Радуга

Радуга - атмосферное, оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое при освещении Солнцем (или Луной) множества водяных капель (дождя или тумана). Радуга выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из цветов спектра (от внешнего края: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый). На самом деле, спектр непрерывен, и его цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.

Радуга над Ладожским озером

Чтобы увидеть радугу, солнце у наблюдателя должно находиться за спиной, и, в то же время, солнце, сам наблюдатель и центр окружности видимой впереди радуги должны располагаться на одной прямой. Для наблюдателя на земле радуга обычно выглядит как дуга, часть окружности, и чем выше точка наблюдения - тем она полнее (с горы или самолёта можно увидеть и полную окружность). Когда Солнце поднимается выше 42 градусов над горизонтом, радуга с поверхности Земли не видна.

Полная радуга, видимая с самолета

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды, парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов. Из видимых для человеческого глаза цветов слабее всего отклоняется красный свет, а сильнее всего фиолетовый. В результате белый солнечный свет разлагается в спектр (разноцветные полосы), и наблюдатель, который стоит спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим окружностям (дугам).

В яркую лунную ночь можно наблюдать и радугу от Луны . Поскольку рецепторы человеческого глаза, работающие при слабом освещении, - «палочки» - не воспринимают цвета, лунная радуга выглядит белёсой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы - «колбочки»).

Лунная радуга

Чаще всего наблюдается простая радуга-дуга, но известно много других оптических феноменов, которые возникают по похожим причинам или похоже выглядят. Среди них, например, туманная (белая) радуга, возникающая на очень маленьких капельках тумана, и огненная радуга , возникающая на перистых облаках. Когда радуга появляется над поверхностью воды (или над другой отражающей поверхностью, например, мокрым песком), может возникнуть так называемая отражённая радуга . Она появляется, когда солнечный свет отражается от поверхности воды до того, как попадает на дождевые капли, где происходит преломление. Необходимо, чтобы водная поверхность была достаточно большой, спокойной и близкой к стене дождя. Из-за большого количества условий отражённая радуга - редкое явление. Отражённая радуга пересекает основную на уровне горизонта, далее проходит над ней. Так как солнечный свет предварительно отражается от воды, яркость отражённой радуги ниже основной.

Белая, или туманная радуга

Отражённая радуга (верхняя) и основная радуга (нижняя) на закате

При определённых обстоятельствах можно увидеть
двойную, перевёрнутую или даже кольцевую радугу . На самом деле это явления другого процесса - преломления света в кристаллах льда, рассеянного в атмосфере, и относятся к гало (оптический феномен, светящееся кольцо вокруг источника света). Для появления в небе перевернутой радуги необходимы специфические погодные условия, характерные для Северного и Южного полюсов. Перевернутая радуга образуется за счет преломления света, проходящего через льдинки тонкой завесы облаков на высоте 7 - 8 тысяч метров. Цвета в такой радуге располагаются тоже наоборот: фиолетовый вверху, а красный - внизу.

Двойная радуга (Новосибирск)

Классическое гало вокруг Солнца в Гималаях (Непал)

Перевернутая радуга (Аляска)

Персидский астроном Кутб ад-Дин аш-Ширази (1236-1311), видимо, был первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена. Примерно одновременно аналогичное объяснение радуги предложил и немецкий учёный Дитер Фрейбургский . Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году хорватскийм учёным, архиепископом Марком Антонием де Доминисом . На основании опытных наблюдений он пришёл к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления - при входе в каплю и при выходе из неё. Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1635 году в своём труде «Метеоры» в главе «О радуге». В частности, он верно объяснил механизм образования вторичной радуги. Исаак Ньютон в своём трактате «Оптика» дополнил теорию Декарта и де Доминиса тем, что разъяснил причины возникновения цветов радуги. При этом И. Ньютон выделял семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий, индиго и фиолетовый. Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, во многих странах в нём выделяют 7 или 6 (например, в англоязычных странах) цветов. Считают, что первым выбрал число 7 И. Ньютон.

Исаак Ньютон в своей лаборатории изучает разложение солнечного луча, пройденного сквозь круглое отверстие в шторе, на спектр с помощью стеклянной призмы

Когда бы радуга ни возникала, она всегда образуется игрой света на каплях воды. Обычно это дождевые капли, изредка - мелкие капли тумана. На самых мелких каплях, таких, из которых состоят облака, радуга не видна.

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды , взвешенных в воздухе. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в спектр.

В яркую лунную ночь можно увидеть радугу от Луны . Поскольку человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении глаз плохо воспринимает цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга.

По старому английскому поверью, у подножия каждой радуги можно найти горшок с золотом. Еще и теперь встречаются люди, воображающие, что они действительно могут добраться к подножью радуги и что там виден особый мерцающий свет.

Совершенно очевидно, что радуга не находится в каком-либо определенном месте , подобно реальной вещи; она - не что иное, как свет, приходящий по определенному направлению.

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

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°.

Порядок цветов во второй радуге обратен порядку в первой; они обращены друг к другу красными полосами.

Схема образования радуги

1. сферическая капля,
2. внутреннее отражение,
3. первичая радуга,
4. преломление,
5. вторичная радуга,
6. входящий луч света,
7. ход лучей при формировании первичной радуги,
8. ход лучей при формировании вторичной радуги,
9. наблюдатель,
10. область формирования радуги,
11. область формирования радуги.
12. область формирования радуги.

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.

Собственно говоря, радуга представляет собой полную окружность. Мы не можем проследить ее за горизонтом только потому, что мы не видим дождевых капель, падающих под нами.

С самолета или возвышенности можно видеть полную окружность.

«Семь цветов радуги» существуют лишь в воображении. Это - риторический оборот, живущий так долго потому, что мы редко видим вещи такими, каковы они в действительности. На самом деле цвета радуги постепенно переходят один в другой, и лишь глаз непроизвольно объединяет их в группы.

Традиция выделять в радуге 7 цветов пошла от Исаака Ньютона , для которого число 7 имело специальное символическое значение (по то ли пифагорейским, то ли богословским соображениям). Традиция выделять в радуге 7 цветов не всемирна, например, у болгар в радуге 6 цветов.

Для запоминания последовательности цветов в радуге есть мнемонические фразы, первые буквы каждого слова в которых соответствуют первым буквам в названиях цветов (Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый

"К аждый о хотник ж елает з нать, г де с идит ф азан" . "Как однажды жак-звонарь головой сломал фонарь" .

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:

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.

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.

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.

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!

Как средь прозрачных облачных пелен

Над луком лук соцветный и сокружный

Посланницей Юноны вознесен,

И образован внутренним наружный.

Радуга у всех на виду - она обычно наблюдается в виде двух окрашенных дуг (двух соцветных луков, о которых пишет Данте), причем в верхней дуге цвета располагаются в таком порядке сверху вниз: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный, а в нижней дуге наоборот - от красного до фиолетового. Для запоминания их последовательности есть мнемонические фразы, первые буквы каждого слова в которых соответствуют первым буквам названия цвета Например, такой является фраза "Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан" или другая, не менее известная, "Как Однажды Жан-Звонарь Головою Сшиб Фонарь". Правда, традиция выделять в радуге 7 цветов не всемирна. Например, у болгар в радуге 6 цветов.

Радуга даёт уникальную возможность наблюдать в естественных условиях разложение белого света в спектр.

Радуга обычно появляется после дождя, когда Солнце стоит довольно низко. Где-то между Солнцем и наблюдателем ещё идёт дождь. Солнечный свет, проходя сквозь капли воды, многократно отражается и преломляется в них, как в маленьких призмах, и лучи разного цвета выходят из капель под различными углами. Это явление называется дисперсией (т. е. разложением) света. В результате образуется яркая цветная дуга (а на самом деле крут; целиком его можно увидеть с самолёта).

Иногда наблюдаются сразу две, реже - три разноцветные дуги. Первую радугу создают лучи, отразившиеся внутри капель однократно, вторую - лучи, отразившиеся дважды, и т. д. В 1948 г. в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург) среди туч над Невой появилось сразу четыре радуги.

Вид радуги, яркость цветов, ширина полос зависят от размеров и количества водяных капель в воздухе. Яркая радуга бывает летом после грозового дождя, во время которого падают крупные капли. Как правило, такая радуга предвещает хорошую погоду.

В яркую лунную ночь можно увидеть радугу от Луны. Радуга возникает в свете полной луны, когда идет дождь. Поскольку человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении наиболее чувствительные рецепторы глаза - "палочки" - не воспринимает цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем "цветнее" радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы - "колбочки").

огненная радуга

Ее повезло увидеть жительнице Швеции Мариан Эриксон. Радуга протянулась по ночному небу и стояла при полной луне в течение минуты.

Приметы и легенды.

Когда-то давным-давно человек стал задумываться, почему же на небе появляются радуги. В те времена об оптике даже и не слышали. Потому люди придумывали мифы и легенды, а так же существовало множество примет. Вот некоторые из них:

• В скандинавской мифологии радуга - это мост Биврёст, соединяющий 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.
• Суеверные люди считали, что радуга является плохим предзнаменованием. Они считали, что души умерших переходят в потусторонний мир по радуге, и если появилась радуга, это означает чью-то близкую кончину.

История объяснения радуги.

Уже Аристотель, древнегреческий философ, пытался объяснить причину радуги. А 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 достаточ но точное объяснение феномена.

Общая физическая картина радуги была уже четко описана Марком Антонием де Доминисом (1611).

М.А. де Доминис

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 своем труде "Метеоры" в главе "О радуге" (1635).

Рене Декарт

Декарт пишет:

"Во-первых, когда я принял во внимание, что радуга может появляться не только на небе, но также и в воздухе вблизи нас каждый раз, когда в нем находятся капли воды, освещенные солнцем, как это иногда можно видеть в фонтанах, мне легко было заключить, что она зависит от того, каким образом лучи света действуют на эти капли, а от них достигают нашего глаза; далее, зная, что эти капли шарообразны, и видя, что и при больших и при малых каплях радуга появляется всегда одинаковым образом, я поставил себе целью создать очень большую каплю, чтобы иметь возможность лучше ее рассмотреть. Для этого я наполнил водой большой стеклянный сосуд, вполне круглый и вполне прозрачный и пришел к следующему выводу..."

Этот вывод повторяет и уточняет результат, полученный Доминисом. В частности, Декарт обнаружил, что вторая (внешняя) радуга возникает в результате двух преломлений и двух отражений. Он также качественно объяснил появление цветов радуги, сравнивая преломление света в капле с преломлением в стеклянной призме. Рисунок 1, поясняющий ход луч ей в капле, взят из упомянутой выше работы Декарта. Но главная заслуга Декарта заключалась в том, что он колич ественно объяснил это явление, впервые используя закон преломления света:

"Я еще не знал, почему цвета появляются лишь под известными углами, пока не взял перо и не вычислил подробно хода всех лучей, которые падают на различные точ ки водяной капли, чтобы узнать, под какими углами они могут попасть в наш глаз после двух преломлений и одного или двух отражений. Тогда я нашел, что после одного отражения и двух преломлений гораздо больше лучей, которые могут быть видны под углом от 41° до 42° (по отношению к солнечному лучу), чем таких, которые видны под каким-либо меньшим углом, и нет ни одного, который был бы виден под большим. Далее я нашел также, что после двух отражений и двух преломлений оказывается гораздо больше лучей, падающих в глаз под углом от 51° до 52°, чем таких, которые бы падали под каким-либо большим углом, и нет совсем таких, которые падали бы под меньшим".

Таким образом, Декарт не только вычисляет ход лучей, но и определяет угловое распределение интенсивности рассеянного каплями света.

В отношении цветов теория дополнена Исааком Ньютоном.

Исаак Ньютон

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 умерологическим соображениям).

В известных "Лекциях по оптике", которые были написаны в 70-х годах XVI века, но опубликованы уже после смерти Ньютона в 1729 году, приведено следующее резюме:
"Из лучей, входящих в шар, некоторые выходят из него после одного отражения, другие - после двух отражений; есть лучи, выходящие после трех отражений и даже большего числа отражений. Поскольку дождевые капли очень малы относительно расстояния до глаза наблюдателя, то не стоит совсем рассматривать их размеры, а только углы, образуемые падающими лучами с выходящими. Там, где эти углы наибольшие или наименьшие, выходящие лучи наиболее сгущены. Так как различные роды лучей (лучи разных цветов) составляют различные наибольшие и наименьшие углы, то лучи, наиболее плотно собирающиеся у различных мест, имеют стремление к проявлению собственных цветов".

Утверждение Ньютона о возможности не учитывать размеры капли, так же как слова Декарта о том, что при больших и малых каплях радуга появляется всегда одинаковым образом, оказалось неточным. Полная теория радуги с учетом дифракции света, которая зависит от соотношения длины волны света и размера капли, была построена лишь в XIX веке Дж.Б. Эри (1836) и Дж.М. Пернтером (1897).

Преломление и отражение луча в капле воды.

Рисунок Декарта, который мы воспроизвели как реликвию, обладает одним "методическим" несовершенством. Неподготовленному читателю может показаться, что обе радуги, внешняя и внутренняя, обусловлены разными способами отражения в одной и той же капле. Лучше было бы изобразить две капли: одну, относящуюся к нижней радуге, другую к верхней, оставив в каждой по одному способу отражения, как это показано на рис. 2. Для простоты восприятия в обоих случаях направление падающего на каплю солнечного луча принято за ось абсцисс. Координату y, характеризующую точку падения луча на каплю, будем называть прицельным параметром.

Из рис. 2, а видно, что падающий луч с одним отражением может быть воспринят наблюдателем, если только точка падения относится к верхней части капли (y > 0). Наоборот, при двух отражениях это окажется возможным для тех лучей, которые падают на нижнюю часть капли (y < 0).

Предположим сначала, что капля находится в вертикальной плоскости, проходящей через положение Солнца и глаз наблюдателя. Тогда падающий, преломленные и отраженные лучи лежат в этой же плоскости. Если α 1 - угол падения, а α 2 - угол преломления, то из рис. 2, а и б угол вышедшего луча по отношению к падающему в первом случае будет равен φ 1 = 4α 2 -2α 1 (1)
а во втором - φ 2 = π - 6α 2 + 2α 1 (2)
причем, согласно закону преломления: sin α 2 = sin α 1 /n
где n в нашем случае показатель преломления воды. Кроме того, принимая условно радиус капли за единицу длины, имеем:

Соответственно в первом и во втором случаях. Поэтому из (1) и (2) получаем
φ 1 =4 arcsin(y/n) - 2 arcsin y, y>0 (3)
φ 2 = π+6 arcsin(y/n) - 2 arcsin y, y<0 (4)

Эти два уравнения являются основными для дальнейшего рассмотрения. Нетрудно построить графики углов φ 1 и φ 2 как функций y. Они представлены на рис. 3 для показателя преломления n=1,331 (красный цвет). Мы видим, что при значении прицельного параметра y≈0,85 достигается максимум угла φ 1 , приблизительно равный 42°, а угол имеет минимум ~53° при y≈-0,95. Покажем, что этим экстремальным точкам соответствует максимум интенсивности отраженного каплей света.

Рассмотрим некоторый малый интервал изменения прицельного параметра (для определенности в первом случае) y, y + Δy. С помощью графика можно найти изменение угла φ на этом интервале Δφ. На рис. 3 видно, что Δφ=Δy*tg β, где β - угол, который касательная к графику в данной точке образует с осью абсцисс. Величина Δy пропорциональна интенсивности света ΔI, падающего на каплю в этом интервале прицельного параметра. Эта же интенсивность света (точнее, пропорциональная ей величина) рассеивается каплей в угловом интервале Δφ. Мы можем написать ΔI ~ Δy =Δy*ctg β. Следовательно, интенсивность рассеянного каплей света, приходящаяся на единицу угла рассеяния, может быть выражена как I(φ) = ΔI/Δφ ~ ctg β (5)

Так как в экстремальных точках ctg β = ∞, то величина (5) обращается в бесконечность. Отметим, что положения этих экстремальных точек для различных цветов несколько отличаются, что и позволяет наблюдать радугу.

Как нарисовать радугу

Теперь мы можем нарисовать схему наблюдения радуги. Такое построение выполнено на рис. 4. Сначала рисуем поверхность Земли и стоящего на ней наблюдателя. Перед наблюдателем находится завеса дождя (закрашенная серым цветом). Затем изображаем солнечные лучи, направление которых зависит от высоты Солнца над горизонтом. Через глаз наблюдателя проводим красные и фиолетовые лучи под указанными выше углами по отношению к солнечным лучам. Можно быть уверенным на основании результатов предыдущего раздела, что эти лучи возникнут в результате рассеяния на соответствующих каплях дождя. При этом, как следует из рис. 2, нижняя радуга обусловлена процессами рассеяния с одним отражением, а верхняя - с двумя отражениями. Обратите внимание на чередование цветов: фиолетовые лучи являются внешними, а красные - внутренними. Очевидно, что лучи других цветов в каждой радуге размещаются между красным и фиолетовым в соответствии со значениями показателей преломления.

Напомним, что мы пока рассматривали изображение радуги в вертикальной плоскости, проходящей через глаз наблюдателя и положение Солнца. Проведем прямую, проходящую через глаз наблюдателя параллельно солнечному лучу. Если вертикальную плоскость поворачивать вокруг указанной прямой, то ее новое положение для наблюдения радуги будет совершенно эквивалентно исходному. Поэтому радуга имеет форму дуги окружности, центр которой находится на построенной оси. Радиус этой окружности (как видно на рис. 4) приблизительно равен расстоянию наблюдателя до завесы дождя.

Отметим, что при наблюдении радуги Солнце не должно стоять слишком высоко над горизонтом - не более чем на 53,48°. Иначе картина лучей на рисунке будет поворачиваться по часовой стрелке, так что даже фиолетовый луч верхней радуги не сможет попасть в глаз наблюдателя, стоящего на Земле. Правда, это окажется возможным, если наблюдатель поднимется на некоторую высоту, например на самолете. Если наблюдатель поднимется достаточно высоко, то он сможет увидеть радугу и в форме полной окружности.

Схема образования радуги

Схема образования радуги
1) сферическая капля 2) внутреннее отражение 3) первичная радуга
4) преломление 5) вторичная радуга 6) входящий луч света
7) ход лучей при формировании первичной радуги

8) ход лучей при формировании вторичной радуги
9) наблюдатель 10) область формирования первичной радуги
11) область формирования вторичной радуги 12) облако капелек

Данное описание радуги следует уточнить c учетом того, что солнечные лучи не строго параллельны. Это связано с тем, что лучи, падающие на каплю от разных точек Солнца, имеют несколько различные направления. Максимальное угловое расхождение лучей определяется угловым диаметром Солнца, как известно равным приблизительно 0,5°. К чему это приводит? Каждая капля испускает в глаз наблюдателя не столь монохроматический свет, как это было бы в случае строгой параллельности падающих лучей. Если бы угловой диаметр Солнца заметно превосходил угловое расстояние между фиолетовым и красным лучами, то цвета радуги были бы неразличимы. К счастью, это не так, хотя, несомненно, перекрывание лучей с разными длинами волн влияет на контрастность цветов радуги. Интересно, что конечность углового диаметра Солнца была уже учтена в работе Декарта.

Ответ редакции

Люди с незапамятных времён пытались объяснить природу радуги. Жители Древней Руси верили, что разноцветные полосы в небе — это сияющее коромысло, с помощью которого Лада Перуница черпает воду из моря-океана, чтобы потом оросить ею поля и нивы. Другой версии придерживались американские индейцы, которые были уверены, что радуга — это лестница, ведущая в мир иной. Ну а суровые скандинавы отождествляли небесную дугу с мостом, на котором днём и ночью несёт дозор страж богов Хеймдалль .

АиФ.ru рассказывает, как объясняет образование этого природного явления современная наука, а также делится секретами того, как самому стать стражем радуги.

Почему появляется радуга?

Чтобы разобраться, почему появляется радуга, необходимо вспомнить о том, что представляет собой луч света. Из курса школьной физики известно, что он состоит из летящих с огромной скоростью частиц — отрезков электромагнитной волны. Короткие и длинные волны различаются по цвету, но все вместе в едином потоке они воспринимаются человеческим глазом как белый свет.

И только когда луч света «натыкается» на прозрачную преграду — каплю воды или стекло — он распадается на различные цвета.

Самые короткие электромагнитные волны красного цвета обладают наименьшей энергией, поэтому они отклоняются меньше других. Самые же длинные волны фиолетового цвета, напротив, отклоняются больше остальных. Таким образом, большая часть цветов радуги располагается в промежутке между красной и фиолетовой линиями.

Человеческий глаз различает семь цветов — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Но следует иметь в виду, что на самом деле цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.

Внутренняя сторона белой радуги может быть немного окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя — в оранжевый.

Как и где появляется огненная радуга?

Огненная радуга. Фото: www.globallookpress.com

Огненная радуга преимущественно появляется в области перистых облаков: мелкие льдинки отражают падающий свет и буквально «зажигают» облака, окрашивая их в различные цвета.

Можно ли увидеть радугу ночью?

Да, это возможно. Свет Луны, отражённый частицами воды от дождя или водопада, образует цветовой спектр , который ночью неразличим для глаза и кажется белым ввиду особенностей человеческого зрения в условиях плохой освещённости. Лучше всего такая радуга видна во время полнолуния.

Лунная радуга. Фото: Shutterstock.com / Muskoka Stock Photos

Как сделать радугу своими руками?

Понадобится: стакан, вода, лист бумаги.

Что делать:

1. Поставить заполненный водой гранёный стакан к окну, откуда светит солнце.

2. Лист бумаги положить на пол недалеко от окна так, чтобы на него падал свет.

3. Смочить окно горячей водой.

4. Менять положение стакана и листа бумаги до тех пор, пока радуга не станет видна.

Понадобится: шланг с водой.

Что делать:

1. Взять шланг с бегущей водой и слегка зажать его «горлышко», чтобы появились брызги.

3. Присмотреться и увидеть в брызгах радугу.

Как запомнить цвета радуги?

Существуют специальные фразы, которые помогают запомнить последовательность цветов радуги. Первая буква каждого слова соответствует первой букве цвета радужной полосы — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

Каждый охотник желает знать, где сидит фазан.

Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь.

Крот овце, жирафу, зайке гладил старые фуфайки.

Каждый оформитель желает знать, где скачать фотошоп.

Кем ощущается жестокий звон гонга сопротивления фатальности?

Как предсказать погоду по радуге?

Если в спектре радуги преобладает красный цвет, то нужно ждать сильного ветра.

Дождливая погода в ближайшие дни будет, если увидеть двойную или тройную радугу.

Высокая радуга сигнализирует о том, что погода будет ясной, а низкая — что дождливой.

Если больше зелёного цвета — будут дожди, жёлтого — хорошая погода, красного — ветер и засуха.

Радуга зимой — редкость, она сигнализирует о надвигающемся морозе или снеге.

Радуга вдоль реки к сильному дождю, а поперёк — к ясной погоде.

Появление радуги в субботу обещает дождливую следующую неделю.

• 
  © АиФ Новосибирск
• 
  © russianlook.com
• 
  
• 
  © wikimedia.org/Fabien1309
• 
  © wikimedia.org/Brocken Inaglory