Fenomene luminoase incredibile. Fenomene optice: exemple. Lumină, miraj, aurore boreale, curcubeu Fenomene luminoase curcubeu

Ecologie

În multe culturi, există legende și mituri despre puterea curcubeului, oamenii îi dedică opere de artă, muzică și poezie.

Psihologii spun că oamenii admiră acest fenomen natural pentru că curcubeul este promisiunea unui viitor luminos, „curcubeu”.

Tehnic, un curcubeu apare atunci când lumina trece prin picăturile de apă din atmosferă, iar refracția luminii duce la aspectul familiar al unui arc curbat de diferite culori, care ne este familiar tuturor.

Iată acestea și altele Fapte interesante despre curcubeu:

7 fapte despre curcubeu (cu fotografie)

1. Curcubeele se văd rar la prânz.

Cel mai adesea, un curcubeu apare dimineața și seara. Pentru ca un curcubeu să se formeze, lumina soarelui trebuie să lovească picătura de ploaie la un unghi de aproximativ 42 de grade. Este puțin probabil să se întâmple când Soarele este mai mare de 42 de grade pe cer.

2. Curcubeele apar și noaptea

Curcubeele pot fi văzute și după întuneric. Acest fenomen se numește curcubeu lunar. În acest caz, razele de lumină sunt refractate prin reflexia de la Lună, și nu direct de la Soare.

De regulă, este mai puțin strălucitor, deoarece cu cât lumina este mai strălucitoare, cu atât curcubeul este mai colorat.

3. Doi oameni nu pot vedea același curcubeu.

Lumina reflectată de anumite picături de ploaie sare în alte picături dintr-un unghi complet diferit pentru fiecare dintre noi. Acest lucru creează o imagine diferită a curcubeului.

Deoarece doi oameni nu pot fi în același loc, nu pot vedea același curcubeu. Mai mult, chiar și fiecare dintre ochii noștri vede un curcubeu diferit.

4. Nu putem ajunge niciodată la capătul curcubeului

Când ne uităm la un curcubeu, pare că se mișcă cu noi. Acest lucru se datorează faptului că lumina care o formează o face de la o anumită distanță și unghi pentru observator. Și această distanță va rămâne mereu între noi și curcubeu.

5. Nu putem vedea toate culorile curcubeului

Mulți dintre noi din copilărie ne amintim de o rimă care vă permite să vă amintiți 7 culori clasice curcubee (Orice vânător vrea să știe unde stă fazanul).

Toată lumea este roșie

Hunter - portocaliu

Dorință - galben

Știi - verde

Unde - albastru

Asezat - albastru

Fazan - violet

Cu toate acestea, curcubeul este de fapt format din peste un milion de culori, inclusiv culori pe care ochiul uman nu le poate vedea.

6. Curcubeul poate fi dublu, triplu și chiar cvadruplu

Putem vedea mai mult de un curcubeu dacă lumina este reflectată în interiorul picăturii și separată în culorile sale constitutive. Un curcubeu dublu apare atunci când se întâmplă în interiorul picăturii de două ori, un curcubeu triplu când se întâmplă de trei ori și așa mai departe.

Cu un curcubeu cvadruplu, de fiecare dată când fasciculul este reflectat, lumina și, în consecință, curcubeul, devin mai palide și, prin urmare, ultimele două curcubee sunt foarte puțin vizibile.

Pentru a vedea un astfel de curcubeu, mai mulți factori trebuie să coincidă simultan, și anume un nor complet negru și fie o distribuție uniformă a dimensiunilor picăturilor de ploaie, fie ploaia abundentă.

7. Puteți face curcubeul să dispară singur.

Folosind ochelari de soare polarizați, puteți să nu mai vedeți curcubeul. Acest lucru se datorează faptului că sunt acoperite cu un strat foarte subțire de molecule care sunt dispuse în rânduri verticale, iar lumina reflectată din apă este polarizată pe orizontală. Acest fenomen poate fi văzut în videoclip.

Cum să faci un curcubeu?

De asemenea, puteți face un adevărat curcubeu acasă. Există mai multe metode.

1. Metodă folosind un pahar cu apă

Umpleți un pahar cu apă și puneți-l pe o masă în fața unei ferestre într-o zi însorită.

Puneți o bucată de hârtie albă pe podea.

Udați geamul cu apă fierbinte.

Reglați paharul și hârtia până când vedeți un curcubeu.

2. Metoda folosind o oglindă

Pune o oglindă într-un pahar plin cu apă.

Camera ar trebui să fie întunecată, iar pereții albi.

Pune o lanternă în apă, mișcând-o până vezi un curcubeu.

3. Metoda CD

Luați un CD și ștergeți-l pentru a nu face praf.

Așezați-l pe o suprafață plană, sub lumină sau în fața unei ferestre.

Uită-te la disc și bucură-te de curcubeu. Puteți roti cadranul pentru a vedea cum se mișcă culorile.

4. Metoda Haze

Utilizați un furtun de apă într-o zi însorită.

Închideți deschiderea furtunului cu degetul, creând o ceață

Îndreptați furtunul spre soare.

Uită-te la ceață până vezi un curcubeu.

Ori de câte ori apare un curcubeu, acesta este întotdeauna format din jocul de lumină pe picăturile de apă. De obicei, acestea sunt picături de ploaie, uneori mici picături de ceață. Pe cele mai mici picături, cum ar fi cele care alcătuiesc norii, curcubeul nu este vizibil.

Un curcubeu apare din cauza soarelui lumina este refractată de picăturile de apă suspendat în aer. Aceste picături deviază lumina de diferite culori în mod diferit, determinând descompunerea luminii albe într-un spectru.

Într-o noapte strălucitoare cu lună puteți vedea curcubeu de pe lună. Deoarece vederea umană este concepută astfel încât, în condiții de lumină slabă, ochiul să nu perceapă bine culorile, curcubeul lunar arată albicios; cu cât lumina este mai strălucitoare, cu atât curcubeul este „mai colorat”.

Conform unei vechi credințe engleze, un vas cu aur poate fi găsit la picioarele fiecărui curcubeu. Chiar și acum există oameni care își imaginează că pot ajunge cu adevărat la fundul curcubeului și că acolo este vizibilă o lumină pâlpâitoare specială.

Este destul de evident că curcubeul nu se află într-un loc anume, ca lucrul real; nu este altceva decât lumină care vine dintr-o anumită direcție.

Cel mai des observat curcubeul primar unde lumina suferă o reflexie internă. Calea razelor este prezentată în figura de mai jos. În curcubeul primar, culoarea roșie este în afara arcului, raza sa unghiulară este de 40-42 °.

Uneori poți vedea un alt curcubeu, mai puțin strălucitor în jurul primului. Acest curcubeu secundar, în care lumina este reflectată de două ori în picătură. În curcubeul secundar, ordinea „inversată” a culorilor este violet la exterior și roșu la interior. Raza unghiulară a curcubeului secundar este de 50-53°.

Ordinea culorilor din al doilea curcubeu este inversă ordinii din primul; se înfruntă cu dungi roșii.

Diagrama de formare a curcubeului

1. picătură sferică,
2. reflecție internă,
3. curcubeu primar,
4. refracţie,
5. curcubeu secundar,
6. fascicul de lumină care intră
7. cursul razelor în timpul formării curcubeului primar,
8. calea razelor în timpul formării unui curcubeu secundar,
9. observator,
10. Zona de formare curcubeu,
11. regiunea de formare a curcubeului.
12. regiunea de formare a curcubeului.

Centrul cercului descris de curcubeu se află întotdeauna pe o linie dreaptă care trece prin Soare (Lună) și ochiul observatorului, adică este imposibil să vezi soarele și curcubeul în același timp fără a folosi oglinzi.

De fapt, curcubeul este un cerc complet. Nu-l putem urmări dincolo de orizont doar pentru că nu putem vedea picăturile de ploaie căzând sub noi.

De la un avion sau un teren înalt, se poate vedea un cerc complet.

„Șapte culori ale curcubeului” există doar în imaginație. Este o frază retorică care a trăit atât de mult pentru că rareori vedem lucrurile așa cum sunt cu adevărat. De fapt, culorile curcubeului se transformă treptat una în alta și doar ochiul le combină involuntar în grupuri.

Tradiția evidențierii în curcubeu 7 culori a plecat de la Isaac Newton, pentru care cifra 7 avea o semnificație simbolică specială (fie din motive pitagoreice, fie din motive teologice). Tradiția de a distinge 7 culori în curcubeu nu este universală, de exemplu, bulgarii au 6 culori în curcubeu.

Pentru a memora succesiunea de culori din curcubeu, există fraze mnemonice, primele litere ale fiecărui cuvânt în care corespund primelor litere din numele culorilor (Roșu, Portocaliu, Galben, Verde, Albastru, Albastru, Violet).

"LA fiecare O hotnik și face h nat, G de Cu merge f azan". „Cum când Jacques clopoțelul a spart un felinar cu capul”.

MOU „Școala Gimnazială Nr. 8”

Lucrări practice în fizică

Fenomenul de refracție stă la baza funcționării telescoapelor cu refracție (în scopuri științifice și practice, inclusiv marea majoritate a telescoapelor, binoclurilor și altor dispozitive de observare), lentilelor pentru camere foto, de film și de televiziune, microscoape, lupe, ochelari, dispozitive de proiecție, receptoare și transmițătoare de semnale optice, concentratoare de fascicule de lumină puternice, spectroscoape și spectrometre cu prismă, monocromatoare cu prismă și multe altele dispozitive optice conţinând lentile şi/sau prisme. Este necesar să se ia în considerare atunci când se calculează funcționarea aproape tuturor dispozitivelor optice. Toate acestea se aplică diferitelor game ale spectrului electromagnetic.

În acustică, refracția sunetului este deosebit de importantă de luat în considerare atunci când se studiază propagarea sunetului într-un mediu neomogen și, desigur, la interfața dintre diferite medii. Poate fi important în tehnologie să se țină cont de refracția valurilor de altă natură, de exemplu, valurile pe apă, diverse valuri în medii active etc.
Refracția în viața de zi cu zi

Refracția are loc la fiecare pas și este percepută ca un fenomen complet obișnuit: puteți vedea cum o lingură care se află într-o ceașcă de ceai va fi „spartă” la limita apei și a aerului. Aici este oportun să rețineți că această observație, cu percepție necritică, oferă o idee incorectă a semnului efectului: fractura aparentă a lingurii are loc în direcția opusă refracției reale a razelor de lumină.

Refracția și reflectarea luminii în picăturile de apă creează un curcubeu.

M refracția multiplă (și parțial reflexia) în elementele mici transparente ale structurii (fulgi de zăpadă, fibre de hârtie, bule) explică proprietățile suprafețelor reflectorizante mate (nu oglindă), cum ar fi zăpada albă, hârtie, spumă albă.

Refracția în atmosferă explică multe efecte interesante. De exemplu, în anumite condiții meteorologice, Pământul (de la o înălțime mică) poate arăta ca un bol concav (mai degrabă decât parte a unei bile convexe).

Miraj.

M irizh (fr. mirage)- un fenomen optic în atmosferă: reflectarea luminii de către granița dintre straturile de aer cu densitate net diferită. Pentru un observator, o astfel de reflecție constă în faptul că, împreună cu un obiect îndepărtat (sau o secțiune a cerului), este vizibilă imaginea sa imaginară, deplasată față de obiect.
Clasificare

Mirajele sunt împărțite în cele inferioare, vizibile sub obiect, cele superioare, deasupra obiectului și cele laterale.

mirajul inferior

Se observă cu un gradient vertical de temperatură foarte mare (scăzând cu înălțimea) pe o suprafață plană supraîncălzită, adesea un deșert sau un drum asfaltat. Imaginea imaginară a cerului creează iluzia apei la suprafață. Deci, drumul care merge în depărtare într-o zi fierbinte de vară pare umed

mirajul superior

Se observă deasupra suprafeței pământului rece cu o distribuție inversă a temperaturii (creșterea acesteia odată cu înălțimea)

miraj lateral

Uneori observat în apropierea pereților sau stâncilor foarte încălzite.

fata Morgana

Fenomenele complexe ale unui miraj cu o distorsiune accentuată a aspectului obiectelor se numesc Fata Morgana.

halucinant

Unele miraje pot fi cauzate de halucinații rezultate din supraîncălzire și deshidratare.

Lumini polare.

Lumini polare- strălucirea (luminiscența) straturilor superioare ale atmosferei planetelor cu magnetosferă datorită interacțiunii lor cu particulele încărcate ale vântului solar.
Natura aurorelor

P aurorele apar ca urmare a bombardamentului atmosferei superioare de către particulele încărcate care se deplasează spre Pământ de-a lungul liniilor geo-câmpului camp magnetic dintr-o regiune a spațiului apropiat Pământului numită foaia de plasmă. Proiecția foii de plasmă de-a lungul liniilor câmpului geomagnetic pe atmosfera Pământului are forma unor inele care înconjoară polii magnetici nord și sud (ovale aurorale). Fizica spațială este angajată în dezvăluirea cauzelor care duc la precipitarea particulelor încărcate din stratul de plasmă. S-a stabilit experimental că orientarea câmpului magnetic interplanetar și presiunea plasmei vântului solar joacă un rol cheie în stimularea precipitațiilor.

Într-o zonă foarte limitată a atmosferei superioare, aurorele pot fi cauzate de particule încărcate cu energie scăzută ale vântului solar care intră în ionosfera polară prin cuspidele polare nord și sud. În emisfera nordică, aurora cuspidă poate fi observată peste Svalbard în jurul prânzului.

Când particulele energetice ale stratului de plasmă se ciocnesc cu atmosfera superioară, atomii și moleculele gazelor incluse în compoziția sa sunt excitați. Radiația atomilor excitați este în domeniul vizibil și este observată ca aurora. Spectrele aurorelor depind de compoziția atmosferei planetelor: de exemplu, dacă pentru Pământ liniile de emisie de oxigen excitat și azot din domeniul vizibil sunt cele mai strălucitoare, atunci pentru Jupiter - liniile de emisie de hidrogen în ultraviolete .

Deoarece ionizarea de către particulele încărcate are loc cel mai eficient la sfârșitul traseului particulelor, iar densitatea atmosferei scade odată cu înălțimea conform formulei barometrice, înălțimea apariției aurorelor depinde destul de puternic de parametrii atmosferei planetei, pt. De exemplu, pentru Pământ, cu compoziția sa destul de complexă a atmosferei, se observă o strălucire roșie a oxigenului la altitudini de 200-400 km, iar strălucirea comună a azotului și oxigenului - la o altitudine de ~110 km. În plus, acești factori determină și forma aurorelor - limite superioare difuze și inferioare destul de ascuțite. (vezi Fig. 3).
P aurorele pământului

Aurorele sunt observate în principal la latitudini mari ale ambelor emisfere în zone ovale - centuri care înconjoară polii magnetici ai Pământului - ovale aurorale. Diametrul ovalelor aurorale este de ~ 3000 km în timpul liniștii Soarelui, pe partea de zi limita zonei este la 10–16° distanță de polul magnetic, iar pe partea de noapte este de 20–23°. Deoarece polii magnetici ai Pământului se află la ~12° în afară de polii geografici, aurorele sunt observate la latitudini de 67-70°, totuși, în timpul activității solare, ovalul auroral se extinde și aurorele pot fi observate la latitudini inferioare - 20-25° sud. sau la nord de limitele lor.manifestare normală.

Aurorele primăvara și toamna apar mult mai des decât iarna și vara. Frecvența de vârf se încadrează în perioadele cele mai apropiate de echinocțiul de primăvară și de toamnă. În timpul aurorei, o cantitate uriașă de energie este eliberată într-un timp scurt (în timpul uneia dintre perturbațiile înregistrate în 2007 - 5x1014 jouli, aproximativ la fel ca în timpul unui cutremur cu magnitudinea 5,5.

Când este privită de la suprafața Pământului, Aurora Borealis se manifestă sub forma unei străluciri generale a cerului care se schimbă rapid sau sub formă de raze, dungi, coroane, „perdele” în mișcare. Durata aurorelor variază de la zeci de minute la câteva zile.

Aurore ale altor planete sistem solar

M Câmpurile magnetice ale planetelor gigantice ale Sistemului Solar sunt mult mai puternice decât câmpul magnetic al Pământului, ceea ce determină o scară mai mare a aurorelor acestor planete în comparație cu aurorele Pământului. O caracteristică a observațiilor de pe Pământ (și, în general, din regiunile interioare ale sistemului solar) ale planetelor gigantice este că ele se confruntă cu observatorul cu partea iluminată de Soare și în intervalul vizibil aurorele lor se pierd în lumina reflectată a soarelui. . Cu toate acestea, datorită conținutului ridicat de hidrogen din atmosferele lor, radiația hidrogenului ionizat în domeniul ultraviolet și albedo scăzut al planetelor gigantice în ultraviolete, cu ajutorul telescoapelor extra-atmosferice (telescopul spațial Hubble), destul de au fost obținute imagini clare ale aurorelor acestor planete.

O caracteristică a lui Jupiter este influența sateliților săi asupra aurorelor: în zonele de „proiecții” de fascicule de linii de câmp magnetic de pe ovalul auroral al lui Jupiter, se observă zone luminoase ale aurorei, excitate de curenții cauzați de mișcarea sateliți în magnetosfera sa și ejectarea materialului ionizat de către sateliți - aceasta din urmă este deosebit de pronunțată în cazul lui Io cu vulcanismul său.

H în imaginea aurorei lui Jupiter, realizată de telescopul spațial Hubble (Fig. 4), se remarcă următoarele proiecții: Io (pată cu „coadă” de-a lungul membrului stâng), Ganymede (în centru) și Europa ( putin mai jos si in dreapta amprentei lui Ganimede).

Ca în mijlocul giulgiurilor înnorate transparente

Deasupra cepei, ceapa este inflorescență și circumferențială

Înălțat de mesagerul lui Juno,

Și format din interiorul exterior.

Curcubeul este la vedere - de obicei se observă sub forma a două arce colorate (două inflorescențe, despre care scrie Dante), iar în arcul superior culorile sunt dispuse în această ordine de sus în jos: violet, albastru, cyan , verde, galben, portocaliu, roșu, iar în arcul inferior, dimpotrivă, de la roșu la violet. Pentru a le memora succesiunea, există fraze mnemonice, primele litere ale fiecărui cuvânt în care corespund primelor litere ale numelui culorii. De exemplu, aceasta este expresia „Every Hunter Wants to Know Where the Fazan Stas” sau alta, nu mai puțin faimos, „Cum odată Jean clopoțelul a lovit o lanternă cu capul”. Adevărat, tradiția de a distinge 7 culori în curcubeu nu este universală. De exemplu, bulgarii au 6 culori în curcubeu.

Curcubeul oferă o oportunitate unică de a observa în condiții naturale descompunerea luminii albe într-un spectru.

Curcubeele apar de obicei după ploaie, când Soarele este destul de scăzut. Undeva între Soare și observator, încă plouă. Lumina soarelui, care trece prin picături de apă, este reflectată și refractată în mod repetat în ele, ca în prisme mici, iar razele culoare diferita ies din picături în unghiuri diferite. Acest fenomen se numește dispersie (adică descompunere) luminii. Ca rezultat, se formează un arc de culoare strălucitoare (dar este de fapt abrupt; îl puteți vedea în întregime dintr-un avion).

Uneori sunt observate două simultan, mai rar - trei arce multicolore. Primul curcubeu este creat de razele reflectate în interiorul picăturilor o dată, al doilea - de razele reflectate de două ori etc. În 1948, la Leningrad (azi Sankt Petersburg), patru curcubee au apărut deodată printre norii de deasupra Nevei.

Tipul de curcubeu, luminozitatea culorilor, lățimea dungilor depind de dimensiunea și numărul de picături de apă din aer. Un curcubeu strălucitor are loc vara după o furtună, în timpul căreia cad picături mari. De regulă, un astfel de curcubeu oferă vreme bună.

Într-o noapte strălucitoare cu lună, puteți vedea un curcubeu de pe lună. Un curcubeu apare în lumina lunii pline când plouă. Deoarece viziunea umană este concepută astfel încât, în lumină slabă, cei mai sensibili receptori ai ochiului - „tijele” - nu percep culorile, curcubeul lunar arată albicios; cu cât lumina este mai strălucitoare, cu atât curcubeul este mai „colorat” (receptorii de culoare – „conurile” sunt incluși în percepția sa).

curcubeu de foc

A avut noroc să-l vadă pe un rezident al Suediei, Marian Erikson. Curcubeul s-a întins pe cerul nopții și a stat sub luna plină pentru un minut.

Semne și legende.

Cândva, o persoană a început să se întrebe de ce apar curcubeele pe cer. În acele zile, ei nici măcar nu auzeau de optică. Prin urmare, oamenii au inventat mituri și legende și au existat și multe semne. Aici sunt câțiva dintre ei:

• În mitologia scandinavă, curcubeul este Podul Bifrost, care leagă Midgard (lumea oamenilor) și Asgard (lumea zeilor).
• În mitologia indiană antică - arcul lui Indra, zeul tunetului și al fulgerului.
• În mitologia greacă veche - drumul Iridei, un mesager între lumile zeilor și oamenilor.
• Conform credințelor slave, un curcubeu, ca un șarpe, bea apă din lacuri, râuri și mări, care apoi plouă.
• Un spiriduș irlandez ascunde un vas cu aur acolo unde curcubeul a atins pământul.
• Conform credințelor Chuvash, dacă treci printr-un curcubeu, poți schimba genul.
• În Biblie, curcubeul a apărut după Potop ca simbol al iertării omenirii.
• Oamenii superstițioși credeau că curcubeul este un semn rău. Ei credeau că sufletele morților trec în cealaltă lume de-a lungul curcubeului, iar dacă a apărut un curcubeu, aceasta înseamnă moartea iminentă a cuiva.

Istoria explicației curcubeului.

Deja Aristotel, filozoful grec antic, a încercat să explice cauza curcubeului. Iar astronomul persan Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311) și poate studentul său Kamal al-din al-Farisi (1260-1320), aparent a fost primul care a oferit o explicație suficient de precisă a fenomenului.

Tabloul fizic general al curcubeului a fost deja descris în mod clar de Mark Antony de Dominis (1611).

M.A. de Dominis

Pe baza observațiilor experimentale, el a ajuns la concluzia că un curcubeu se obține ca urmare a reflecției din suprafata interioara picături de ploaie și dublă refracție - la intrarea în picătură și la ieșirea din aceasta. René Descartes a oferit o explicație mai completă despre curcubeu în Meteora sa, în capitolul Despre curcubeu (1635).

Rene Descartes

Descartes scrie:

„În primul rând, când am ținut cont de faptul că un curcubeu poate apărea nu numai pe cer, ci și în aerul din apropierea noastră de fiecare dată când există picături de apă în el, iluminate de soare, așa cum se vede uneori în fântâni, este usor pentru mine s-a ajuns la concluzia ca depinde de modul in care razele de lumina actioneaza asupra acestor picaturi, si de la ele ajung la ochii nostri; mai departe, stiind ca aceste picaturi sunt sferice, si vazand ca atat cu picaturi mari cat si mici, curcubeul apare mereu. la fel mi-am propus sa fac o picatura foarte mare pentru a o putea vedea mai bine.Pentru a face acest lucru, am umplut cu apa un vas mare de sticla, destul de rotund si complet transparent, si am ajuns la urmatoarele concluzie..."

Această concluzie repetă și rafinează rezultatul obținut de Dominis. În special, Descartes a descoperit că al doilea curcubeu (exterior) rezultă din două refracții și două reflexii. De asemenea, a explicat calitativ apariția culorilor curcubeului comparând refracția luminii într-o picătură cu refracția într-o prismă de sticlă. Figura 1, care explică traseul unei raze într-o picătură, este luată din lucrarea lui Descartes menționată mai sus. Dar principalul merit al lui Descartes a fost că a explicat cantitativ acest fenomen, folosind pentru prima dată legea refracției luminii:

„Nu știam încă de ce culorile apar doar în anumite unghiuri, până când am luat un pix și am calculat în detaliu traseul tuturor razelor care cad în diferite puncte ale picăturii de apă, pentru a afla în ce unghiuri pot pătrunde. ochiul nostru după două refracții și una sau două reflexii, am constatat apoi că, după o reflexie și două refracții, există mult mai multe raze care pot fi văzute la un unghi de 41° până la 42° (în raport cu razele solare) decât cele care poate fi văzut sub orice unghi mai mic și nu există unul care să fie vizibil la unul mai mare. În plus, am constatat, de asemenea, că după două reflexii și două refracții, există mult mai multe raze care cad în ochi la un unghi de la 51 ° până la 52 ° decât cele care ar cădea la orice unghi mai mare și nu există deloc care să cadă la un unghi mai mic.

Astfel, Descartes nu numai că calculează traseul razelor, ci determină și distribuția unghiulară a intensității luminii împrăștiate de picături.

În ceea ce privește culorile, teoria a fost completată de Isaac Newton.

Isaac Newton

Deși spectrul multicolor al curcubeului este continuu, conform tradiției, în el se disting 7 culori. Se crede că Isaac Newton a fost primul care a ales numărul 7, pentru care numărul 7 avea o semnificație simbolică deosebită (din motive pitagorice, teologice sau morologice).

În binecunoscutele Prelegeri despre optică, care au fost scrise în anii 1570, dar publicate după moartea lui Newton în 1729, este dat următorul rezumat:
„Din razele care intră în minge, unele o părăsesc după o reflexie, altele după două reflexii; sunt raze care pleacă după trei reflexii și chiar mai multe reflexii. Deoarece picăturile de ploaie sunt foarte mici în raport cu distanța până la ochiul observatorului, este nu merită deloc să se ia în considerare dimensiunile lor, ci doar unghiurile formate de razele incidente cu cele care ies.Acolo unde aceste unghiuri sunt mai mari sau mai mici, razele care ies sunt cele mai dense.Deoarece diferite tipuri de raze (raze de culori diferite) fac diferite unghiuri mai mari și mai mici, razele se adună cel mai dens în locuri diferite, au dorința de a-și manifesta propriile culori.”

Afirmația lui Newton despre posibilitatea de a nu ține cont de dimensiunea picăturii, precum și cuvintele lui Descartes că, cu picături mari și mici, curcubeul apare întotdeauna în același mod, s-au dovedit a fi inexacte. O teorie completă a curcubeului, ținând cont de difracția luminii, care depinde de raportul dintre lungimea de undă a luminii și dimensiunea picăturii, a fost construită abia în secolul al XIX-lea de către J.B. Airy (1836) și J.M. Pernther (1897).

Refracția și reflexia unei raze într-o picătură de apă.

Desenul lui Descartes, pe care l-am reprodus ca relicvă, are o imperfecțiune „metodologică”. Pentru un cititor nepregătit i se poate părea că ambele curcubee, externe și interne, se datorează căi diferite reflexii în aceeași picătură. Ar fi mai bine să înfățișăm două picături: una legată de curcubeul de jos, cealaltă de cea de sus, lăsând fiecare cu un mod de reflecție, așa cum se arată în Fig. 2. Pentru ușurința percepției, în ambele cazuri direcția razei solare incidente pe picătură este luată ca axa absciselor. Coordonata y care caracterizează punctul de incidență a fasciculului asupra picăturii va fi numită parametru de impact.

Din fig. 2a, se poate observa că o rază incidentă cu o singură reflexie poate fi percepută de un observator numai dacă punctul de incidență aparține părții superioare a picăturii (y > 0). Dimpotrivă, cu două reflexii acest lucru va fi posibil pentru acele raze care cad pe partea inferioară a picăturii (y< 0).

Să presupunem mai întâi că picătura se află într-un plan vertical care trece prin poziția Soarelui și a ochiului observatorului. Apoi razele incidente, refractate și reflectate se află în același plan. Dacă α 1 este unghiul de incidență, iar α 2 este unghiul de refracție, atunci din fig. 2, a și b, unghiul fasciculului emergent față de cel incident în primul caz va fi egal cu φ 1 = 4α 2 -2α 1 (1)
iar în al doilea - φ 2 = π - 6α 2 + 2α 1 (2)
de altfel, conform legii refracţiei: sin α 2 = sin α 1 / n
unde n în cazul nostru este indicele de refracție al apei. În plus, presupunând condiționat raza căderii ca unitate de lungime, avem:

În consecință, în primul și al doilea caz. Prin urmare, din (1) și (2) obținem
φ 1 =4 arcsin(y/n) - 2 arcsin y, y>0 (3)
φ 2 \u003d π + 6 arcsin (y / n) - 2 arcsin y, y<0 (4)

Aceste două ecuații sunt principalele care trebuie luate în considerare în continuare. Este ușor să reprezentați unghiurile φ 1 și φ 2 ca funcții ale lui y. Sunt prezentate în fig. 3 pentru indicele de refracție n=1,331 (roșu). Observăm că la valoarea parametrului de impact y≈0,85 se atinge maximul unghiului φ 1, aproximativ egal cu 42°, iar unghiul are un minim de ~53° la y≈-0,95. Să arătăm că aceste puncte extreme corespund intensității maxime a luminii reflectate de picătură.

Să luăm în considerare un interval mic de modificare a parametrului de impact (pentru certitudinea în primul caz) y, y + Δy. Folosind graficul, puteți găsi modificarea unghiului φ în acest interval Δφ. Pe fig. 3 arată că Δφ=Δy*tg β, unde β este unghiul pe care tangenta la grafic într-un punct dat îl formează cu axa x. Valoarea lui Δy este proporţională cu intensitatea luminii ΔI incidentă asupra căderii în acest interval a parametrului de impact. Aceeași intensitate luminoasă (mai precis, o valoare proporțională cu aceasta) este împrăștiată de scăderea intervalului unghiular Δφ. Putem scrie ΔI ~ Δy =Δy*ctg β. Prin urmare, intensitatea luminii împrăștiate de căderea pe unitatea de unghi de împrăștiere poate fi exprimată ca I(φ) = ΔI/Δφ ~ ctg β (5)

Deoarece la punctele extreme ctg β = ∞, valoarea (5) merge la infinit. Rețineți că pozițiile acestor puncte extreme pentru diferite culori sunt oarecum diferite, ceea ce face posibilă observarea curcubeului.

Cum să desenezi un curcubeu

Acum putem desena o diagramă a observării curcubeului. O astfel de construcție este prezentată în Fig. 4. Mai întâi, desenați suprafața Pământului și observatorul care stă pe ea. În fața observatorului este o perdea de ploaie (umbrită în gri). Apoi înfățișăm razele soarelui, a căror direcție depinde de înălțimea Soarelui deasupra orizontului. Trecem razele roșii și violete prin ochiul observatorului la unghiurile de mai sus față de razele soarelui. Se poate fi sigur, pe baza rezultatelor secțiunii precedente, că aceste raze vor apărea ca urmare a împrăștierii de către picăturile de ploaie corespunzătoare. În același timp, după cum urmează din fig. 2, curcubeul inferior se datorează proceselor de împrăștiere cu o singură reflexie, iar cel superior - cu două reflexii. Atenție la alternanța culorilor: razele violete sunt externe, iar razele roșii sunt interne. Este evident că razele de alte culori din fiecare curcubeu sunt plasate între roșu și violet în conformitate cu valorile indicilor de refracție.

Amintiți-vă că până acum am luat în considerare imaginea unui curcubeu într-un plan vertical care trece prin ochiul observatorului și poziția Soarelui. Să desenăm o linie dreaptă care trece prin ochiul observatorului paralel cu fasciculul soarelui. Dacă planul vertical este rotit în jurul liniei drepte indicate, atunci noua sa poziție pentru observarea curcubeului va fi complet echivalentă cu cea inițială. Prin urmare, curcubeul are forma unui arc de cerc, al cărui centru este situat pe axa construită. Raza acestui cerc (așa cum se vede în Fig. 4) este aproximativ egală cu distanța observatorului față de cortina de ploaie.

Rețineți că atunci când observați un curcubeu, Soarele nu ar trebui să fie prea sus deasupra orizontului - nu mai mult de 53,48 °. În caz contrar, modelul razelor din figură se va roti în sensul acelor de ceasornic, astfel încât nici măcar raza violetă a curcubeului superior nu poate ajunge la ochiul unui observator care stă pe Pământ. Adevărat, acest lucru va fi posibil dacă observatorul se ridică la o anumită înălțime, de exemplu, cu avionul. Dacă observatorul se ridică suficient de sus, el va putea vedea curcubeul sub forma unui cerc complet.

Diagrama de formare a curcubeului

Diagrama de formare a curcubeului
1) sferic o picătură 2) intern reflecţie 3) curcubeul primar
4) refracţie 5) curcubeul secundar 6) fascicul de lumină de intrare
7) cursul razelor în timpul formării curcubeului primar

8) cursul razelor în timpul formării unui curcubeu secundar
9) observator 10) zona primară de formare a curcubeului
11) zona secundară de formare a curcubeului 12) nor de picături

Această descriere a curcubeului ar trebui clarificată ținând cont de faptul că razele soarelui nu sunt strict paralele. Acest lucru se datorează faptului că razele care cad pe picătură din diferite puncte ale Soarelui au direcții ușor diferite. Divergența unghiulară maximă a razelor este determinată de diametrul unghiular al Soarelui, despre care se știe că este de aproximativ 0,5°. La ce duce asta? Fiecare picătură emite în ochiul observatorului o lumină nu atât de monocromatică precum ar fi în cazul paralelismului strict al razelor incidente. Dacă diametrul unghiular al Soarelui ar fi vizibil mai mare decât distanța unghiulară dintre razele violet și roșii, atunci culorile curcubeului ar fi imposibil de distins. Din fericire, nu este cazul, deși, fără îndoială, suprapunerea razelor cu lungimi de undă diferite afectează contrastul culorilor curcubeului. Interesant, caracterul finit al diametrului unghiular al Soarelui a fost deja luat în considerare în lucrarea lui Descartes.

REFRACȚIA LUMINII ÎN TIMPUL TRANZIȚIEI DE LA APĂ LA AER

Un bat inmuiat in apa, o lingura intr-un pahar de ceai, datorita refractiei luminii la suprafata apei, ni se par a fi refractate.

Puneți o monedă pe fundul unui vas opac, astfel încât să nu fie vizibilă. Acum turnați apă în vas. Moneda va fi vizibilă. Explicația acestui fenomen este clară din videoclip.

Privește fundul iazului și încearcă să-i estimezi adâncimea. De cele mai multe ori, nu funcționează corect.

Să urmărim mai detaliat cum și cât de mult ni se pare adâncimea lacului de acumulare redusă dacă ne uităm la el de sus.

Fie H (Fig. 17) adevărata adâncime a rezervorului, în fundul căruia se află un obiect mic, cum ar fi o pietricică. Lumina reflectată de acesta diverge în toate direcțiile. Un anumit fascicul de raze cade pe suprafata apei in punctul O de jos sub un unghi a 1 , se refracta la suprafata si patrunde in ochi. Conform legii refracției, putem scrie:

dar din moment ce n 2 \u003d 1, atunci n 1 sin a 1 \u003d sin ϒ 1.

Raza refractată intră în ochi în punctul B. Rețineți că nu intră o rază în ochi, ci un fascicul de raze, a cărui secțiune transversală este limitată de pupila ochiului.

În Figura 17, fasciculul este prezentat sub formă de linii subțiri. Cu toate acestea, acest fascicul este îngust și îi putem neglija secțiunea transversală, luând-o pentru linia AOB.

Ochiul proiectează A în punctul A 1, iar adâncimea rezervorului ni se pare egală cu h.

Din figură se poate observa că adâncimea aparentă a rezervorului h depinde de valoarea adevărată a lui H și de unghiul de observare ϒ 1 .

Să exprimăm această dependență matematic.

Din triunghiurile AOC și A 1 OS avem:

Excluzând OS din aceste ecuații, obținem:

Având în vedere că a \u003d ϒ 1 și sin ϒ 1 \u003d n 1 sin a 1 \u003d n sin a, obținem:

În această formulă, dependența adâncimii aparente a rezervorului h de adâncimea reală H și unghiul de observare nu apare în mod explicit. Pentru o reprezentare mai clară a acestei dependențe, să o exprimăm grafic.

Pe grafic (Fig. 18), de-a lungul axei absciselor, valorile unghiurilor de observare sunt reprezentate în grade, iar de-a lungul axei ordonatelor, adâncimile aparente corespunzătoare acestora h în fracții din adâncimea reală H. Rezultatul rezultat curba arată că la unghiuri mici de vizualizare, adâncimea aparentă

este aproximativ ¾ din valoarea reală și scade pe măsură ce unghiul de vizualizare crește. La un unghi de observare a = 47° are loc reflexia internă totală și raza nu poate scăpa din apă.

MIRAJE

Într-un mediu neomogen, lumina nu se propagă în linie dreaptă. Dacă ne imaginăm un mediu în care indicele de refracție se modifică de jos în sus și îl împărțim mental în straturi orizontale subțiri,

apoi, având în vedere condițiile de refracție a luminii în timpul trecerii de la strat la strat, observăm că într-un astfel de mediu fasciculul luminos ar trebui să-și schimbe treptat direcția (Fig. 19, 20).

O astfel de curbură a fasciculului de lumină suferă în atmosferă, în care, dintr-un motiv sau altul, în principal datorită încălzirii sale neuniforme, indicele de refracție al aerului se modifică odată cu înălțimea (Fig. 21).

Aerul este de obicei încălzit de sol, care absoarbe energia razelor solare. Prin urmare, temperatura aerului scade odată cu înălțimea. De asemenea, se știe că densitatea aerului scade odată cu înălțimea. S-a stabilit că odată cu creșterea înălțimii, indicele de refracție scade, astfel încât razele care trec prin atmosferă sunt îndoite, aplecându-se spre Pământ (Fig. 21). Acest fenomen se numește refracție atmosferică normală. Din cauza refracției, corpurile cerești ni se par oarecum „înălțate” (peste înălțimea lor adevărată) deasupra orizontului.

Se calculează că refracția atmosferică „ridică” obiectele la o înălțime de 30° cu 1"40", la o înălțime de 15° - cu 3"30", la o înălțime de 5° - cu 9"45". Pentru corpurile de la orizont, această valoare ajunge la 35 ". Aceste cifre deviază într-o direcție sau alta în funcție de presiunea și temperatura atmosferei. Cu toate acestea, dintr-un motiv sau altul, masele de aer cu o temperatură mai mare decât straturile inferioare. poate fi adus de vânturile din țări fierbinți, de exemplu, dintr-o zonă fierbinte deșertică.Dacă în acest moment aerul rece și dens al unui anticiclon se află în straturile inferioare, atunci fenomenul de refracție poate crește semnificativ și razele de lumină vin din obiectele terestre în sus la un anumit unghi față de orizont, ele se pot întoarce înapoi la sol (Fig. 22).

Cu toate acestea, se poate întâmpla ca la suprafața Pământului, datorită încălzirii sale puternice, aerul să se încălzească atât de mult încât indicele de refracție al luminii în apropierea solului să devină mai mic decât la o anumită înălțime deasupra solului. Dacă în același timp există vreme calmă, atunci această stare poate persista destul de mult timp. Apoi, razele de la obiectele care cad la un unghi destul de mare față de suprafața Pământului pot fi îndoite atât de mult încât, după ce au descris un arc în apropierea suprafeței Pământului, vor merge de jos în sus (Fig. 23a). Cazul prezentat în Figura 236 este de asemenea posibil.

Stările descrise mai sus în atmosferă explică apariția unor fenomene interesante - mirajele atmosferice. Aceste fenomene sunt de obicei împărțite în trei clase. Prima clasă include cele mai comune și mai simple la origine, așa-numitele miraje ale lacului (sau mai joase), care provoacă atâtea speranțe și dezamăgiri în rândul călătorilor din deșert.

Matematicianul francez Gaspard Monge, care a participat la campania egipteană din 1798, își descrie impresiile despre această clasă de miraje după cum urmează:

„Când suprafața Pământului este puternic încălzită de Soare și abia începe să se răcească înainte de apariția amurgului, terenul familiar nu se mai extinde până la orizont, ca în timpul zilei, ci trece, după cum se pare, cam la o oră. ligă într-un potop continuu.

Satele mai îndepărtate arată ca niște insule într-un lac vast. Sub fiecare sat se află reflexia lui răsturnată, doar că nu este ascuțită, mici detalii nu se văd, ca o reflexie în apa legănată de vânt. Dacă te apropii de un sat care pare a fi înconjurat de o inundație, malul de apă imaginară se îndepărtează, ramura de apă care ne despărțea de sat se îngustează treptat până dispare complet, iar lacul... acum începe în spatele acestui sat. , reflectând satele situate mai departe” (Fig. 24).

Explicația acestui fenomen este simplă. Straturile inferioare de aer, încălzite de sol, nu au avut timp să se ridice; indicele lor de refracție este mai mic decât cele superioare. Prin urmare, razele de lumină care emană de la obiecte (de exemplu, din punctul B de pe un palmier, Fig. 23a), aplecându-se în aer, intră în ochi de jos. Ochiul proiectează un fascicul către punctul B 1 . Același lucru se întâmplă și cu razele care vin din alte puncte ale obiectului. Obiectul i se pare observatorului a fi răsturnat.

De unde este apa? Apa este o reflectare a cerului.

Pentru a vedea un miraj, nu este nevoie să mergi în Africa. Poate fi observată într-o zi caldă și liniștită de vară și pe suprafața încălzită a unei autostrăzi asfaltate.

Mirajele din clasa a doua se numesc miraje de vedere superioară sau la distanță. „Minunea nemaiauzită” descrisă de N.V. Gogol seamănă cel mai mult cu ei. Oferim descrieri ale mai multor astfel de miraje.

De pe Coasta de Azur a Franței, în dimineața senină devreme, din apele Mării Mediterane, de la orizont, se ridică un lanț întunecat de munți, în care locuitorii recunosc Corsica. Distanța până la Corsica este mai mare de 200 km, așa că o linie de vedere este exclusă.

Pe coasta engleză, lângă Hastings, se vede coasta franceză. După cum relatează naturalistul Niedige, „în apropiere de Reggio în Calabria, vizavi de coasta siciliană și de orașul Messina, sunt uneori vizibile în aer zone întregi nefamiliare cu turme de pășunat, plantații de chiparoși și castele. După ce au stat puțin în aer, mirajele dispar.

Mirajele îndepărtate apar dacă straturile superioare ale atmosferei se dovedesc a fi deosebit de rarefiate din anumite motive, de exemplu, atunci când aerul încălzit ajunge acolo. Apoi razele care emană de la obiectele terestre sunt mai puternic îndoite și ajung la suprafața pământului, mergând într-un unghi mare față de orizont. Ochiul observatorului le proiectează în direcția în care intră în el.

Aparent, deșertul Sahara este de vină pentru faptul că pe coasta mediteraneană se observă un număr mare de miraje cu rază lungă. Masele de aer cald se ridică deasupra acestuia, apoi sunt duse spre nord și creează condiții favorabile pentru apariția mirajelor.

Mirajele superioare se observă și în țările din nord când bat vânturile calde din sud. Straturile superioare ale atmosferei sunt încălzite, iar straturile inferioare sunt răcite din cauza prezenței unor mase mari de gheață și zăpadă care se topesc.

Uneori sunt observate atât imagini directe, cât și inverse ale obiectelor. Figurile 25-27 arată exact astfel de fenomene observate la latitudinile arctice. Aparent, deasupra Pământului se alternează straturi de aer mai dense și mai rarefiate, îndoind razele de lumină aproximativ așa cum se arată în Figura 26.

Mirajele de clasa a treia - vederea ultra-lungă - sunt greu de explicat. Să descriem câteva dintre ele.

„Pe baza mărturiilor mai multor persoane care sunt de încredere”, scrie K. Flamarion în cartea „Atmosferă”, „pot raporta despre un miraj care a fost văzut în orașul Verviers (Belgia) în iunie 1815. Într-o dimineață, locuitorii orașului au văzut o armată pe cer și era atât de limpede încât puteau distinge costumele artileriștilor, un tun cu o roată ruptă care era pe cale să cadă... Era dimineața zilei. Bătălia de la Waterloo! Distanța dintre Waterloo și Verviers în linie dreaptă este de 105 km.

Există cazuri când mirajele au fost observate la o distanță de 800, 1000 sau mai mult de kilometri.

Iată un alt caz uimitor. În noaptea de 27 martie 1898, în mijlocul Oceanului Pacific, echipajul navei Bremen Matador a fost speriat de o viziune. În jurul miezului nopții, echipajul a zărit o navă la aproximativ două mile (3,2 km) distanță, care se lupta cu o furtună puternică.

Acest lucru a fost cu atât mai surprinzător cu cât împrejurimile erau calme. Nava a traversat cursul Matadorului și au fost momente în care părea că o ciocnire a navelor este inevitabilă... Echipajul Matadorului a văzut cum, în timpul unui impact puternic al unui val asupra unei nave necunoscute, lumina s-a stins. în cabina căpitanului, care era vizibilă tot timpul în două ferestre . După un timp, corabia a dispărut, luând cu ea vântul și valurile.

Chestiunea a fost clarificată ulterior. S-a dovedit că toate acestea s-au întâmplat cu o altă navă, care la momentul „viziunii” era de la „Matador” la o distanță de 1700 km.

În ce moduri călătorește lumina în atmosferă, astfel încât imaginile distincte ale obiectelor să fie păstrate la distanțe atât de mari? Nu există încă un răspuns exact la această întrebare. Au existat sugestii despre formarea de lentile de aer gigantice în atmosferă, întârzierea unui miraj secundar, adică un miraj dintr-un miraj. Este posibil ca ionosfera* să joace un rol aici, reflectând nu numai undele radio, ci și undele luminoase.

Aparent, fenomenele descrise au aceeași origine ca și alte miraje observate pe mări, numite „Olandezul Zburător” sau „Fata Morgana”, când marinarii văd corăbii fantomatice care apoi dispar și inspiră frică oamenilor superstițioși.

CURCUBEU

Curcubeul - acest fenomen ceresc frumos - a atras mereu atenția omului. Pe vremuri, când oamenii încă știau foarte puține despre lumea din jurul lor, curcubeul era considerat un „semn ceresc”. Așadar, grecii antici credeau că curcubeul este zâmbetul zeiței Irida.

Curcubeul se observă în direcția opusă Soarelui, pe fundalul norilor de ploaie sau ploii. Un arc multicolor este de obicei situat la o distanță de 1-2 km de observator, uneori poate fi observat la o distanță de 2-3 m pe fondul picăturilor de apă formate de fântâni sau stropi de apă.

Centrul curcubeului se află pe continuarea liniei drepte care leagă Soarele și ochiul observatorului - pe linia antisolară. Unghiul dintre direcția către curcubeul principal și linia antisolară este de 41-42° (Fig. 28).

În momentul răsăritului, punctul antisolar (punctul M) se află pe linia orizontului, iar curcubeul arată ca un semicerc. Pe măsură ce soarele răsare, punctul antisolar cade sub orizont și dimensiunea curcubeului scade. Este doar o parte dintr-un cerc. Pentru un observator care este înalt, de exemplu pe. aeronave, curcubeul este văzut ca un cerc complet cu umbra observatorului în centru.

Adesea există un curcubeu secundar, concentric cu primul, cu o rază unghiulară de aproximativ 52 ° și aranjarea inversă a culorilor.

La o înălțime a Soarelui de 41°, curcubeul principal încetează să mai fie vizibil și doar o parte a curcubeului secundar iese deasupra orizontului, iar la o înălțime a Soarelui mai mare de 52°, nici curcubeul secundar nu este vizibil. Prin urmare, la latitudinile mijlocii și ecuatoriale, acest fenomen natural nu este niciodată observat în orele apropiate de amiază.

Curcubeul, ca și spectrul, are șapte culori primare care trec ușor una în alta. Forma arcului, luminozitatea culorilor, lățimea dungilor depind de dimensiunea picăturilor de apă și de numărul acestora. Picăturile mari creează un curcubeu mai îngust, cu culori puternic proeminente, picăturile mici creează un arc care este neclar, estompat și chiar alb. De aceea, vara, după o furtună, un curcubeu îngust strălucitor este vizibil, în timpul căreia cad picături mari.

Pentru prima dată teoria curcubeului a fost dată în 1637 de R. Descartes. El a explicat curcubeul ca fiind un fenomen asociat cu reflexia și refracția luminii în picăturile de ploaie.

Formarea culorilor și succesiunea lor au fost explicate mai târziu, după dezvăluirea naturii complexe a luminii albe și a dispersiei acesteia într-un mediu. Teoria difracției curcubeului a fost dezvoltată de Airy și Pertner.

Luați în considerare cel mai simplu caz: lăsați un fascicul de raze solare paralele să cadă pe o picătură având forma unei bile (Fig. 29). Un fascicul incident pe suprafața unei picături în punctul A este refractat în interiorul acestuia conform legii refracției: n 1 sin a \u003d n 2 sin β, unde n 1 \u003d 1, n 2 ≈ 1,33 - indici de refracție ai aerului și respectiv apă, a - incidența unghiului, β este unghiul de refracție a luminii.

În interiorul căderii, fasciculul se deplasează în linie dreaptă AB. În punctul B, fasciculul este parțial refractat și parțial reflectat. Rețineți că cu cât unghiul de incidență este mai mic în punctul B și, prin urmare, în punctul A, cu atât este mai mică intensitatea fasciculului reflectat și cu atât este mai mare intensitatea fasciculului refractat.

Fasciculul AB după reflexia în punctul B trece sub un unghi β 1 "= β 1 lovește punctul C, unde au loc și reflexia parțială și refracția parțială a luminii. Fasciculul refractat părăsește picătura la un unghi y2, iar cel reflectat poate merge mai departe. , până la punctul D și etc.. Astfel, o rază de lumină dintr-o picătură suferă multiple reflexii și refracții.La fiecare reflexie iese o anumită parte din razele de lumină și intensitatea lor în interiorul picăturii scade.Cea mai intensă dintre raze care iese în aer este raza care a ieșit din picătură în punctul B. Cu toate acestea, este dificil de observat, deoarece se pierde pe fundalul luminii directe strălucitoare a soarelui.Razele refractate în punctul C, împreună, creează un curcubeu primar împotriva fundalul unui nor întunecat și razele refractate în punctul D

dați un curcubeu secundar, care, după cum reiese din cele spuse, este mai puțin intens decât cel primar.

Pentru cazul K=1 obținem Θ = 2 (59°37" - 40°26") + 1 = 137° 30".

Prin urmare, unghiul de vizualizare al curcubeului de ordinul întâi este:

φ 1 \u003d 180 ° - 137 ° 30 "= 42 ° 30"

Pentru raza DE" care dă un curcubeu de ordinul doi, adică în cazul lui K = 2, avem:

Θ = 2 (59°37" - 40°26") + 2 = 236°38".

Unghiul de vizualizare al curcubeului de ordinul doi φ 2 = 180° - 234°38" = - 56°38".

Din aceasta rezultă (asta se poate observa și din figură) că, în cazul luat în considerare, un curcubeu de ordinul doi nu este vizibil de la sol. Pentru ca acesta să fie vizibil, lumina trebuie să intre în picătură de jos (Fig. 30, b).

Când se ia în considerare formarea unui curcubeu, trebuie luat în considerare încă un fenomen - refracția inegală a undelor luminoase de diferite lungimi, adică razele de lumină de diferite culori. Acest fenomen se numește dispersie. Datorită dispersiei, unghiurile de refracție ϒ și unghiurile de deviere ale razelor Θ într-o picătură sunt diferite pentru razele de culori diferite. Cursul a trei raze - roșu, verde și violet - este prezentat schematic în Figura 30, a pentru arcul de ordinul întâi și în Figura 30, b pentru arcul de ordinul doi.

Din figuri se poate observa că succesiunea de culori din aceste arce este opusă.

Cel mai adesea vedem un curcubeu. Nu este neobișnuit cazurile în care două dungi irizate apar simultan pe cer, situate una deasupra celeilalte; ei observă, însă, destul de rar, și un număr și mai mare de arcuri cerești irizate - trei, patru și chiar cinci în același timp. Acest fenomen interesant a fost observat de către Leningrad la 24 septembrie 1948, când patru curcubee au apărut printre nori peste Neva după-amiaza. Se dovedește că un curcubeu poate apărea nu numai din lumina directă a soarelui; adesea apare în razele reflectate ale soarelui. Acest lucru poate fi văzut pe coasta golfurilor maritime, a râurilor mari și a lacurilor. Trei sau patru astfel de curcubee - obișnuite și reflectate - creează uneori o imagine frumoasă. Deoarece razele Soarelui reflectate de la suprafața apei merg de jos în sus, curcubeul format în aceste raze poate arăta uneori complet neobișnuit.

Nu trebuie să vă gândiți că un curcubeu poate fi observat doar în timpul zilei. Se întâmplă noaptea, totuși, mereu slab. Puteți vedea un astfel de curcubeu după o ploaie de noapte, când luna se uită din spatele norilor.

O aparență de curcubeu poate fi obținută în următorul experiment. Luați un balon cu apă, străluciți-l cu lumina soarelui sau cu o lampă printr-o gaură din tabla albă. Apoi, un curcubeu va deveni clar vizibil pe tablă (Fig. 31, a), iar unghiul de divergență al razelor față de direcția inițială va fi de aproximativ 41-42 ° (Fig. 31.6). În condiții naturale, nu există ecran, imaginea apare pe retina ochiului, iar ochiul proiectează această imagine pe nori.

Dacă un curcubeu apare seara înainte de apus, atunci se observă un curcubeu roșu. În ultimele cinci sau zece minute înainte de apus, toate culorile curcubeului, cu excepția roșului, dispar, acesta devine foarte luminos și vizibil chiar și la zece minute după apus.

O priveliște frumoasă este un curcubeu pe rouă.

Se poate observa la rasaritul soarelui pe iarba acoperita cu roua. Acest curcubeu are forma unei hiperbole.

halouri

Când te uiți la un curcubeu într-o pajiște, vei observa involuntar un uimitor halou de lumină necolorat - un halou care înconjoară umbra capului tău. Aceasta nu este o iluzie optică sau un fenomen de contrast. Când umbra cade pe drum, aureola dispare. Care este explicația acestui fenomen interesant? Picăturile de rouă joacă cu siguranță un rol important aici, pentru că atunci când roua dispare, fenomenul dispare.

Pentru a afla cauza fenomenului, faceți următorul experiment. Luați un balon sferic umplut cu apă și expuneți-l la lumina soarelui. Lasă-o să reprezinte o picătură. Puneți o foaie de hârtie în spatele balonului aproape de acesta, care va acționa ca iarbă. Priviți balonul sub un unghi mic față de direcția razelor incidente. O vei vedea puternic luminată de razele reflectate de hârtie. Aceste raze merg aproape exact spre razele Soarelui care cad pe balon. Luați-vă ochii puțin în lateral, iar iluminarea strălucitoare a balonului nu mai este vizibilă.

Aici avem de-a face nu cu un fascicul de lumină împrăștiat, ci cu un fascicul de lumină direcționat care emană dintr-un punct luminos de pe hârtie. Becul acționează ca o lentilă care direcționează lumina către noi.

Un fascicul de raze solare paralele, după refracția în bulb, dă pe hârtie o imagine mai mult sau mai puțin focalizată a Soarelui sub forma unui punct luminos. La rândul său, destul de multă lumină emisă de spot este captată de bec și, după refracția în el, este îndreptată înapoi spre Soare, inclusiv spre ochii noștri, deoarece stăm cu spatele la Soare. Deficiențele optice ale lentilei noastre - baloanele dau un flux de lumină împrăștiat, dar totuși fluxul principal de lumină care vine dintr-un punct luminos de pe hârtie este îndreptat către Soare. Dar de ce lumina reflectată de firele de iarbă nu este verde?

Are de fapt o nuanță verzuie slabă, dar este în mare parte albă, la fel ca lumina reflectată direcțional de pe suprafețele vopsite netede, cum ar fi reflexiile de la o tablă verde sau galbenă sau vitraliul.

Dar picăturile de rouă nu sunt întotdeauna sferice. Ele pot fi distorsionate. Apoi unii dintre ei direcționează lumina în lateral, dar trece pe lângă ochi. Alte picături, ca, de exemplu, cele arătate în Figura 33, au o astfel de formă încât lumina care cade asupra lor, după una sau două reflexii, este îndreptată înapoi spre Soare și pătrunde în ochii observatorului care stă cu spatele la el.

În cele din urmă, trebuie remarcată încă o explicație spirituală a acestui fenomen: doar acele frunze de iarbă reflectă direcțional lumina, pe care cade lumina directă a Soarelui, adică cele care nu sunt ascunse de alte frunze din partea Soarelui. Dacă luăm în considerare că frunzele majorității plantelor își întorc întotdeauna planul spre Soare, atunci este evident că vor exista destul de multe astfel de frunze reflectorizante (Fig. 33, e). Prin urmare, halourile pot fi observate și în absența rouei, pe suprafața unei lunci cosite lin sau a unui câmp comprimat.