на уроках окружающего мира и факультативных занятиях.

«Наукой всё для нас давно объяснено,
Но до конца понять природу не дано.
Завидев радугу в небесной синеве,
Мечтаем мы, что это символы извне»

II. Что такое радуга

2.1.Радуга в легендах

Существует множество легенд о радуге. Славяне, например, издревле верили, что радуга «пьет» воду из озер, рек и морей: подобно змею, опустив свое жало в воду, набирает в себя воду, а после выпускает, отчего и бывает дождь; на концах радуги повешено по котелку с древними золотыми монетами.

Древним грекам радуга представлялась посредницей между небом и землей, то есть между богами и людьми. Они отожествляли радугу с прекрасной Иридой и изображали ее одетой в шелка, которые переливались всеми семи цветами радуги. Непременным атрибутом Ириды были золотые крылья. Они символизировали ее непостоянный нрав: ведь радуга появляется и исчезает всегда неожиданно.

У многих народов радуга является символом урожая, плодородия, изобилия, её называли «богатка». По мнению болгарских крестьян, когда радуга долго не появляется на небе, следует ожидать неурожая, засухи и голода. Болгары и сербы гадали по радуге об ожидаемом урожае, причём разные цвета радуги обозначали разные культуры. Хорваты говорят: «Белое означает хлеб, красное – вино, зелёное – пшеницу, синяя – капуста, овощи, жёлтая – растительное масло». Какая полоса шире – того и уродится больше.

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.

В Великобритании идея о мосте душ была забыта, но народное сознание хранит обрывки понятий о святости и таинственности радуги. Увидеть радугу – хорошая примета, многие при этом загадывают желание. Показывать на нее пальцем очень нехорошо, иначе вас постигнет какое-нибудь несчастье или неудача, самое меньшее, что может от этого произойти, — это то, что снова пойдет дождь. Дети в северных регионах часто «перечеркивают» ее, делая на земле крест из веточек или соломинок с маленькими камешками на концах. Ожидается, что от этого радуга исчезнет, хотя мало кто из детей может сказать, чем она им мешает. Может быть, в основе этого обычая лежат смутные воспоминания о древнем представлении о ней как о мосте душ.

Первая попытка объяснить происхождение радуги с научной точки зрения закончилась плачевно. Автор рукописи о ее происхождении, архиепископ Антонио Доминис в 1611 году был заточен в тюрьму, где и умер, дожидаясь смертной казни. Но спустя 26 лет французский философ, физиолог, математик и физик Рене Декарт, связал возникновение радуги с законами преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя.

Позже Исаак Ньютон дополнил теорию Декарта, объяснив как преломляются световые лучи, проходя через призму.

Увидеть радугу можно, только если солнце и дождевая завеса расположены на противоположных частях неба, а вы стоите спиной к солнцу. Когда лучи солнечного света проходят через воздух, мы видим их как белый свет. Но когда на их пути встречается дождевая капля (она по форме близка к призме), и солнечный свет проходит через стеклянную призму или через каплю, составляющие его разноцветные лучи изменяют свое направление, отклоняются на неодинаковые углы — расходятся в виде веера (преломляются).

Радуга — не что иное, как спектр солнечного света. Он образован разложением белого света в каплях дождя как призмах. Из дождевых капель под разными углами преломления выходят широкие разноцветные пучки света.

Цветные полосы отличаются по яркости, но их последовательность всегда одинакова — у каждого цвета свое строго закрепленное за ним место. Красный, оранжевей, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Чем крупнее дождевые капли, тем ярче радуга. Если капли мелкие, радуга кажется бледной, еле заметной. Радуга, которая возникает после дождя – это первичная радуга. Выше первой в небе возникает вторая, менее яркая дуга. В ней цветные полосы располагаются в обратном порядке. Очень редко, но все-таки случается, когда на небе можно одновременно видеть три радуги.

Если небо затянуто тучами, а на земле нет тени, радугу не увидеть. И только когда через толщи туч пробивается солнце, создаются условия для ее появления. Но когда солнце поднимается выше 42 градусов над горизонтом, радуга с поверхности не видна.

Прекрасная! Изменчивая и неуловимая! Отсюда и появилось выражение для тех, кто гонится за неосуществимой мечтой «Погнался за радугой».

Вывод: Радуга — не волшебство, а атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое при освещении солнцем множества водяных капель.

III. Практическая часть. Эксперимент

Как увидеть радугу в домашних условиях?

В ходе эксперимента мы попробуем подтвердить или опровергнуть рабочие гипотезы.

Опыт с зеркалом.

1. Берем зеркало в неглубокую посуду (такую, чтобы зеркало немного выходило за её пределы). Чем больше зеркало, тем больше радуга.
2. Наполовину заполним ёмкость водой.
3. Погрузим зеркало в воду так, чтобы на него падал луч солнца и отражался куда – нибудь на стену или потолок. Регулируем угол наклона зеркала и поворот до тех пор, пока на стене не появится кусочек радуги.

Опыт с распылителем воды.

1. Наполняем водой распылитель.
2. Чтобы опыт удался, необходимо стать спиной к источнику света.
3. Создаем облако падающих в воздухе капель и на них наблюдаем радугу.
4. Условия такого опыта вполне соответствует природным, однако, получить требуемое облако совсем не просто.

Опыт с мыльными пузырями.

1. Берем приспособление для выдувания пузырей.
2. Окунаем в баночку с мыльной пеной и выдуваем пузыри.
3. Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн в тонких пленках.
4. Когда свет проходит сквозь тонкую плёнку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности. Эффект интерференции зависит от угла, с которым луч света сталкивается с плёнкой пузыря.

Выполнив эту работу, мы узнали, как много удивительного, поучительного, полезного для практики может заключаться, казалось бы, в хорошо знакомом природном явлении – радуге. Нам удалось получить радугу в домашних условиях, используя воду вместо капель дождя и солнечный свет.

В ходе исследования мы достигли цели, выяснили, почему появляется радуга. Доказали, что радугу можно создать дома, но только в солнечную погоду. При этом подтвердили лишь гипотезу №2: радуга появляется в солнечную погоду после дождя, когда солнечные лучи проходят сквозь дождевые капли. Гипотеза №1, что радугу можно увидеть в любую погоду не подтвердилась.

Как образуется радуга?

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.

Чарующее явление в легендах мира

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 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:

1. Каждый – Красный (основной, его невозможно получить при смешивании цветов);
2. Охотник – Оранжевый (дополнительный – можно получить при смешивании основных цветов);
3. Желает – Жёлтый (основной);
4. Знать – Зелёный (дополнительный);
5. Где – Голубой (дополнительный);
6. Сидит – Синий (основной);
7. 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.

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.

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 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.

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.

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.

1. Белые лучи проходят сквозь дождевые (или туманные) капли.
2. Каждая капелька – это своего рода призма (тело из прозрачного вещества, ограниченное двумя непараллельными плоскостями, из-за которых преломляется свет).
3. 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.
4. 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.
5. В результате этого белый цвет, который содержит в себе абсолютно все цвета, кроме чёрного, полностью распадается и образует разноцветную полосу.
6. 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.

Радуга своими руками

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!

Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест

Превращающие свет в электричество камни, новые морские вирусы и способ обмануть системы видеонаблюдения

Москва. 29 апреля. INTERFAX.RU — «Интерфакс» и научно-популярное издание N+1 подготовили совместный обзор основных новостей науки, техники и технологий за последние семь дней.

— Ученые обнаружили возникновение электрического тока под воздействием солнечного света в неорганических системах. Это напоминает первые этапы усваивания энергии Солнца бактериями и растениями в процессе фотосинтеза. Ученые впервые описали неживой аналог первых этапов фотосинтеза. Открытое явление протекает в богатых железом и марганцем минералах и почвах.

— Международная команда ученых собрала образцы морской воды в разных частях Мирового океана и обнаружила почти 200 тысяч видов морских вирусов. До этого были известны лишь 15 тыс. таких видов. Примерно 60% биомассы Мирового океана приходится на микробов, играющих ключевую роль в океанических экосистемах. На жизнь и видовой состав этих микроорганизмов сильно влияют морские вирусы. Ученые в своей новой работе не только выявили в Мировом океане пять экологических зон обитания вирусов, но и нашли очаг их биоразнообразия в Арктике. Ранее считалось, что полярный регион будет беднее с этой точки зрения, чем экваториальный.

— Система отслеживания эффективности работников на складах Amazon за год автоматически уволила около 300 сотрудников компании в американском городе Балтимор. Для оценки эффективности работников Amazon использует несколько метрик, в том числе «Time Off Task», отражающую время, в течение которого работник не выполнял свои обязанности. Если время, проведенное не за работой составляет от 30 минут до часа в день, работник получает обычное письменное предупреждение. Если от часа до двух — он получает последнее письменное предупреждение. А если он не выполняет работу на протяжении двух и более часов, за этим следует увольнение. За год сотрудник может получить до пяти обычных письменных выговоров и не более одного последнего, иначе система так же автоматически формирует уведомление об увольнении.

— Нейросетевые алгоритмы обнаружения людей, работающие в системах видеонаблюдения, можно обмануть картонкой со специально сгенерированным изображением. В основе метода — создание состязательных изображений, заставляющих сверточные нейросети «узнавать» объекты других классов. В своей работе авторы использовали популярный алгоритм YOLOv2, основанный на сверточной нейросети. В ответ на входное изображение он выдает кадр, на котором обнаруженные объекты обведены прямоугольником, а также указывает уровень уверенности в классификации каждого объекта. За создание состязательного изображения отвечал алгоритм, разработанный исследователями.

— 17 апреля многие научно-популярные издания написали о первом межзвездном метеоре. Его совместно с коллегами обнаружил гарвардский астроном Абрахам Лоэб. Однако, как оказалось, этот межзвездный метеор не был первым. Почти 13 лет назад, в июле 2006 года, астрономы увидели на самом большом российском телескопе метеороид размером около миллиметра, двигавшийся со скоростью около 300 км в секунду. Существуют данные о присутствии пыли и в межгалактическом пространстве, поэтому такая пылинка могла попасть в атмосферу Земли и сгореть прямо на глазах у телескопа БТА. N+1 разобрался, как ученые отличают межзвездную пыль от местной и много ли ее сгорает в атмосфере у нас над головой.

— На сегодня в мире существует множество организаций, которые хранят огромные базы генетических данных людей. С развитием биотехнологий встает вопрос и о конфиденциальности генетических данных. Организации, занимающиеся исследованием генома, можно для простоты поделить на четыре типа — каждый со своими целями, бизнес-моделями и организацией хранения данных. О том — в каких целях эти данные можно использовать и стоит ли бояться их возможной утечки.

— Современная наука — иерархическая система со своими правилами. Однако проводить научные исследования могут не только сотрудники профильных институтов, но и все прочие люди, в том числе дети. Иногда такие попытки оказываются крайне успешными. Особенно когда на помощь начинающим ученым приходят современные технологии — онлайн-ресурсы с научными базами данных, доступное лабораторное оборудование и новейшие материалы. N+1 рассказал о научных открытиях, сделанных детьми: от скрупулезного поиска источника криптококкоза (заболевание, вызываемое дрожжевыми грибами Cryptococcus neoformans, характеризуется поражением ЦНС, лёгких, кожи, слизистых оболочек) до случайных палеонтологических находок.

Почему появляется радуга

Что такое радуга

Радуга – это атмосферное оптическое явление, которое наблюдается при освещении Солнцем множества водяных капелек во время дождя или тумана, или после дождя. В результате преломления солнечных лучей в каплях воды во время дождя на небе появляется разноцветная дуга.

Радуга так же возникает и в отражённых лучах Солнца от водной поверхности морских заливов, озёр, водопадов или больших рек. Такая радуга появляется на берегу водоёмов и выглядит необычайно красиво.

Почему радуга разноцветная

Дуги радуги разноцветные, но чтобы они появились, необходим солнечный свет. Солнечный свет кажется нам белым, но на самом деле состоит из цветов спектра. Мы привыкли различать в радуге семь цветов — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый, но так как спектр непрерывен, то цвета плавно переходят друг в друга через множество оттенков.

Разноцветная дуга появляется оттого, что луч света преломляется в капельках воды, а затем, возвращаясь к наблюдателю под углом в 42 градуса, расщепляется на составные части от красного до фиолетового цвета.

Яркость оттенков и ширина радуги зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли, тем уже и ярче радуга, тем в ней больше красного насыщенного цвета. Если идёт мелкий дождик, то радуга получается широкая, но с блёклыми оранжевыми и жёлтыми краями.

Какая бывает радуга

Мы чаще всего видим радугу в форме дуги, но дуга – это лишь часть радуги. Радуга имеет форму окружности, но мы наблюдаем лишь половину дуги, потому что её центр находится на одной прямой с нашими глазами и Солнцем. Целиком радугу можно увидеть лишь на большой высоте, с борта самолёта или с высокой горы.

Мы уже знаем, что радуга на небе появляется от того, что лучи солнца проникают сквозь дождевые капли, преломляются и отражаются на другой стороне неба разноцветной дугой. А иногда солнечный луч может соорудить на небе сразу две, три, а то и четыре радуги. Двойная радуга получается, когда световой луч отражается от внутренней поверхности дождевых капель дважды.

Первая радуга, внутренняя, всегда ярче второй, внешней, а цвета дуг на второй радуги расположены в зеркальном отражении и менее яркие. Небо между радугами всегда более тёмное, чем другие участки неба. Участок неба между двумя радугами называется полосой Александра. Увидеть двойную радугу — хорошая примета-это к удаче, к исполнению желаний. Так что если вам посчастливилось увидеть двойную радугу, поспешите загадать желание и оно обязательно исполнится.

Перевёрнутая радуга-явление довольно редкое. Она появляется при определённых условиях, когда на высоте 7-8 километров тонкой завесой располагаются перистые облака, состоящие из ледяных кристалликов. Солнечный свет, падая под определённым углом на эти кристаллы, разлагается на спектр и отражается в атмосферу. Цвет в перевёрнутой радуге располагается в обратном порядке: сверху находится фиолетовый, а снизу — красный.

Туманная радуга или белая появляется при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из очень мелких капелек воды. Такая радуга представляет собой дугу, окрашенную в очень бледные цвета, а если капельки совсем мелкие, то радуга окрашена в белый цвет. Туманная радуга может появляться и ночью во время тумана, когда на небе яркая луна. Туманная радуга довольно редкое атмосферное явление.

Лунная радуга или ночная радуга появляется ночью и порождается Луной. Лунная радуга наблюдается во время дождя, который идёт напротив Луны, особенно хорошо видна лунная радуга во время полнолуния, когда яркая Луна находится невысоко в тёмном небе. Так же лунную радугу можно наблюдать в местностях, где есть водопады.

Огненная радуга — это редкое оптическое атмосферное явление. Огненная радуга появляется, когда солнечный свет проходит сквозь перистые облака под углом 58 градусов над горизонтом. Ещё одним необходимым условием для появления огненной радуги являются шестиугольные кристаллы льда, имеющие форму листа и их грани должны быть параллельными земле. Солнечные лучи, проходя сквозь вертикальные грани ледяного кристалла, преломляются и зажигают огненную радугу или округло — горизонтальную дугу, так в науке называется огненная радуга.

Зимняя радуга — это очень удивительное явление. Такую радугу можно наблюдать только зимой, во время сильного мороза, когда холодное Солнце сияет на бледно-голубом небе, а воздух наполнен маленькими кристалликами льда. Солнечные лучи преломляются, проходя сквозь эти кристаллики, как сквозь призму и отражаются в холодном небе разноцветной дугой.

Бывает ли радуга без дождя?

Радугу можно наблюдать и в солнечный ясный день возле водопадов, фонтанов, в саду при поливе цветов из шланга, зажав отверстие шланга пальцами, создавая водяную дымку и направляя шланг в сторону Солнца.

Как запомнить цвета радуги

Если вы не можете запомнить, как располагаются цвета в радуге, вам поможет известная каждому с детства фраза: « К аждый О хотник Ж елает З нать Г де С идит Ф азан».

Радуга, как одно из самых загадочных явлений природы

Кто впервые открыл радугу?

Точно сказать, кто именно впервые дал определение тому, что же на самом деле радуга, сказать достаточно сложно. Это уникальное природное явление было известно нашим предкам. К примеру, в символике многих народов радугу было принято отождествлять с громадным змеем, который выпивал моря, реки и озера. Полукруглая форма радуги наводила людей на мысли о кольце, которое охватывало всю землю. В Китае радугу было принято считать небесным драконом, который был своеобразным знаком объединения двух начал инь и янь. В Древнем Риме, например, радуга считалась луком Индры (бога-громовержца). А в индуизме и вовсе радугу называли высшим йогическим состоянием, достичь которое можно в царстве сансары. У индейцев радуга считалась добрым божеством.

Но это все далекое прошлое. А вот в 1596 году впервые о радуге стал писать философ и писатель из Франции Рене Декарт. Именно он систематически рассмотрел этот вопрос в своей знаменитой работе под названием «Рассуждение о методе» в 1967 году. Декарт смог сделать предположительный расчет путей, по которым лучи света проходили в разных точках стеклянного глобуса с водой. Таким образом, он смог определить и углы преломления. Однако Декарт только сделал предположительное объяснение, а вот голландский астроном и математик Виллеброрд Снелл обнаружил математический закон преломления света еще за 16 лет до того, как была выполнена декартовая диссертация по этому вопросу. Однако свою работу ученый не смог опубликовать. В 1626 году он умер.

О радуге будет подробнее в этом видеоролике.

Научное обоснование появления радуги

Радуга по праву считается одним из красивейших явлений природы. О том, как и откуда появляется это удивительное явление человек интересовался с незапамятных времен. Многие даже связывали появление радуги с множеством поверий и легенд, люди умудрялись сравнивать радугу с небесным мостом и причислять ее к волшебству. Но между тем радуга, как явление природы, можно обьяснить с научной точки зрения. Это атмосферное оптическое явление обычно наблюдается, когда Солнце начинает освещать множество водяных капелек во время дождя или тумана, а также после дождя. То есть радуга появляется на небе, как следствие преломления солнечных лучей в каплях воды. Возникать радуга также может и в отраженных солнечных лучах от водной поверхности водоемов, водопадов и морских заливов. Выглядит такая радуга максимально эффектно.

Почему в радуге семь цветов?

Давным-давно ученые смогли доказать тот факт, что у радуги непрерывен многоцветный спектр. Однако в нем принято выделять семь основных цветов. Что интересно, но впервые использовать понятие «спектр» стал именно Исаак Ньютон, описывая свои оптические опыты. Ученому удалось в ходе своих опытов наблюдать за отражением света, благодаря тому, что луч света падал на поверхность стеклянной призмы под углом к поверхности. Причем, часть падающего под углом света проходила через стекло, образуя при этом разноцветные полосы. Исаак Ньютон разделил свет на семь цветов, однако в своих научных статьях он отметил, что изначально им были обнаружены только пять. Первыми обнаруженными цветами были красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый. Синий и оранжевый были им добавлены только впоследствии. Что касается именно числа семь, то оно было выбрано ученым тоже неспроста. Семерка была выбрана из убеждения, что между цветами, музыкальными нотами и объектами солнечной системы и днями недели есть определенная необъяснимая связь. Но, что примечательно, эта теория не была одинаково хорошо всеми воспринята. К примеру, те же американцы и французы считают, что у радуги шесть цветов. А у японцев и вовсе в спектре отсутствует зеленый цвет. И во многом это объясняется тем, что у японцев в языке не существует такого цвета, как зеленый.

Ширина и яркость радуги: от чего зависят?

Согласно расчетам по формулам дифракционной теории, которые были выполнены для капель разного размера, ширина радуги, ее наличие, расположение и яркость цветов, а также положение самих дуг зависят непосредственно от размера капель дождя. Так, для капель радиусом от 0,5 до 1 мм наружный слой основной радуги будет ярким темно-красного цвета, а за ним уже будет идти светло-красный цвет и все остальные оттенки радуги. Особенно яркими в таком случае будут казаться фиолетовый и зеленый цвета. При радиусе капель дождя в 0,25 мм красный край радуги будет выглядеть менее интенсивным. Остальные же цвета будут иметь прежнюю интенсивность, а вот некоторые дуги фиолетового цвета будут сменяться зелеными. При радиусе капель дождя в 0,1 и 0,15 мм красного цвета в радуге не будет. Наружный слой радуги будет оранжевым, а дополнительные дуги будут все более желтыми. А между ними и основной радугой и первой дополнительной появятся характерные просветы. Таким образом, получается, что именно по цвету радуги можно определить размер капель дождя. Чем больше будут капли дождя, тем радуга будет ярче.

Двойная радуга: почему появляется?

Иногда на небе вместо одной радуги могут появляться две. За обычной радугой может быть отчетливо видна вторая, цвет которой будет менее интенсивным. В некоторых случаях вторая радуга может быть едва различимой и практически незаметной. У второй радуги, как правило, все цвета перевернуты. То есть в ней сначала идет фиолетовый оттенок. Почему так происходит? И по какой причине появляется вторая радуга? Дело в том, что появление второй радуги объясняется повторным отражением солнечных лучей внутри капель дождя.

Подробнее о том, почему возникает радуга, будет рассказано в этом видеоматериале. Не забывайте оставлять свои комментарии и высказывать пожелания.

Научно — исследовательская работа по физике на тему РАДУГА — ДУГА

за привлеченного слушателя на курсы профессиональной переподготовки

МБОУ ЛОСЕВСКАЯ СОШ № 1

НАУЧНО — ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Два человека, стоящие рядом, видят каждый свою радугу! Потому что в каждый момент радуга образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и так далее

Подготовили: Полозова Юлия, Стёжкина Анастасия, Химина Елена

Научный руководитель: Запорожцева Ольга Ивановна (учитель физики)

С. Лосево 2015 год

2.Что такое радуга, история исследования …………………………………………………………….

5.1.Откуда же берётся радуга? Условия наблюдения ……………………………………………….

5.2.Почему радуга имеет форму дуги ………………………………………………………………..

5.3.Окраска радуги и вторичная радуга ………………………………………………………………

5.4.Причина радуги – преломление и дисперсия света ……………………………………………..

7.Радуга и ассоциированные термины …………………………………………………………………

Однажды, оказавшись на природе, мы наблюдали довольно красивое явление – радугу. Красота этого явления нас просто заворожила. У нас возникло довольно много опросов, которые позже мы и сформулировали в нашем проекте.

Понять как образуется радуга.

Почему она образуется всегда под одним углом?

Почему радуга имеет форму дуги?

Радуга: главная и побочная. Чем отличаются?

Почему связывают в ученом мире имя Исаака Ньютона с радугой?

И вот наше исследование началось.

2.ЧТО ТАКОЕ РАДУГА

Радуга — это вообще не объект, а оптическое явление. Возникает это явление вследствие преломления лучей света в каплях воды, и все это исключительно во время дождя. То есть, радуга — это никакой не объект, а всего лишь игра света. Но какая красивая игра, надо сказать!

На самом деле привычная для глаза человека дуга является лишь частью разноцветной окружности. Целиком же это природное явление можно лицезреть лишь с борта самолета, да и то лишь при достаточной степени наблюдательности

Первые исследования формы радуги еще в XVII веке проводил французский философ и математик Рене Декарт. Для этого ученый использовал стеклянный шар, заполненный водой, что давало возможность представить, как отражается солнечный луч в капле дождя, преломляясь и тем самым становясь видимым.

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 а к — 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».

Элементарное объяснение явления радуги дано было еще в 1611 г. А. де-Домини в его сочинении «De Radiis Visus et Lucis», развито затем Декартом («Les météores», 1637) и вполне разработано Ньютоном в его «Оптике» (1750).

Радуга от одной капли слабая, и в природе ее невозможно увидеть отдельно, так как капель в завесе дождя много. Радуга, которую мы видим на небосводе, образована мириадами капель. Каждая капля создает серию вложенных одна в 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 образуют дуги все оранжевые и другие цветные лучи. Поэтому радуга круглая.

3.РАДУГА В МИФОЛОГИИ И РЕЛИГИИ

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.

Конечно, с самых давних времен люди пытались дать объяснение радуге. В Африке, например, считали, что радугой является огромная змея, которая периодически вылезает из небытия для совершения своих темных дел. Однако, вразумительные объяснения относительно этого оптического чуда смогли дать только к концу семнадцатого века. Жил тогда себе помаленьку знаменитый Рене Декарт. Именно он впервые смог смоделировать преломление лучей в водяной капле. В своих исследованиях Декарт использовал стеклянный шар, наполненный водой. Однако, до конца секрет радуги он объяснить так и не смог. Зато Ньютон, заменивший это самый шар призмой, сумел-таки разложить луч света в спектр.

В скандинавской мифологии радуга — это мост Биврёст, соединающий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов).

В древнеиндийской мифологии — лук Индры, бога грома и молнии.

В древнегреческой мифологии — дорога Ириды, посланницы между мирами богов и людей.

По славянским поверьям, радуга, подобно змею, пьёт воду из озёр, рек и морей, которая потом проливается дождём.

Ирландский лепрекон прячет горшок золота в месте, где радуга коснулась земли.

По чувашским поверьям, если пройти сквозь радугу, то можно поменять пол.

В Библии радуга появилась после всемирного потопа как символ прощения человечества, и является символом союза (на иврите- брит) бога и человечества (в лице ноя) о том что потопа никогда больше не будет.(глава бейрешит)

4.ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАДУГИ

Персидский астроном Qutb al-Din al-Shirazi (1236—1311), а возможно, его ученик Kamal al-din al-Farisi (1260—1320), видимо, был первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена [1].

Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом в книге «De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride». 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.

Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1635 году в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге».

Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, по традиции в нем выделяют 7 цветов. Считают, что первым выбрал число 7 Исаак Ньютон, для которого число 7 имело специальное символическое значение (по пифагорейским, богословским или нумерологическим соображениям). Причём первоначально он различал только пять цветов — красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый, о чём и написал в своей «Оптике».Но вспоследствии, стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра еще два.

5.1. Откуда же берется радуга? Условия наблюдения

Радугу можно наблюдать только перед дождем или после него. И только в том случае, если одновременно с дождем сквозь тучи пробивается солнце, когда солнце освещает пелену падающего дождя и наблюдатель находится между солнцем и дождем. 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, глубого, синего и фиолетового цвета . Причем капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в разноцветную полосу, которую называют спектром .

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, очень редко, радуга наблюдается в тех же условиях и при освещении дождевой тучи луною. То же явление радуги замечается иногда и при освещении солнцем водяной пыли, носящейся в воздухе вблизи фонтана или водопада. Когда солнце закрыто легкими облаками — первая радуга кажется иногда совершенно не окрашенной и представляется в виде белесоватой дуги, более светлой, чем фон небосвода; такую радугу называют белой.

Наблюдения явления радуги показали, что дуги ее представляют правильные части кругов, центр которых лежит всегда на линии, проходящей через голову наблюдателя и солнце; так как таким образом центр радуги при высоко стоящем солнце лежит ниже горизонта, то наблюдатель видит лишь небольшую часть дуги; при закате и восходе солнца, когда солнце на горизонте, радуга представляется в виде полудуги окружности. С вершины очень высоких гор, с воздушного шара можно увидеть радугу и в виде большей части дуги окружности, так как при этих условиях центр радуги расположен над видимым горизонтом.

ВЫВОД: Радуга появляется только тогда, когда для этого создаются подходящие условия. Солнечный свет должен светить вам в спину, а капли дождя падать где-то впереди. (Поскольку для образования радуги нужен яркий солнечный свет, это означает, что ливень уже ушел дальше или вообще прошел стороной, а вы стоите к нему лицом.)

5.2. Почему радуга имеет форму дуги.

Почему радуга полукруглая? Люди давно задавались этим вопросом. В некоторых мифах Африки радуга — это змея, которая охватывает Землю кольцом. Но теперь-то мы знаем, что радуга — это оптическое явление — результат преломления лучей света в капельках воды во время дождя. Но почему мы видим радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы?

Здесь вступает в силу закон оптического преломления, при котором луч, проходя через каплю дождя, находящуюся в определенном положении в пространстве, претерпевает 42-кратное преломление и становится видимым человеческому глазу именно в форме окружности. Вот как раз часть этой окружности вы привыкли наблюдать.

Форма радуги определяется формой капелек воды, в которых преломляется солнечный свет. А капельки воды — более или менее сферические (круглые). Проходя через каплю и преломляясь в ней, пучок белых солнечных лучей преобразуется в серию цветных воронок, вставленных одна в другую, обращенных 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. Радуга, которую мы видим на небосводе, образована мириадами капель. Каждая капля создает серию вложенных одна в 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 образуют дуги все оранжевые и другие цветные лучи. Поэтому радуга круглая.

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!

Интересно отметить, что два человека, стоящие рядом и наблюдающие радугу, видят ее каждый по-своему! Все это от того, что в каждый отдельный момент просмотра, радуга образуется постоянно в новых каплях воды. То есть, одна капля падает, а вместо нее появляется другая. Также, вид и цвет радуги зависит от размера капель воды. Чем капли дождя крупнее, тем ярче будет радуга. Самым насыщенным цветом в радуге является красный. Если капли мелкие, то радуга будет более широкой с ярко выраженным оранжевым цветом с краю. Надо сказать, что самую длинную волну света мы воспринимаем как красную, а самую короткую — как фиолетовую. Это касается не только случаев наблюдения за радугой, но и вообще всего и вся. То есть, вы теперь сможете с умным видом комментировать состояние, размер и цвет радуги, а также всех других видимых человеческому глазу предметов.

Два человека, стоящие рядом, видят каждый свою радугу! Потому что в каждый момент радуга образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и так далее.

Вид радуги — ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнительных дуг — очень сильно зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли дождя, тем уже и ярче получается радуга. Характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Многочисленные дополнительные дуги также имеют яркие тона и непосредственно, без промежутков, примыкают к основным радугам. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой с оранжевым или желтым краем. Дополнительные дуги дальше отстоят и друг от друга и от основных радуг. Таким образом, по виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу.

Вид радуги зависит и от формы капель. При падении в воздухе крупные капли сплющиваются, теряют свою сферичность. Чем сильнее сплющивание капель, тем меньше радиус образуемой ими радуги.

Мы привыкли наблюдать радугу как дугу. На самом деле эта дуга является лишь частью разноцветной окружности. Целиком же это природное явление можно наблюдать лишь на большой высоте, например, с борта самолета.

Есть такая группа оптических явлений, которая называется гало. Они вызваны преломлением световых лучей крошечными кристалликами льда в перистых облаках и туманах. Чаще всего гало образуются вокруг Солнца или Луны. Вот пример такого явления — сферическая радуга вокруг Солнца:

На самом деле радуга — это не полукруг, а окружность. Просто мы не видим этого в полном объеме, потому что центр окружности радуги лежит на одной прямой с нашими глазами. Вот, например, с борта самолета можно увидеть полную, круглую радугу, правда бывает это крайне редко, потому что в самолетах обычно смотрят на красивых соседок, или жрут гамбургеры, играя в AngryBirds. Так почему же радуга имеет форму полукруга? Все это потому, что капли дождя, образующие радугу, представляют собой сгустки воды с закругленной поверхностью. Свет, выходящий из этой самой капли, отражает ее поверхность. Вот и весь секрет.

ВЫВОД: Вид радуги зависит и от формы капель. При падении в воздухе крупные капли сплющиваются, теряют свою сферичность. Чем сильнее сплющивание капель, тем меньше радиус образуемой ими радуги Дуга радуги — это всего лишь отрезок световой окружности, в центре сектора обзора которого находится наблюдатель, то есть вы. И чем выше вы стоите, тем более полной будет радуга

Вид радуги — ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнительных дуг — очень сильно зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли дождя, тем уже и ярче получается радуга. Характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Многочисленные дополнительные дуги также имеют яркие тона и непосредственно, без промежутков, примыкают к основным радугам. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой с оранжевым или желтым краем. Дополнительные дуги дальше отстоят и друг от друга и от основных радуг. Таким образом, по виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу.

5.3.Окраска радуги и вторичная радуга

Окрашенность радужного кольца обуславливается преломлением солнечных лучей в сферических каплях дождя, отражением их от поверхности капель, а также дифракцией (от лат. diffractus – разломанный) и интерференцией (от лат. inter – взаимно и ferio – ударяю) отраженных лучей разной длины волн.

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:

Внутренняя, наиболее часто видимая дуга окрашена с наружного края в красный цвет, с внутреннего — в фиолетовый; между ними в обычном порядке солнечного спектра лежат цвета: (красный), оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый. Вторая, реже наблюдаемая дуга лежит над первой, окрашена обыкновенно более слабо, и порядок расположения цветов в ней обратный. Часть небосвода внутри первой дуги кажется обыкновенно очень светлой, часть небосвода над второй дугой кажется менее светлой, кольцевое же пространство между дугами кажется темным. Иногда, кроме этих двух главных элементов радуги, наблюдаются еще дополнительные дуги, представляющие слабые цветные размытые полосы, окаймляющие верхнюю часть внутреннего края первой радуги и реже — верхнюю часть внешнего края второй радуги

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. Угловой радиус вторичной радуги 50—53°. Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более темный оттенок.

В горах и других местах, где очень чистый воздух, можно наблюдать третью радугу (угловой радиус порядка 60°).

Нерезкость и размытость красок радуги объясняется тем, что источником освещения является не точка, но целая поверхность — солнце, и что отдельные более резкие радуги, образуемые отдельными точками солнца, налагаются друг на друга. Если солнце светит сквозь пелену тонких облаков, то светящимся источником является облако, окружающее солнце, на протяжении 2 —3° и отдельные цветные полосы настолько налагаются друг на друга, что глаз уже не различает цветов, а видит лишь бесцветную светлую дугу — белую радугу.

Так как дождевые капли увеличиваются по мере приближения к земле, то дополнительные радуги могут быть хорошо видимы лишь при преломлении и отражении света в высоко расположенных слоях дождевой пелены, т. е. при небольшой высоте солнца и только у верхних частей первой и второй радуги. Полная теория белой радуги дана была Пертнером в 1897 г. Часто возбуждался вопрос о том, видят ли различные наблюдатели одну и ту же радугу и представляет ли радуга, видимая в тихом зеркале большого водного резервуара, отражение непосредственно наблюдаемой радуги.

ВЫВОД: Радуга возникает, когда солнечный свет испытывает преломление в капельках воды, медленно падающих в воздухе. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в спектр. Нам кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение. При этом источник яркого света всегда находится за спиной наблюдателя. Позже измерили, что красный свет отклоняется на 137 градусов 30 минут, а фиолетовый на 139°20’)

5.4.Причина радуги – преломление и дисперсия света

Совсем просто: Говоря просто, появление радуги можно вывести в следующую формулу: свет, проходя сквозь капельки дождя, преломляется. А преломляется он потому, что вода имеет плотность более высокую, чем воздух. Белый цвет, как известно, состоит из семи основных цветов. Вполне понятно, что все цвета имеют разную длину волны. И вот тут как раз и кроется весь секрет. Когда солнечный луч проходит сквозь каплю воды, он преломляет каждую волну по-разному.

А теперь подробнее.

5.4.1.ОПЫТЫ НЬЮТОНА

Ньютон при усовершенствовании оптических приборов заметил, что изображение окрашено по краям в радужный цвет. Его заинтересовало это явление. Он начал исследовать его более подробно. Через призму пропускался обычный белый свет, а на экране можно было наблюдать спектр, подобный цветам радуги. Сначала Ньютон думал, что это призма окрашивает белый цвет. В результате многочисленных опытов удалось выяснить, что призма не окрашивает, а раскладывает белый цвет в спектр.

ВЫВОД: лучи разных цветов выходят из призмы под разными углами.

5.4.2.«НЬЮТОН» В КАПЛЯХ

Проходя сквозь капли дождя, свет преломляется (отклоняется в сторону), поскольку вода имеет более высокую плотность, чем воздух. Известно, что белый цвет состоит из семи основных цветов — красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Эти цвета имеют разную длину волны, и капля преломляет каждую волну в разной степени, когда солнечный луч проходит через нее. Таким образом, волны различной длины и, значит, цвета выходят из капли уже в слегка отличающихся направлениях. То, что вначале было единым пучком лучей, теперь рассыпалось на свои естественные цвета, каждый из которых путешествует своим путем.

Цветные лучи, ударившись о внутреннюю стенку капли и еще больше изогнувшись, даже могут выйти наружу через ту же сторону, что и вошли. И в результате вы видите, как радуга рассыпала по небу свои цвета дугой.

Каждая капля отражает все цвета. Но с вашего фиксированного положения на земле вы воспринимаете только определенные цвета от определенных капель. Наиболее четко капли отражают красный и оранжевый цвета, поэтому они доходят до ваших глаз от самых верхних капель. Голубой и фиолетовый отражаются хуже, поэтому их вы видите от капель, расположенных чуть ниже. Желтый и зеленый отражают капли, которые находятся посередине. Сложите все цвета вместе — и вы получите радугу.

5.4.3.СХЕМА ОБРАЗОВАНИЯ РАДУГИ

3) первичная радуга,

5) вторичная радуга,

6) входящий луч света,

7) ход лучей при формировании первичной радуги,

8) ход лучей при формировании вторичной радуги,

9) наблюдатель, 10-12) область формирования радуги.

Чаще всего наблюдается первичная радуга , при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40—42°.

ОБЪЯСНЕНИЕ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ

Наблюдения над радугой показали, что угол, образуемый двумя линиями, мысленно проведенными из глаз наблюдателя к центру дуги радуги и к ее окружности, или угловой радиус радуги, есть величина приблизительно постоянная и равная для первой радуги около 41°, для второй 52°. Элементарное объяснение явления радуги дано было еще в 1611 г. А. де-Домини в его сочинении «De Radiis Visus et Lucis», развито затем Декартом («Les météores», 1637) и вполне разработано Ньютоном в его «Оптике» (1750). Согласно этому объяснению явление радуги происходит вследствие преломления и полного внутреннего отражения (см. Диоптрика) солнечных лучей в каплях дождя. Если на шаровую каплю жидкости упадет луч SA, то он (фиг. 1), претерпев преломление по направлению АВ, может отразиться от задней поверхности капли по направлению ВС и выйти, снова преломившись, по направлению CD.

Луч, иначе упавший на каплю, может, однако, в точке С (фиг. 2) второй раз отразиться по CD и выйти, преломившись, по направлению DE.

Если на каплю упадет не один луч, но целый пучок параллельных лучей, то, как доказывается в оптике, все лучи, претерпевшие одно внутреннее отражение в капле воды, выйдут из капли в виде расходящегося конуса лучей (фиг. 3), ось которого расположена по направлению падающих лучей В действительности пучок выходящих из капли лучей не представляет правильного конуса, и даже все составляющие его лучи не пересекаются в одной точке, только для простоты на следующих чертежах эти пучки приняты за правильные конусы с вершиной в центре капли

Угол отверстия конуса зависит от коэффициента преломления (см. Диоптрика) жидкости, а так как коэффициент преломления для лучей различного цвета (различной длины волны), составляющих белый солнечный луч, неодинаков, то и угол отверстия конуса будет различный для лучей разного цвета, именно для фиолетовых будет меньше, чем для красных. Вследствие этого конус будет окаймлен цветным радужным краем, красным извне, фиолетовым внутри, причем, если капля водяная, то половина углового отверстия конуса SOR для красного цвета будет около 42°, для фиолетового ( SOV ) 40,5°. Исследование распределения света внутри конуса показывает, что почти весь свет сосредоточен в этой цветной кайме конуса и чрезвычайно слаб в центральных частях его; таким образом мы можем рассматривать лишь яркую цветную оболочку конуса, так как все внутренние лучи его слишком слабы, чтобы быть восприняты зрением.

Подобное же исследование лучей, дважды отразившихся в капле воды, покажет нам, что они выйдут такой же конической радужной оболочкой V’R’ (фиг. 3), но красной с внутреннего края, фиолетовой с внешнего, причем для водяной капли половина углового отверстия второго конуса будет равна 50° для красного ( SOR’ ) и 54° для фиолетового края ( SOV ) .

Представим себе теперь, что наблюдатель, глаз которого находится в точке О (фиг. 4), смотрит на ряд вертикальных дождевых капель А, В , С, D, E. , освещенных параллельными солнечными лучами, идущими по направлению SA, SB, SC и т. д.; пусть все эти капли расположены в плоскости, проходящей через глаз наблюдателя и солнце; каждая такая капля будет, по предыдущему, излучать две конических световых оболочки, общей осью которых будет падающий на каплю солнечный луч.

Пусть капля В расположена так, что один из лучей, образующих внутреннюю оболочку первого (внутреннего) конуса, при продолжении пройдет через глаз наблюдателя; тогда наблюдатель увидит в В фиолетовую точку. Несколько выше капли В будет расположена такая капля С, что луч, идущий от внешней поверхности оболочки первого конуса, попадет в глаз и даст в нем впечатление красной точки в С ; капли, промежуточные между В и С, дадут в глазу впечатление точек синих, зеленых, желтых и оранжевых. В сумме — глаз увидит в этой плоскости вертикальную радужную линию с фиолетовым концом внизу и красным наверху; если проведем через О и солнце линию SO, то угол, образуемый ею с линией ОВ , будет равен полуотверстию первого конуса для фиолетовых лучей, т. е. 40,5°, а угол КОС будет равен полуотверстию первого конуса для красных лучей, т. е. 42°. Если поворачивать угол КОВ вокруг OK, то OВ опишет коническую поверхность и каждая капля, лежащая на круге пересечения этой поверхности с дождевой пеленой, даст впечатление светлой фиолетовой точки, а все точки вместе дадут фиолетовую дугу окружности с центром в К ; точно так же образуется красная и промежуточные дуги, и в сумме глаз получит впечатление светлой радужной дуги, фиолетовой внутри, красной извне — первой радуги.

Приложив те же рассуждения ко второй внешней световой конической оболочке, излучаемой каплями и образованной солнечными лучами, дважды в капле отраженными, получим более широкую вторую концентрическую радугу с углом КОЕ, равным для внутреннего красного края — 50°, а для внешнего фиолетового — 54°. Вследствие двукратного отражения света в каплях, дающих эту вторую радугу, она будет значительно менее яркой, чем первая. Капли D, лежащие между С и Е, совершенно не излучают света в глаз, и потому пространство между двумя радугами будет казаться темным; от капель, лежащих ниже В и выше Е, в глаз попадут белые лучи, исходящие из центральных частей конусов и потому весьма слабые; это объясняет, почему пространство под первой и над второй радугой кажется нам слабо освещенным.

ВЫВОД: Элементарная теория радуги очевидно указывает, что различные наблюдатели видят радуги, образованные различными каплями дождя, т. е. разные радуги, и что кажущееся отражение радуги есть та радуга, которую видел бы наблюдатель, помещенный под отражающей поверхностью на таком расстоянии от нее вниз, на каком он находится над нею. Наблюдавшиеся в редких случаях, в особенности на море, пересекающиеся эксцентричные радуги объясняются отражением света от водной поверхности за спиной наблюдателя и появлением, таким образом, двух источников света (солнца и отражения его), дающих каждый свою радугу.

В яркую лунную ночь можно увидеть бледную радугу от Луны. Однако человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении мы не может различать цвета (наиболее чувствительные рецепторы глаза — «палочки» — не воспринимает цвет). Поэтому лунная радуга выглядит белесой; но чем ярче свет, тем «цветнее» будет радуга, т.к. у человека яркий свет включает восприятие цветовых рецепторов — «колбочек».

Центр окружности, которую описывает радуга, всегда лежит на прямой, проходящей через Солнце (Луну) и глаз наблюдателя, то есть одновременно видеть солнце и радугу без использования зеркал невозможно. Для наблюдателя на земле она обычно выглядит, как часть окружности, чем выше точка зрения, тем радуга полнее — с горы или самолёта можно увидеть и целую окружность .

Обычной наблюдается простая радуга-дуга, но при определённых обстоятельствах можно увидеть двойную радугу, а с самолёта — перевёрнутую или даже кольцевую.

Кольцевая радуга 10 июля 2005