Возникновение радуги. Что такое радуга? Появление радуги с точки зрения физики

Инструкция

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

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

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

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

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

Радуга - одно из самых удивительных явлений природы. Что такое радуга? Как она появляется? Эти вопросы интересовали людей во все времена. Даже Аристотель пытался разгадать ее тайну. Существует множество поверий и легенд, связанных с ней (дорога на тот свет, связь между небом и землей, символ изобилия и т.п.). Некоторые народы верили, что тот, кто пройдет под радугой, поменяет свой пол.

Ее красота поражает и восхищает. Глядя на этот разноцветный «волшебный мост», хочется верить в чудеса. Появление радуги в небе оповещает, что ненастье закончилось и пришла ясная солнечная пора.

Когда бывает радуга? Ее можно наблюдать во время дождя или после ливня. Но для ее возникновения недостаточно молнии и грома. Она появляется лишь в том случае, если сквозь тучи пробивается солнце. Нужны определенные условия для того, чтобы ее можно было заметить. Необходимо находиться между дождем (он должен быть спереди) и солнцем (оно сзади). Ваши глаза, центр радуги и солнце должны быть на одной линии, иначе этого волшебного моста вам не видать!

Наверняка многие замечали, что бывает, когда лучик падает на мыльный пузырь или на край скошенного зеркала. Он разделяется на разнообразные цвета (зеленый, синий, красный, желтый, фиолетовый и т.д.). Предмет, который разбивает луч на составляющие цвета, называют призмой. А образующуюся разноцветную линию - спектром.

Так что такое и есть изогнутый спектр, цветная полоса, образовавшаяся в результате разделения луча света при прохождении через дождевые капли (они в этом случае являются призмой).

Цвета солнечного спектра располагаются в определенном порядке. С одной стороны - красный, затем оранжевый, рядом - желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Радуга хорошо видна, пока капельки дождя падают равномерно и часто. Чем чаще, тем она ярче. Таким образом, в дождевой капле происходят сразу три процесса: преломление, отражение и разложение света.

Где увидеть радугу? У фонтанов, водопадов, на фоне капель, разбрызгиваемых и т.п. Ее расположение на небе зависит от положения солнца. Можно полюбоваться всем радужным кругом, если оказаться высоко в небе. Чем выше солнце поднимается над горизонтом, тем меньше становится цветной полукруг.

Первая попытка объяснить, что такое радуга, была предпринята в 1611 году Антонио Доминисом. Его объяснение отличалось от библейского, поэтому он был приговорен к смерти. В 1637 году Декарт дал научное явлению на основании преломления и отражения солнечного света. В то время еще не знали о разложении луча на спектр, то есть дисперсии. Поэтому радуга Декарта оказалась белой. Через 30 лет ее «раскрасил» Ньютон, дополнив теорию коллеги объяснениями преломления цветных лучей в каплях дождя. Несмотря на то, что теории уже более 300 лет, она правильно формулирует, что такое радуга,основные ее особенности (расположение цветов, положение дуг, угловые параметры).

Поразительно, как привычныые для нас свет и вода создают вместе совершенно новое, невообразимой красоты, произведение искусства, подаренное нам природой. Радуга всегда вызывает всплеск эмоций и надолго остается в памяти.

Люди давно задумывались над природой этого красивейшего явления природы. Человечество связало радугу с множеством поверий и легенд. В древнегреческой мифологии, например, радуга – это дорога между небом и землей, по которой ходила посланница между миром богов и миром людей Ирида. В Китае считали, что радуга - это небесный дракон, союз Неба и Земли. В славянских мифах и легендах радугу считали волшебным небесным мостом, перекинутым с неба на землю, дорогой, по которой ангелы сходят с небес набирать воду из рек. Эту воду они наливают в облака и оттуда она падает живительным дождем.

Суеверные люди считали, что радуга является дурным знаком. Они считали, что души умерших переходят в потусторонний мир по радуге, и если появилась радуга, это означает чью-то близкую кончину.

Радуга также фигурирует во многих народных приметах, связанных с предсказанием погоды. Например, радуга высокая и крутая предвещает хорошую погоду, а низкая и пологая - плохую.

Откуда же берется радуга?

Обратите внимание, что радугу можно наблюдать только перед дождем или после него. И только в том случае, если одновременно с дождем сквозь тучи пробивается солнце. Что при этом происходит? Лучи Солнца проходят через капельки дождя. А каждая такая капелька работает как призма. То есть она разлагает белый свет Солнца на его составляющие - лучи красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового цвета. Причем капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в разноцветную полосу, которую называют спектром .

Преломление света при прохождении через призму.
Обратите внимание, что лучи разных цветов выходят из призмы под разными углами.

Радуга и есть огромный изогнутый спектр. Для наблюдателя на земле радуга обычно выглядит как дуга - часть окружности, И чем выше находится наблюдатель, тем радуга полнее. С горы или самолёта можно увидеть и полную окружность! А почему радуга имеет форму дуги?

Вы можете видеть радугу только в том случае, если находитесь строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождем (он должен быть перед вами). Иначе радуги не увидеть!

Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов - снаружи находится фиолетовый, а внутри красный:

Чтобы запомнить последовательность цветов в радуге (или спектре) есть специальные простые фразы - в них первые буквы соответствуют первым буквам названий цветов:

• К ак О днажды Ж ак-З вонарь Г оловой С ломал Ф онарь.
• К аждый О хотник Ж елает З нать Г де С идит Ф азан.

Запомните их - и вы без труда в любое время сможете нарисовать радугу!

(!) Первым, кто объяснил природу радуги был Аристотель. Он определил, что "радуга - это оптическое явление, а не материальный объект".

Помните ирландские сказки о леприконах, охраняющих горшочки с золотом там, где "кончается" радуга?

Оказывается, радуга существует только в нашем восприятии - на самом же деле ее не существует.
Поэтому и невозможно найти края радуги. А потому и золото леприконов:)
Почему так? Добро пожаловать под кат... Отдельный привет lora_in за любопытность:)

Ра́дуга — атмосферное, оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое при освещении Солнцем (иногда 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). Это те семь цветов, которые принято выделять в радуге в русской культуре, но следует иметь в виду, что на самом деле спектр непрерывен, и его цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.

Центр окружности, описываемой радугой, лежит на прямой, проходящей через наблюдателя и Солнце, притом при наблюдении радуги (в отличие от гало) Солнце всегда находится за спиной наблюдателя, и одновременно видеть Солнце и радугу без использования оптических приспособлений невозможно . 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.

А теперь самое интересное...

Невероятно, но в окружающем нас мире красок нет. Цвет — это лишь иллюзия, созданная мозгом и в физической реальности не существующая.

Посмотрите вокруг себя. Вас с самого рождения окружает иллюзия, «дополнительная реальность», которая настолько привычна, что, подобно воздуху, для нас абсолютно незаметна.

Например, радугу человек показывает как бы только себе: ее существование связано с особенностями человеческого зрения и зависит от конических фоторецепторов в глазах — для других живых существ, не имеющих подобных конусов-колбочек, радуга вообще не существует. Таким образом, вы не просто смотрите на радугу — вы создаете ее.

Более подробно об устройстве сетчатки глаза можно прочитать .

Дадим слово Эрвину Шредингеру, нобелевскому лауреату по физике, одному из создателей квантовой механики, более известному широкой публике благодаря одному коту : «Если вы спросите у физика, что в его понимании есть желтый свет, он вам ответит, что это поперечные электромагнитные волны, длина которых примерно равна 590 нанометрам (нм). Если вы спросите его: „А где тут желтый?“, — то он ответит: „В моей картине его нет совсем, но, когда эти колебания попадают на сетчатку здорового глаза, у человека, которому принадлежит этот глаз, возникает ощущение желтого цвета“».

Однако ощущение цвета невозможно объяснить в рамках объективной картины волн света, имеющейся у физиков. Доказательством тому служат зрительные иллюзии, цветные сны с закрытыми глазами и люди, споcобные видеть цвет иными органами чувств.

Обман зрения

Зрительные иллюзии раскрывают некоторые аспекты того, как работает зрение. Если пристально смотреть на точку в центре черно-белого изображения в течение 15 секунд, то картинка обретает краски.

Давайте посмотрим на еще одну иллюзию. По-русски она называется «бегущий салатовый круг», на английском звучит как «сиреневый охотник». Основана она на эффекте Трокслера.

Что здесь необычного? Через мгновение на месте пропадающих фиолетовых пятен появляется зеленое пятно, движущееся по кругу. Но его ведь в реальности нет! Электромагнитные волны из диапазона спектра 500-565 нанометров физически не попадают на сетчатку человеческого глаза. Это так же необычно, как если бы мы слышали мелодию песни и при этом на барабанную перепонку не поступали бы звуковые колебания. А если сконцентрироваться на крестике, то фиолетовые пятна пропадают вовсе.

Вот статический кадр из гифки выше, который отображает реальность. Физически присутствуют только фиолетовые кружки. Зеленого нет ни на одном из кадров. Это еще одно подтверждение нефизической природы цвета. Более того, когда мы видим цветные сны, глаза вообще закрыты.

Сконцентрируйте взгляд на центре картинки. Через некоторое время расплывчатые цветные образы исчезнут и превратятся в сплошной белый фон. Картинка не gif. Здесь, напротив, электромагнитные волны, отвечающие за цвета, попадают к нам в глаза, но цвета мы перестаем видеть.

Если посмотреть на центральную плитку кубика на вершине и на стороне, повернутой к нам, то видно, что в первом случае она имеет коричневый цвет, а во втором — оранжевый. Это наше восприятие реальности. Но физическая реальность такова, что эти две плитки одного и того же цвета.

Цветные цифры

«Я сказала моему отцу: я поняла, что, для того чтобы написать букву „R“, все, что я должна сделать, — это сначала написать „P“ и затем провести линию вниз от ее петли. И я была так удивлена, что могу превратить желтую букву в оранжевую букву, только добавив линию!» — писала Патриция Лин Даффи, писатель и синестетик .

У некоторых людей раздражение одних органов чувств вызывает как специфические для него ощущения, так и ощущения, соответствующие другому органу чувств. Это явление называется синестезией, что с греческого переводится как «совместное чувство». То есть человек может смотреть на движущиеся картинки и при этом слышать звук. Или для него каждая цифра или буква может иметь собственный цвет, как на рисунке ниже. Цветные цифры — это самый распространенный вид синестезии. Кстати, интересно, что увидит Патриция, если оранжевая для нее «Р» будет написана салатовыми чернилами?

То есть совсем не обязательно, чтобы цвет был связан с определенной длиной электромагнитной волны. Цвет может порождаться звуковыми колебаниями, а звук, например, определенной анимацией.

Нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман говорил: «Когда я вижу уравнения, я вижу буквы в цвете — я не знаю почему». Он тоже был синестетиком.

Джеймс Ваннертон чувствует слова на вкус. Нью-Йорк для него по вкусу как вареное яйцо, а Лондон — как картофельное пюре. А другой человек, Макаллистер, видит музыку. У него на звук реагируют участки, отвечающие за слух и зрение. Поразительно, что он слеп с 12 лет: «Когда я слышу музыку, у меня перед глазами появляются разноцветные вспышки, мне кажется, что вижу даже больше прекрасных цветов, чем зрячие люди».

И, чтобы проверить, не врут ли люди и не сумасшедшие ли они, разработаны вот такие тесты, как на рисунке ниже. На листке напечатано много пятерок и двоек. Обычный человек сравнительно долго ищет двойки, для него все цифры на одно лицо. Синестетику же не нужно время на рассматривание каждой цифры. Он сразу видит образуемую двойками красную пирамиду.

Феномен цвета

Учеными проводились эксперименты на восприятие искусственными нейронными сетями (ИНС) иллюзий. Восприятие освещенности выбранной точки зависело от окружающей структуры, от контекста, в которой она находилась. Также на формирование иллюзии влиял предыдущий опыт, стереотипность восприятия. Например, люди видят лицо выпуклым, не только когда оно реально выпуклое, но и в случае если это оборотная часть маски, то есть вогнутая внутрь фигура.

Мы живем в своей информационной реальности. Цвет лишь иллюзия, созданная мозгом, в физической реальности не существующая. В зависимости от ожиданий, контекста, ментальных моделей мозг может произвольно изменять цвета объектов. Что трудно было бы себе представить, если бы цвет был реальным физическим феноменом.

Цвета — это определенная форма языка. Когда мы видим один цвет — мы видим нечто неопределенное, несамостоятельное, что-то вроде одного слова в языке. Интерпретация же этого «слова» происходит, если мы его помещаем в «предложение» и его контекст. А электромагнитные волны — это, по-видимому, сущности, представленные для нас в двух ипостасях: экзистенциональной, как часть физической реальности, и денотативной, как и чернильные пятна на бумаге, сформированные в осмысленные для нас конфигурации, слова, имеющие смыслы, как часть реальности информационной.

Кстати, даже если будет раскрыта природа цвета в нашем сознании, возникает вопрос, а почему цвета именно такие, какими мы их видим? Это обусловлено нашим строением или это, может быть, было как-то случайно выбрано в ходе эволюции, как случайно были выбраны именно такие, а не иные буквы для алфавита? Каково это видеть мир в ультрафиолете или в гамма?

Также из этого следует, что наш мир, видимо, не только некрасочен, но еще и беззвучен. И на вопрос, слышен ли звук падающего дерева в лесу, если рядом никого нет, можно дать ответ. Нет, не слышен. Физика сохраняется. Дерево падает, распространяются колебания воздуха. Но звук рождается в мозге наблюдателя.

Дзэнский коан о том, "Как звучит хлопок одной ладонью " теперь приобретает совсем интереснейший смысл:)

И еще - так жив ли или же мертв бедный котик Шредингера? :)

Друг мой, ты никогда не мечтал пройти по радуге и попасть в сказочную страну? У меня всегда улучшается настроение, когда я вижу это очень красивое природное явление. Сегодня я отвечу тебе на вопрос «Как образуется радуга?»

Давным-давно люди считали радугу дорогой в Небеса и верили, что по ней можно добраться до Мира Богов.

Теперь радуга имеет своё научное объяснение. После дождя некоторые капельки зависают в воздухе, так и не добравшись до земли. Лучики солнца попадают на капли дождя и, отражаясь от них, словно от зеркала, по-научному преломляясь, становятся разноцветными.

Друг мой, ты слышал поговорку: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан»? Первая буква каждого слова и обозначает порядок цветов в удивительном и очень красивом явлении природы, о котором ты сегодня узнал: Красный, Оранжевый, Жёлтый, Зелёный, Голубой, Синий, Фиолетовый.

Впервые цвета радуги выделил учёный Ньютон. Правда сначала он определил только пять окрасок — красную,жёлтую, зелёную, голубую и фиолетовую. Но позже увидел ещё и оранжевый цвет. Однако число 6 в те времена считали почему-то не очень хорошим, и учёный добавил в спектр синий оттенок. Семь — число, равное количеству нот музыкальной гаммы, показалось Ньютону очень симпатичным. Так и оставили, хотя на самом деле цвета в радуге плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.

Насколько известно учёным — ни одно живое существо в мире, кроме человека, увидеть радугу не в состоянии. И тем не менее она есть. Ты можешь видеть радугу только в том случае, если находишься строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождём (он должен быть перед тобой). Иначе радуги не увидеть!

Она всегда возникает там, где лучи солнца встречают капельки воды. Например, на водопадах, фонтанах. А можно самому сделать завесу капель из ручного пульверизатора и, встав спиною к солнцу, увидеть радугу, созданную собственными руками.

Ты замечал, что радуга бывает разной по насыщенности цвета? Это зависит от размера капель: чем они больше, тем радуга ярче. Если радуга появляется утром или вечером (когда Солнце недалеко от горизонта), то она окажется большого размера, если днём (светило стоит высоко) — маленького.

Радугу можно наблюдать не только днём, но и ночью, в перистых облаках и даже во время тумана. А целиком её можно увидеть только, находясь в самолёте или на высокой 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.

Перевёрнутая радуга

Приходилось ли тебе встречаться с редким феноменом природы — перевёрнутой радугой? Это 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.

Двойная радуга

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 радуге расположены в зеркальном отражении и менее яркие. Увидеть двойную радугу — хорошая примета — это к удаче, к исполнению желаний. Так что если тебе посчастливилось увидеть двойную радугу, поспеши загадать желание, и оно обязательно исполнится.

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.

Предлагаю тебе посмотреть видеоролик и узнать, что будет, если луч белого света пропустить через стеклянную призму, и кто первым проделал такой опыт?

«Почему бывает радуга?»

Материал подготовила Надежда Данилова