Neuveriteľné svetelné úkazy. Optické javy: Príklady. Svetlo, fatamorgána, polárna žiara, dúha Svetelné javy dúha

Ekológia

V mnohých kultúrach existujú legendy a mýty o sile dúhy, ľudia jej venujú umelecké diela, hudbu a poéziu.

Psychológovia tvrdia, že ľudia tento prírodný fenomén obdivujú, pretože dúha je prísľubom svetlej, „dúhovej“ budúcnosti.

Technicky dúha nastáva vtedy, keď svetlo prechádza kvapkami vody v atmosfére, a lom svetla vedie k známemu vzhľadu zakriveného oblúka rôznych farieb, ktorý pozná každý z nás.

Tu sú tieto a ďalšie Zaujímavosti o dúhe:

7 faktov o dúhe (s fotografiou)

1. Dúhy vidno na poludnie len zriedka.

Najčastejšie sa dúha vyskytuje ráno a večer. Aby mohla vzniknúť dúha, slnečné svetlo musí dopadať na dažďovú kvapku pod uhlom asi 42 stupňov. Je nepravdepodobné, že sa to stane, keď bude Slnko na oblohe vyššie ako 42 stupňov.

2. Dúhy sa objavujú aj v noci

Dúhy je možné vidieť aj po zotmení. Tento jav sa nazýva lunárna dúha. V tomto prípade sa lúče svetla lámu odrazom od Mesiaca, a nie priamo od Slnka.

Spravidla je menej jasné, pretože čím jasnejšie svetlo, tým farebnejšia je dúha.

3. Dvaja ľudia nemôžu vidieť rovnakú dúhu.

Svetlo odrazené od určitých dažďových kvapiek sa pre každého z nás odráža od iných kvapiek z úplne iného uhla. To vytvára iný obraz dúhy.

Keďže dvaja ľudia nemôžu byť na rovnakom mieste, nemôžu vidieť rovnakú dúhu. Navyše aj každé naše oko vidí inú dúhu.

4. Nikdy nemôžeme dosiahnuť koniec dúhy

Keď sa pozrieme na dúhu, zdá sa nám, akoby sa s nami hýbala. Je to preto, že svetlo, ktoré ho tvorí, tak pre pozorovateľa robí z určitej vzdialenosti a uhla. A táto vzdialenosť vždy zostane medzi nami a dúhou.

5. Nevidíme všetky farby dúhy

Mnohí z nás si z detstva pamätajú riekanku, ktorá vám umožňuje zapamätať si 7 klasické farby dúhy (Každý poľovník chce vedieť, kde sedí bažant).

Všetci sú červení

Lovec - oranžová

Želanie - žlté

Vedieť - zelená

Kde - modrá

Sediaci - modrý

Bažant - fialový

Dúhu však v skutočnosti tvorí vyše milióna farieb, vrátane farieb, ktoré ľudské oko nevidí.

6. Rainbow môže byť dvojitá, trojitá a dokonca štvornásobná

Môžeme vidieť viac ako jednu dúhu, ak sa svetlo odráža vo vnútri kvapôčky a rozdeľuje sa na jednotlivé farby. Dvojitá dúha sa objaví, keď sa to stane vnútri kvapky dvakrát, trojitá dúha, keď sa to stane trikrát atď.

Pri štvornásobnej dúhe sa pri každom odraze lúča svetlo, a teda aj dúha, stáva bledším, a preto sú posledné dve dúhy veľmi slabo viditeľné.

Ak chcete vidieť takúto dúhu, musí sa zhodovať niekoľko faktorov naraz, a to úplne čierny mrak a buď rovnomerné rozloženie veľkostí dažďových kvapiek, alebo silný dážď.

7. Dúhu môžete nechať zmiznúť sami.

Pomocou polarizačných slnečných okuliarov môžete prestať vidieť dúhu. Tie sú totiž pokryté veľmi tenkou vrstvou molekúl, ktoré sú usporiadané vo zvislých radoch a svetlo odrazené od vody je polarizované horizontálne. Tento jav je možné vidieť na videu.

Ako urobiť dúhu?

Poriadnu dúhu si môžete vyrobiť aj doma. Spôsobov je viacero.

1. Metóda s použitím pohára vody

Naplňte pohár vodou a za slnečného dňa ho postavte na stôl pred oknom.

Položte kúsok bieleho papiera na podlahu.

Navlhčite okno horúcou vodou.

Upravte sklo a papier, kým neuvidíte dúhu.

2. Metóda pomocou zrkadla

Umiestnite zrkadlo do pohára naplneného vodou.

Miestnosť by mala byť tmavá a steny biele.

Zasvieťte baterkou do vody a pohybujte ňou, kým neuvidíte dúhu.

3. CD metóda

Vezmite CD a utrite ho, aby sa naň nezaprášilo.

Položte ho na rovný povrch, pod svetlo alebo pred okno.

Pozrite sa na disk a vychutnajte si dúhu. Môžete otáčať ciferníkom, aby ste videli, ako sa farby pohybujú.

4. Haze metóda

Za slnečného dňa použite hadicu na vodu.

Zatvorte otvor hadice prstom, čím vytvoríte zákal

Nasmerujte hadicu smerom k slnku.

Pozrite sa na opar, kým neuvidíte dúhu.

Kedykoľvek sa objaví dúha, vždy je tvorená hrou svetla na kvapkách vody. Zvyčajne sú to dažďové kvapky, občas malé kvapky hmly. Na najmenších kvapôčkach, ako sú tie, ktoré tvoria oblaky, dúhu nevidno.

Dúha vzniká vďaka slnku svetlo sa láme kvapkami vody zavesené vo vzduchu. Tieto kvapôčky odlišne odkláňajú svetlo rôznych farieb, čo spôsobuje, že sa biele svetlo rozloží na spektrum.

Za jasnej mesačnej noci môžete vidieť dúha z mesiaca. Keďže ľudské videnie je navrhnuté tak, že pri slabom osvetlení oko nevníma farby dobre, mesačná dúha vyzerá belavo; čím je svetlo jasnejšie, tým je dúha „farebnejšia“.

Podľa starej anglickej viery sa na úpätí každej dúhy nájde hrniec zlata. Aj teraz sú ľudia, ktorí si predstavujú, že sa naozaj môžu dostať na dno dúhy a že tam vidno zvláštne blikajúce svetlo.

Je celkom zrejmé, že dúha nie je na žiadnom konkrétnom mieste, ako skutočná vec; nie je to nič iné ako svetlo prichádzajúce z určitého smeru.

Najčastejšie pozorované primárna dúha kde svetlo prechádza jedným vnútorným odrazom. Dráha lúčov je znázornená na obrázku nižšie. V primárnej dúhe je červená farba mimo oblúka, jej uhlový polomer je 40-42 °.

Niekedy môžete vidieť inú, menej jasnú dúhu okolo prvej. to sekundárna dúha, v ktorom sa svetlo dvakrát odráža v kvapke. V sekundárnej dúhe je „obrátené“ poradie farieb zvonka fialové a zvnútra červené. Uhlový polomer sekundárnej dúhy je 50-53°.

Poradie farieb v druhej dúhe je opačné ako poradie v prvej; stoja oproti sebe červenými pruhmi.

Diagram formovania dúhy

1. guľová kvapka,
2. vnútorný odraz,
3. primárna dúha,
4. lom,
5. sekundárna dúha,
6. prichádzajúci lúč svetla
7. priebeh lúčov pri tvorbe primárnej dúhy,
8. dráha lúčov pri tvorbe sekundárnej dúhy,
9. pozorovateľ,
10. oblasť formovania dúhy,
11. oblasť tvorby dúhy.
12. oblasť tvorby dúhy.

Stred kružnice opísanej dúhou vždy leží na priamke prechádzajúcej cez Slnko (Mesiac) a oko pozorovateľa, to znamená, že nie je možné vidieť slnko a dúhu súčasne bez použitia zrkadiel.

V skutočnosti je dúha úplný kruh. Nemôžeme to sledovať za horizont len ​​preto, že nevidíme kvapky dažďa padajúce pod nami.

Z lietadla alebo vyvýšeného miesta je vidieť celý kruh.

"Sedem farieb dúhy" existujú iba v predstavách. Je to rétorická fráza, ktorá žije tak dlho, pretože len zriedka vidíme veci také, aké v skutočnosti sú. V skutočnosti sa farby dúhy postupne menia jedna na druhú a iba oko ich mimovoľne spája do skupín.

Tradícia zvýrazňovania v dúhe 7 farieb išiel z Isaac Newton, pre ktoré malo číslo 7 zvláštny symbolický význam (či už z pytagorovských alebo teologických dôvodov). Tradícia rozlišovania 7 farieb v dúhe nie je univerzálna, napríklad Bulhari majú v dúhe 6 farieb.

Na zapamätanie postupnosti farieb v dúhe existujú mnemotechnické frázy, pričom prvé písmená každého slova zodpovedajú prvým písmenám v názvoch farieb (červená, oranžová, žltá, zelená, azúrová, modrá, fialová

"Komu každý o hotnik a robí h nat, G de s ide f azan". "Ako raz zvonár Jacques rozbil hlavou lucernu".

MOU “Stredná škola č. 8”

Praktická práca z fyziky

Fenomén lomu je základom činnosti refrakčných ďalekohľadov (na vedecké a praktické účely, vrátane veľkej väčšiny ďalekohľadov, ďalekohľadov a iných pozorovacích zariadení), šošoviek pre fotografické, filmové a televízne kamery, mikroskopov, lup, okuliarov, projekčných zariadení , prijímače a vysielače optických signálov, koncentrátory výkonných svetelných lúčov, hranolové spektroskopy a spektrometre, hranolové monochromátory a mnohé iné optické prístroje obsahujúce šošovky a/alebo hranoly. Je potrebné to vziať do úvahy pri výpočte prevádzky takmer všetkých optických zariadení. To všetko platí pre rôzne rozsahy elektromagnetického spektra.

V akustike je lom zvuku obzvlášť dôležité vziať do úvahy pri štúdiu šírenia zvuku v nehomogénnom prostredí a samozrejme na rozhraní medzi rôznymi médiami. V technológii môže byť dôležité brať do úvahy lom vĺn inej povahy, napríklad vlny na vode, rôzne vlny v aktívnych médiách atď.
Refrakcia v každodennom živote

Refrakcia sa vyskytuje na každom kroku a je vnímaná ako úplne obyčajný jav: môžete vidieť, ako sa lyžička v šálke čaju „rozbije“ na hranici vody a vzduchu. Tu je vhodné poznamenať, že toto pozorovanie s nekritickým vnímaním dáva nesprávnu predstavu o znaku účinku: zjavná zlomenina lyžice nastáva v opačnom smere ako skutočný lom svetelných lúčov.

Lom a odraz svetla v kvapkách vody vytvára dúhu.

M viacnásobný lom (a čiastočne odraz) v malých priehľadných prvkoch štruktúry (snehové vločky, papierové vlákna, bubliny) vysvetľuje vlastnosti matných (nie zrkadlových) reflexných plôch, ako je biely sneh, papier, biela pena.

Refrakcia v atmosfére vysvetľuje mnohé zaujímavé efekty. Napríklad za určitých meteorologických podmienok môže Zem (z malej výšky) vyzerať ako konkávna misa (skôr ako časť vypuklej gule).

Mirage.

M irish (fr. fatamorgána)- optický jav v atmosfére: odraz svetla na rozhraní medzi vrstvami vzduchu, ktoré sa výrazne líšia hustotou. Pre pozorovateľa takýto odraz spočíva v tom, že spolu so vzdialeným objektom (alebo úsekom oblohy) je viditeľný jeho imaginárny obraz, posunutý vzhľadom na objekt.
Klasifikácia

Mirage sa delia na spodné, viditeľné pod objektom, horné, nad objektom a bočné.

podradná fatamorgána

Vyskytuje sa, keď existuje veľmi veľký vertikálny teplotný gradient (klesajúci s výškou) na prehriatom rovnom povrchu, často na púšti alebo na dláždenej ceste. Imaginárny obraz oblohy vytvára na povrchu ilúziu vody. Takže cesta, ktorá ide do diaľky v horúcom letnom dni, sa zdá byť mokrá

nadradená fatamorgána

Je pozorovaný nad studeným zemským povrchom s inverzným rozložením teploty (jej nárast s výškou)

vedľajšia fatamorgána

Niekedy sa pozoruje v blízkosti veľmi vyhrievaných stien alebo skál.

Fata Morgana

Komplexné javy fatamorgány s ostrým skreslením vzhľadu predmetov sa nazývajú Fata Morgana.

halucinačný

Niektoré fatamorgány môžu byť spôsobené halucináciami v dôsledku prehriatia a dehydratácie.

Polárne svetlá.

Polárne svetlá- žiara (luminiscencia) horných vrstiev atmosfér planét s magnetosférou v dôsledku ich interakcie s nabitými časticami slnečného vetra.
Povaha polárnych žiar

P polárne žiary vznikajú v dôsledku bombardovania hornej atmosféry nabitými časticami, ktoré sa pohybujú smerom k Zemi pozdĺž siločiar zeme magnetické pole z oblasti blízkozemského priestoru nazývanej plazmový plát. Projekcia plazmového plátu pozdĺž siločiar geomagnetického poľa na zemskú atmosféru má tvar prstencov obklopujúcich severný a južný magnetický pól (aurorálne ovály). Vesmírna fyzika sa zaoberá odhaľovaním príčin vedúcich k vyzrážaniu nabitých častíc z vrstvy plazmy. Experimentálne sa zistilo, že orientácia medziplanetárneho magnetického poľa a tlak plazmy slnečného vetra zohrávajú kľúčovú úlohu pri stimulácii zrážok.

Vo veľmi obmedzenej oblasti hornej atmosféry môžu byť polárne žiary spôsobené nízkoenergetickými nabitými časticami slnečného vetra vstupujúcich do polárnej ionosféry cez severný a južný polárny hrot. Na severnej pologuli možno okolo poludnia pozorovať nad Svalbardom vrcholovú polárnu žiaru.

Keď sa energetické častice plazmovej vrstvy zrazia s hornou atmosférou, atómy a molekuly plynov, ktoré sú súčasťou jej zloženia, sú excitované. Žiarenie excitovaných atómov je vo viditeľnom rozsahu a je pozorované ako polárna žiara. Spektrá polárnej žiary závisia od zloženia atmosfér planét: ak sú napríklad pre Zem najjasnejšie emisné čiary excitovaného kyslíka a dusíka vo viditeľnom rozsahu, potom pre Jupiter - emisné čiary vodíka v ultrafialovej oblasti .

Keďže ionizácia nabitými časticami nastáva najúčinnejšie na konci dráhy častíc a hustota atmosféry klesá s výškou v súlade s barometrickým vzorcom, výška výskytu polárnych žiaroviek dosť silne závisí od parametrov atmosféry planéty, napr. napríklad pre Zem s pomerne zložitým zložením atmosféry sa pozoruje červená žiara kyslíka vo výškach 200 - 400 km a spoločná žiara dusíka a kyslíka - vo výške ~ 110 km. Okrem toho tieto faktory určujú aj tvar polárnych žiaroviek – difúzne horné a dosť ostré spodné hranice. (pozri obr. 3).
P Polárne žiary Zeme

Polárne žiary sú pozorované hlavne vo vysokých zemepisných šírkach oboch hemisfér v oválnych zónach-pásoch obklopujúcich magnetické póly Zeme – aurorálnych ováloch. Priemer polárnych oválov je ~3000 km počas pokojného Slnka, na dennej strane je hranica zóny vzdialená 10–16° od magnetického pólu a na nočnej strane je 20–23°. Keďže magnetické póly Zeme sú od geografických pólov vzdialené ~12°, polárne žiary možno pozorovať v zemepisných šírkach 67 – 70°; avšak počas slnečnej aktivity sa ovál polárnej žiary rozširuje a polárne žiary možno pozorovať v nižších zemepisných šírkach, 20 – 25° južnejšie. alebo severne od ich hraníc.normálny prejav.

Polárne žiary na jar a na jeseň sa vyskytujú oveľa častejšie ako v zime a v lete. Najvyššia frekvencia pripadá na obdobia najbližšie k jarnej a jesennej rovnodennosti. Počas polárnej žiary sa v krátkom čase uvoľní obrovské množstvo energie (pri jednej z porúch zaznamenaných v roku 2007 - 5x1014 joulov, približne rovnako ako pri zemetrasení s magnitúdou 5,5.

Pri pohľade z povrchu Zeme sa Aurora Borealis prejavuje vo forme všeobecnej rýchlo sa meniacej žiary oblohy alebo pohybujúcich sa lúčov, pruhov, korún, „záclon“. Trvanie polárnej žiary sa pohybuje od desiatok minút až po niekoľko dní.

Polárne žiary iných planét slnečná sústava

M Magnetické polia obrovských planét Slnečnej sústavy sú oveľa silnejšie ako magnetické pole Zeme, čo spôsobuje väčší rozsah polárnych žiaroviek týchto planét v porovnaní s polárnymi žiarami Zeme. Charakteristickým znakom pozorovaní obrovských planét zo Zeme (a vo všeobecnosti z vnútorných oblastí slnečnej sústavy) je to, že sú obrátené k pozorovateľovi stranou osvetlenou Slnkom a vo viditeľnom rozsahu sa ich polárne žiary strácajú v odrazenom slnečnom svetle. Avšak vzhľadom na vysoký obsah vodíka v ich atmosfére, žiarenie ionizovaného vodíka v ultrafialovej oblasti a nízke albedo obrovských planét v ultrafialovej oblasti, s pomocou mimoatmosférických ďalekohľadov (Hubbleov vesmírny teleskop), pomerne boli získané jasné snímky polárnych žiaroviek týchto planét.

Charakteristickým rysom Jupitera je vplyv jeho satelitov na polárne žiary: v oblastiach „projekcií“ lúčov magnetických siločiar na aurorálnom ovále Jupitera sú pozorované svetlé oblasti polárnej žiary, excitované prúdmi spôsobenými pohybom satelity v jeho magnetosfére a vyvrhovanie ionizovaného materiálu satelitmi – to posledné je obzvlášť výrazné v prípade Io s jeho vulkanizmom.

H na snímke polárnej žiary Jupitera, ktorú vytvoril Hubblov vesmírny ďalekohľad (obr. 4), sú viditeľné tieto projekcie: Io (škvrna s „chvostom“ pozdĺž ľavej končatiny), Ganymede (v strede) a Európa ( mierne pod a napravo od stopy Ganymede).

Ako uprostred priehľadných zamračených rubášov

Nad cibuľou je cibuľa kvetnatá a obvodová

Vyvýšený poslom Juno,

A tvorený vnútorným vonkajším.

Dúha je na očiach - zvyčajne sa pozoruje vo forme dvoch farebných oblúkov (dve súkvetia, o ktorých píše Dante) a v hornom oblúku sú farby usporiadané v tomto poradí zhora nadol: fialová, modrá, azúrová , zelená, žltá, oranžová, červená a v dolnom oblúku naopak od červenej po fialovú. Na zapamätanie si ich postupnosti slúžia mnemotechnické frázy, pričom prvé písmená každého slova zodpovedajú prvým písmenám názvu farby. Ide napríklad o frázu „Každý lovec chce vedieť, kde sedí bažant“ alebo inú, nie menej známy, „Ako raz Jean zvonár udrel hlavou do lucerny“. Je pravda, že tradícia rozlišovania 7 farieb dúhy nie je univerzálna. Napríklad Bulhari majú v dúhe 6 farieb.

Dúha poskytuje jedinečnú možnosť pozorovať v prírodných podmienkach rozklad bieleho svetla na spektrum.

Dúha sa zvyčajne objavuje po daždi, keď je slnko dosť nízko. Niekde medzi Slnkom a pozorovateľom stále prší. Slnečné svetlo prechádzajúce kvapkami vody sa v nich opakovane odráža a láme, ako v malých hranoloch a lúčoch iná farba vystupujú z kvapiek pod rôznymi uhlami. Tento jav sa nazýva disperzia (t. j. rozklad) svetla. V dôsledku toho sa vytvorí jasný farebný oblúk (ale v skutočnosti je strmý; môžete ho vidieť celý z lietadla).

Niekedy sa pozorujú dva naraz, menej často - tri viacfarebné oblúky. Prvá dúha je vytvorená lúčmi odrazenými vo vnútri kvapiek raz, druhá - lúčmi odrazenými dvakrát atď. V roku 1948 v Leningrade (dnes Petrohrad) sa medzi mrakmi nad Nevou objavili štyri dúhy naraz.

Typ dúhy, jas farieb, šírka pruhov závisí od veľkosti a počtu kvapiek vody vo vzduchu. Jasná dúha nastáva v lete po búrke, počas ktorej padajú veľké kvapky. Takáto dúha spravidla predpovedá dobré počasie.

Za jasnej mesačnej noci môžete z Mesiaca vidieť dúhu. Keď prší, vo svetle splnu sa objaví dúha. Keďže ľudské videnie je navrhnuté tak, že pri slabom osvetlení najcitlivejšie receptory oka - "tyčinky" - nevnímajú farby, mesačná dúha vyzerá belavo; čím je svetlo jasnejšie, tým je dúha „farebnejšia“ (do jej vnímania sú zahrnuté farebné receptory – „šišky“).

ohnivá dúha

Mala šťastie, že videla obyvateľa Švédska Mariana Eriksona. Dúha sa tiahla po nočnej oblohe a na minútu stála pod mesiacom v splne.

Známky a legendy.

Kedysi sa človek začal čudovať, prečo sa na oblohe objavujú dúhy. V tých časoch o optike ani nepočuli. Preto ľudia vymýšľali mýty a legendy a bolo tiež veľa znamení. Tu sú niektoré z nich:

• V škandinávskej mytológii je dúha mostom Bifrost, ktorý spája Midgard (svet ľudí) a Asgard (svet bohov).
• V staroindickej mytológii - luk Indry, boha hromu a blesku.
• V starogréckej mytológii - cesta Iridy, posla medzi svetmi bohov a ľudí.
• Podľa slovanských presvedčení dúha, podobne ako had, pije vodu z jazier, riek a morí, ktorá potom prší.
• Írsky škriatok ukrýva hrniec zlata tam, kde sa dúha dotýkala zeme.
• Podľa čuvašskej viery, ak prejdete cez dúhu, môžete zmeniť pohlavie.
• V Biblii sa dúha objavila po potope ako symbol odpustenia ľudstvu.
• Poverčiví ľudia verili, že dúha je zlé znamenie. Verili, že duše mŕtvych prechádzajú do iného sveta pozdĺž dúhy, a ak sa dúha objaví, znamená to niečiu blízku smrť.

História vysvetlenia dúhy.

Už Aristoteles, starogrécky filozof, sa snažil vysvetliť príčinu dúhy. A perzský astronóm Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311) a možno aj jeho študent Kamal al-din al-Farisi (1260-1320) boli zrejme prvými, ktorí poskytli dostatočne presné vysvetlenie tohto javu.

Všeobecný fyzický obraz dúhy jasne opísal už Mark Antony de Dominis (1611).

M.A. de Dominis

Na základe experimentálnych pozorovaní dospel k záveru, že dúha sa získa ako výsledok odrazu od vnútorný povrch dažďové kvapky a dvojitá refrakcia - pri vstupe do kvapky a pri výstupe z nej. René Descartes podal podrobnejšie vysvetlenie dúhy vo svojej Meteore v kapitole O dúhe (1635).

René Descartes

Descartes píše:

„Po prvé, keď som vzal do úvahy, že dúha sa môže objaviť nielen na oblohe, ale aj vo vzduchu blízko nás, zakaždým, keď sú v nej kvapky vody, osvetlené slnkom, ako to niekedy vidno vo fontánach, je pre mňa ľahké, dospel som k záveru, že to závisí od toho, ako lúče svetla pôsobia na tieto kvapky a z nich sa dostávajú do našich očí; ďalej, keď som vedel, že tieto kvapky sú guľovité, a keď som videl, že pri veľkých aj malých kvapkách vždy dúha sa objaví rovnakým spôsobom , dal som si za cieľ vytvoriť veľmi veľkú kvapku, aby som ju mohol lepšie vidieť. Aby som to urobil, naplnil som veľkú sklenenú nádobu, celkom okrúhlu a úplne priehľadnú, vodou a prišiel som nasledujúci záver...“

Tento záver opakuje a spresňuje výsledok získaný Dominisom. Najmä Descartes zistil, že druhá (vonkajšia) dúha je výsledkom dvoch lomov a dvoch odrazov. Vzhľad dúhových farieb tiež kvalitatívne vysvetlil porovnaním lomu svetla v kvapke s lomom v sklenenom hranole. Obrázok 1, ktorý vysvetľuje dráhu lúča v kvapke, je prevzatý z vyššie uvedeného diela Descarta. Hlavnou zásluhou Descarta však bolo, že tento jav kvantitatívne vysvetlil, po prvýkrát pomocou zákona lomu svetla:

„Ešte som nevedel, prečo sa farby objavujú len v určitých uhloch, kým som vzal pero a podrobne som nevypočítal priebeh všetkých lúčov, ktoré dopadajú na rôzne body kvapky vody, aby som zistil, pod akými uhlami môžu vstúpiť. naše oko po dvoch refrakciách a jednom alebo dvoch odrazoch som potom zistil, že po jednom odraze a dvoch refrakciách je oveľa viac lúčov, ktoré je možné vidieť pod uhlom od 41° do 42° (vzhľadom na slnečný lúč) ako tých ktoré je možné vidieť pod akýmkoľvek menším uhlom a neexistuje žiadny, ktorý by bol viditeľný pri väčšom. Okrem toho som tiež zistil, že po dvoch odrazoch a dvoch lomoch je oveľa viac lúčov, ktoré dopadajú do oka pod uhlom od 51 ° až 52 ° ako tie, ktoré by padali pod akýmkoľvek väčším uhlom, a neexistujú vôbec žiadne, ktoré by padali pod menším.

Descartes teda nielen vypočíta dráhu lúčov, ale určí aj uhlové rozloženie intenzity svetla rozptýleného kvapkami.

Čo sa týka farieb, teóriu doplnil Isaac Newton.

Isaac Newton

Hoci je viacfarebné spektrum dúhy súvislé, podľa tradície sa v ňom rozlišuje 7 farieb. Predpokladá sa, že Isaac Newton si ako prvý vybral číslo 7, pre ktoré malo číslo 7 zvláštny symbolický význam (z pytagorejských, teologických alebo morologických dôvodov).

V známych prednáškach o optike, ktoré boli napísané v 70. rokoch 16. storočia, ale publikované po Newtonovej smrti v roku 1729, sa uvádza toto zhrnutie:
"Z lúčov vstupujúcich do lopty niektoré ju opúšťajú po jednom odraze, iné po dvoch odrazoch; lúče odchádzajú po troch odrazoch a ešte viac odrazov. Keďže kvapky dažďa sú v porovnaní so vzdialenosťou oka pozorovateľa veľmi malé, vôbec nestojí za to brať do úvahy ich rozmery, ale iba uhly, ktoré zvierajú dopadajúce lúče s vychádzajúcimi lúčmi. Tam, kde sú tieto uhly najväčšie alebo najmenšie, sú vystupujúce lúče najhustejšie. Keďže rôzne druhy lúčov (lúče rôznych farieb) spôsobujú rôzne najväčšie a najmenšie uhly, lúče sa najhustejšie zhromažďujú na rôznych miestach, majú túžbu prejaviť svoje vlastné farby."

Newtonove tvrdenie o možnosti nebrať do úvahy veľkosť kvapky, ako aj slová Descarta, že pri veľkých a malých kvapkách sa dúha javí vždy rovnako, sa ukázali ako nepresné. Kompletnú teóriu dúhy, zohľadňujúcu difrakciu svetla, ktorá závisí od pomeru vlnovej dĺžky svetla a veľkosti kvapky, vybudoval až v 19. storočí J.B. Airy (1836) a J.M. Pernther (1897).

Lom a odraz lúča v kvapke vody.

Kresba Descarta, ktorú sme rozmnožili ako relikviu, má jednu „metodickú“ nedokonalosť. Nepripravenému čitateľovi sa môže zdať, že obe dúhy, vonkajšia aj vnútorná, sú spôsobené rôzne cesty odrazy v tej istej kvapke. Bolo by lepšie znázorniť dve kvapky: jedna súvisiaca so spodnou dúhou, druhá s hornou, pričom každá má jeden spôsob odrazu, ako je znázornené na obr. 2. Pre uľahčenie vnímania je v oboch prípadoch smer slnečného lúča dopadajúceho na kvapôčku braný ako os x. Súradnica y charakterizujúca bod dopadu lúča na kvapku sa bude nazývať parameter dopadu.

Z obr. 2a je vidieť, že dopadajúci lúč s jedným odrazom môže pozorovateľ vnímať len vtedy, ak bod dopadu patrí do hornej časti kvapky (y > 0). Naopak, pri dvoch odrazoch to bude možné pre tie lúče, ktoré dopadajú na spodnú časť kvapky (y< 0).

Najprv predpokladajme, že kvapka je vo vertikálnej rovine prechádzajúcej cez polohu Slnka a oka pozorovateľa. Potom dopadajúce, lomené a odrazené lúče ležia v rovnakej rovine. Ak α 1 je uhol dopadu a α 2 je uhol lomu, potom z obr. 2, a a b, uhol vychádzajúceho lúča vzhľadom na dopadajúci bude v prvom prípade rovný φ 1 = 4α 2 -2α 1 (1)
a v druhom - φ 2 = π - 6α 2 + 2α 1 (2)
navyše podľa zákona lomu: sin α 2 = sin α 1 / n
kde n je v našom prípade index lomu vody. Okrem toho, ak podmienečne predpokladáme polomer poklesu ako jednotku dĺžky, máme:

V súlade s tým v prvom a druhom prípade. Preto z (1) a (2) dostaneme
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)

Tieto dve rovnice sú hlavné na ďalšie zváženie. Je ľahké vykresliť uhly φ 1 a φ 2 ako funkcie y. Sú znázornené na obr. 3 pre index lomu n=1,331 (červená). Vidíme, že pri hodnote parametra dopadu y≈0,85 sa dosiahne maximum uhla φ 1, približne rovné 42°, a uhol má minimum ~53° pri y≈-0,95. Ukážme, že tieto extrémne body zodpovedajú maximálnej intenzite svetla odrazeného kvapkou.

Uvažujme malý rozsah zmeny parametra dopadu (pre jednoznačnosť v prvom prípade) y, y + Δy. Pomocou grafu môžete nájsť zmenu uhla φ v tomto intervale Δφ. Na obr. 3 ukazuje, že Δφ=Δy*tg β, kde β je uhol, ktorý dotyčnica ku grafu v danom bode zviera s osou x. Hodnota Δy je úmerná intenzite svetla ΔI dopadajúceho na pokles v tomto intervale parametra dopadu. Rovnaká intenzita svetla (presnejšie, hodnota jej úmerná) je rozptýlená poklesom uhlového intervalu Δφ. Môžeme písať ΔI ~ Δy =Δy*ctg β. Preto intenzitu svetla rozptýleného kvapkou na jednotku uhla rozptylu možno vyjadriť ako I(φ) = ΔI/Δφ ~ ctg β (5)

Keďže v krajných bodoch ctg β = ∞ ide hodnota (5) do nekonečna. Všimnite si, že polohy týchto extrémnych bodov pre rôzne farby sú trochu odlišné, čo umožňuje pozorovať dúhu.

Ako nakresliť dúhu

Teraz môžeme nakresliť schému pozorovania dúhy. Takáto konštrukcia je znázornená na obr. 4. Najprv nakreslite povrch Zeme a na ňom stojaceho pozorovateľa. Pred pozorovateľom je opona dažďa (v sivej farbe). Potom zobrazujeme slnečné lúče, ktorých smer závisí od výšky Slnka nad horizontom. Červené a fialové lúče prechádzame okom pozorovateľa pod vyššie uvedenými uhlami vzhľadom na slnečné lúče. Na základe výsledkov predchádzajúcej časti si môžeme byť istí, že tieto lúče vzniknú v dôsledku rozptylu zodpovedajúcimi dažďovými kvapkami. Zároveň, ako vyplýva z obr. 2, spodná dúha je spôsobená rozptylovými procesmi s jedným odrazom a horná - s dvoma odrazmi. Dávajte pozor na striedanie farieb: fialové lúče sú vonkajšie a červené lúče sú vnútorné. Je zrejmé, že lúče iných farieb v každej dúhe sú umiestnené medzi červenou a fialovou v súlade s hodnotami indexov lomu.

Pripomeňme, že sme doteraz uvažovali o obraze dúhy vo vertikálnej rovine prechádzajúcej okom pozorovateľa a o polohe Slnka. Narysujme priamku prechádzajúcu okom pozorovateľa rovnobežne so slnečným lúčom. Ak sa vertikálna rovina otočí okolo naznačenej priamky, potom jej nová poloha na pozorovanie dúhy bude úplne ekvivalentná pôvodnej. Preto má dúha tvar oblúka kruhu, ktorého stred sa nachádza na zostrojenej osi. Polomer tohto kruhu (ako je vidieť na obr. 4) je približne rovnaký ako vzdialenosť pozorovateľa od dažďovej clony.

Všimnite si, že pri pozorovaní dúhy by Slnko nemalo byť príliš vysoko nad obzorom - nie viac ako 53,48 °. V opačnom prípade sa vzor lúčov na obrázku bude otáčať v smere hodinových ručičiek, takže ani fialový lúč hornej dúhy nedosiahne oko pozorovateľa stojaceho na Zemi. Je pravda, že to bude možné, ak sa pozorovateľ zdvihne do určitej výšky, napríklad lietadlom. Ak sa pozorovateľ zdvihne dostatočne vysoko, bude môcť vidieť dúhu vo forme úplného kruhu.

Diagram formovania dúhy

Diagram formovania dúhy
1) sférický kvapka 2) interné odraz 3) primárna dúha
4) lom 5) sekundárna dúha 6) prichádzajúci lúč svetla
7) priebeh lúčov pri tvorbe primárnej dúhy

8) priebeh lúčov pri tvorbe sekundárnej dúhy
9) pozorovateľ 10) primárna oblasť tvorby dúhy
11) oblasť sekundárnej tvorby dúhy 12) oblak kvapiek

Tento opis dúhy by sa mal objasniť s prihliadnutím na skutočnosť, že slnečné lúče nie sú striktne paralelné. Je to spôsobené tým, že lúče dopadajúce na kvapku z rôznych bodov Slnka majú mierne odlišné smery. Maximálna uhlová divergencia lúčov je určená uhlovým priemerom Slnka, ktorý je známy ako približne 0,5°. K čomu to vedie? Každá kvapka vyžaruje do oka pozorovateľa menej monochromatické svetlo, ako by to bolo v prípade striktnej paralelnosti dopadajúcich lúčov. Ak by bol uhlový priemer Slnka výrazne väčší ako uhlová vzdialenosť medzi fialovým a červeným lúčom, potom by boli farby dúhy nerozoznateľné. Našťastie to tak nie je, aj keď nepochybne prekrývanie lúčov s rôznymi vlnovými dĺžkami ovplyvňuje kontrast farieb dúhy. Je zaujímavé, že konečnosť uhlového priemeru Slnka bola zohľadnená už v práci Descarta.

LOM SVETLA PRI PRECHODE Z VODY NA VZDUCH

Tyčinka ponorená do vody, lyžica v pohári čaju sa nám v dôsledku lomu svetla na hladine vody zdajú byť lomené.

Položte mincu na dno nepriehľadnej nádoby tak, aby ju nebolo vidieť. Teraz nalejte vodu do nádoby. Minca bude viditeľná. Vysvetlenie tohto javu je jasné z videa.

Pozrite sa na dno jazierka a skúste odhadnúť jeho hĺbku. Väčšinou to nefunguje správne.

Pozrime sa podrobnejšie na to, ako a ako veľmi sa nám zdá byť hĺbka nádrže znížená, ak sa na ňu pozrieme zhora.

Nech H (obr. 17) je skutočná hĺbka nádrže, na dne ktorej leží malý predmet, napríklad kamienok. Svetlo, ktoré odráža, sa rozchádza všetkými smermi. Určitý lúč lúčov dopadá na vodnú hladinu v bode O zdola pod uhlom a 1, láme sa na hladine a vstupuje do oka. Podľa zákona lomu môžeme písať:

ale keďže n 2 \u003d 1, potom n 1 sin a 1 \u003d sin ϒ 1.

Lomený lúč vstupuje do oka v bode B. Všimnite si, že do oka nevstupuje jeden lúč, ale zväzok lúčov, ktorého prierez je obmedzený očnou zrenicou.

Na obrázku 17 je lúč znázornený ako tenké čiary. Tento lúč je však úzky a jeho prierez môžeme zanedbať a považovať ho za čiaru AOB.

Oko premieta A do bodu A 1 a hĺbka nádrže sa nám zdá rovná h.

Z obrázku je zrejmé, že zdanlivá hĺbka nádrže h závisí od skutočnej hodnoty H a od pozorovacieho uhla ϒ 1 .

Vyjadrime túto závislosť matematicky.

Z trojuholníkov AOC a A 1 OS máme:

Vylúčením OS z týchto rovníc dostaneme:

Vzhľadom na to, že a \u003d ϒ 1 a sin ϒ 1 \u003d n 1 sin a 1 \u003d n sin a, dostaneme:

V tomto vzorci sa závislosť zdanlivej hĺbky nádrže h od skutočnej hĺbky H a pozorovacieho uhla explicitne neobjavuje. Pre jasnejšie znázornenie tejto závislosti si ju vyjadrime graficky.

Na grafe (obr. 18) sú pozdĺž osi x vynesené hodnoty pozorovacích uhlov v stupňoch a pozdĺž osi y sú im zodpovedajúce zdanlivé hĺbky h v zlomkoch skutočnej hĺbky H. krivka ukazuje, že pri malých pozorovacích uhloch je zdanlivá hĺbka

je asi ¾ skutočnej hodnoty a klesá so zväčšujúcim sa uhlom pohľadu. Pri pozorovacom uhle a = 47° dochádza k úplnému vnútornému odrazu a lúč nemôže uniknúť z vody.

MIRAGES

V nehomogénnom prostredí sa svetlo nešíri priamočiaro. Ak si predstavíme médium, v ktorom sa index lomu mení zdola nahor, a mentálne ho rozdelíme na tenké horizontálne vrstvy,

potom vzhľadom na podmienky lomu svetla pri prechode z vrstvy do vrstvy konštatujeme, že v takomto prostredí by mal svetelný lúč postupne meniť svoj smer (obr. 19, 20).

K takémuto zakriveniu svetelného lúča dochádza v atmosfére, v ktorej sa z jedného alebo druhého dôvodu, najmä v dôsledku jeho nerovnomerného ohrevu, mení index lomu vzduchu s výškou (obr. 21).

Vzduch je zvyčajne ohrievaný pôdou, ktorá absorbuje energiu slnečných lúčov. Preto s výškou klesá teplota vzduchu. Je tiež známe, že hustota vzduchu klesá s výškou. Zistilo sa, že s rastúcou výškou index lomu klesá, takže lúče prechádzajúce atmosférou sú ohnuté a ohýbajú sa smerom k Zemi (obr. 21). Tento jav sa nazýva normálny atmosférický lom. Nebeské telesá sa nám v dôsledku lomu zdajú akési „vystúpené“ (nad svoju skutočnú výšku) nad horizontom.

Vypočítalo sa, že atmosférická refrakcia "zdvihne" predmety vo výške 30° o 1"40", vo výške 15° - o 3"30", vo výške 5° - o 9"45". Pre telesá na horizonte táto hodnota dosahuje 35 ". Tieto čísla sa odchyľujú jedným alebo druhým smerom v závislosti od tlaku a teploty atmosféry. Z toho či onoho dôvodu však vzduchové masy s teplotou vyššou ako spodné vrstvy. môžu byť prinesené vetrom z horúcich krajín, napríklad z horúcej púštnej oblasti. Ak je v tomto čase studený, hustý vzduch tlakovej výše v spodných vrstvách, potom sa jav lomu môže výrazne zvýšiť a lúče svetla prichádzajúce z pozemských objektov smerom nahor pod určitým uhlom k horizontu sa môžu vrátiť späť na zem (obr. 22).

Môže sa však stať, že na povrchu Zeme sa vplyvom jej silného ohrevu vzduch tak zohreje, že index lomu svetla v blízkosti pôdy bude menší ako v určitej výške nad pôdou. Ak je zároveň pokojné počasie, môže tento stav pretrvávať pomerne dlho. Potom môžu byť lúče z predmetov dopadajúcich pod nejakým dosť veľkým uhlom na zemský povrch ohnuté natoľko, že po opísaní oblúka v blízkosti zemského povrchu budú smerovať zdola nahor (obr. 23a). Prípad zobrazený na obrázku 236 je tiež možný.

Vyššie opísané stavy v atmosfére vysvetľujú výskyt zaujímavých javov – atmosférických fatamorgánov. Tieto javy sa zvyčajne delia do troch tried. Prvá trieda zahŕňa tie najbežnejšie a najjednoduchšie, takzvané jazerné (alebo nižšie) fatamorgány, ktoré spôsobujú toľko nádejí a sklamaní medzi cestovateľmi v púšti.

Francúzsky matematik Gaspard Monge, ktorý sa zúčastnil egyptského ťaženia v roku 1798, opisuje svoje dojmy z tejto triedy fata morgánov takto:

„Keď je povrch Zeme silne zahriaty Slnkom a pred súmrakom sa ešte len začína ochladzovať, známy terén sa už nerozprestiera k horizontu ako cez deň, ale prechádza, ako sa zdá, asi o jeden ligy do nepretržitej povodne.

Dediny ďalej vyzerajú ako ostrovy v rozľahlom jazere. Pod každou dedinou je jej prevrátený odraz, len nie je ostrý, nevidno malé detaily, ako odraz vo vode kývanej vetrom. Ak sa začnete blížiť k dedine, ktorá sa zdá byť obkolesená povodňou, breh pomyselnej vody sa vzďaľuje, vodné rameno, ktoré nás oddeľovalo od dediny, sa postupne zužuje, až úplne zmizne a za týmto sa začína jazero ... dediny, odzrkadľujúce obce ležiace ďalej“ (obr. 24).

Vysvetlenie tohto javu je jednoduché. Spodné vrstvy vzduchu, ohriate pôdou, nestihli vstať; ich index lomu je menší ako horné. Do oka preto zospodu vstupujú lúče svetla vychádzajúce z predmetov (napríklad z bodu B na palme, obr. 23a), ohýbajúce sa vo vzduchu. Oko premieta lúč do bodu B1. To isté sa deje s lúčmi prichádzajúcimi z iných bodov objektu. Objekt sa pozorovateľovi javí ako prevrátený.

Odkiaľ je voda? Voda je odrazom oblohy.

Ak chcete vidieť fatamorgánu, nemusíte ísť do Afriky. Dá sa pozorovať v horúcom, tichom letnom dni a nad rozpáleným povrchom asfaltovej diaľnice.

Zázraky druhej triedy sa nazývajú zázraky s nadradeným alebo vzdialeným videním. Najviac sa im podobá „neslýchaný zázrak“, ktorý opísal N. V. Gogol. Uvádzame popisy niekoľkých takýchto fatamorgánov.

Z francúzskeho Cote d'Azur sa za skorého jasného rána, z vôd Stredozemného mora, z obzoru týči temná reťaz hôr, v ktorých obyvatelia spoznávajú Korziku. Vzdialenosť na Korziku je viac ako 200 km, takže priamka neprichádza do úvahy.

Na anglickom pobreží neďaleko Hastingsu je vidieť francúzske pobrežie. Ako uvádza prírodovedec Niedige, „pri Reggiu v Kalábrii, oproti sicílskemu pobrežiu a mestu Messina, sú niekedy vo vzduchu viditeľné celé neznáme oblasti s pasúcimi sa stádami, cyprusovými hájmi a hradmi. Po krátkom pobyte vo vzduchu fatamorgány zmiznú.

Zázraky s ďalekým videním sa objavia, ak sa z nejakého dôvodu ukáže, že horné vrstvy atmosféry sú obzvlášť riedke, napríklad keď sa tam dostane ohriaty vzduch. Vtedy sú lúče vychádzajúce z pozemských objektov silnejšie ohnuté a dostávajú sa na zemský povrch, pričom idú pod veľkým uhlom k horizontu. Oko pozorovateľa ich premieta smerom, ktorým doň vstupujú.

Za to, že sa na pobreží Stredozemného mora pozoruje veľké množstvo ďalekonosných fatamorgánov, môže zrejme saharská púšť. Masy horúceho vzduchu stúpajú nad ním, potom sú unášané na sever a vytvárajú priaznivé podmienky pre výskyt fatamorgánu.

Vynikajúce fatamorgány sú pozorované aj v severných krajinách, keď fúkajú teplé južné vetry. Horné vrstvy atmosféry sa zahrievajú a spodné sa ochladzujú v dôsledku prítomnosti veľkých hmôt topiaceho sa ľadu a snehu.

Niekedy sú pozorované priame aj spätné obrazy objektov. Obrázky 25-27 ukazujú presne takéto javy pozorované v arktických zemepisných šírkach. Zdá sa, že nad Zemou sa striedajú hustejšie a redšie vrstvy vzduchu, ktoré ohýbajú lúče svetla približne tak, ako je to znázornené na obrázku 26.

Zázraky tretej triedy – ultradlhé videnie – sa ťažko vysvetľujú. Poďme si popísať niekoľko z nich.

„Na základe svedectiev niekoľkých dôveryhodných osôb,“ píše K. Flamarion v knihe „Atmosféra“, „môžem podať správu o fatamorgána, ktorá bola videná v meste Verviers (Belgicko) v júni 1815. Jedného rána obyvatelia mesta uvideli na oblohe armádu a bolo tak jasné, že rozoznali obleky delostrelcov, delo s rozbitým kolesom, ktoré malo spadnúť ... Bolo ráno r. bitka pri Waterloo! Vzdialenosť medzi Waterloo a Verviers v priamej línii je 105 km.

Existujú prípady, keď boli fatamorgány pozorované vo vzdialenosti 800, 1 000 alebo viac kilometrov.

Tu je ďalší úžasný prípad. V noci 27. marca 1898 uprostred Tichého oceánu posádku brémskej lode Matador vystrašila vízia. Okolo polnoci posádka zbadala loď vzdialenú asi dve míle (3,2 km), ktorá bojovala so silnou búrkou.

Prekvapilo to o to viac, že ​​okolie bolo pokojné. Loď prekročila kurz Matadoru a boli chvíle, keď sa zdalo, že zrážka lodí je neodvratná... Posádka Matadoru videla, ako pri jednom silnom údere vlny proti neznámej lodi zhaslo svetlo. v kapitánskej kabíne, ktorá bola celý čas viditeľná v dvoch oknách. Po chvíli loď zmizla, vzala so sebou vietor a vlny.

Vec sa neskôr objasnila. Ukázalo sa, že toto všetko sa stalo s ďalšou loďou, ktorá bola v čase „vízie“ od „Matadoru“ vo vzdialenosti 1700 km.

Akým spôsobom sa svetlo šíri v atmosfére, aby sa zachovali zreteľné obrazy objektov v takých veľkých vzdialenostiach? Na túto otázku zatiaľ neexistuje presná odpoveď. Objavili sa návrhy na vznik obrovských vzduchových šošoviek v atmosfére, oneskorenie sekundárnej fatamorgány, t.j. fatamorgána z fata morgánu. Je možné, že tu zohráva úlohu ionosféra*, ktorá odráža nielen rádiové vlny, ale aj svetelné vlny.

Opísané javy majú zrejme rovnaký pôvod ako iné fatamorgány pozorované na moriach, nazývané „Lietajúci Holanďan“ alebo „Fata Morgana“, keď námorníci vidia lode duchov, ktoré potom miznú a vyvolávajú strach u poverčivých ľudí.

DÚHA

Dúha - tento krásny nebeský úkaz - vždy priťahoval pozornosť človeka. V dávnych dobách, keď ľudia ešte vedeli veľmi málo o svete okolo seba, bola dúha považovaná za „nebeské znamenie“. Takže starí Gréci si mysleli, že dúha je úsmev bohyne Iridy.

Dúhu pozorujeme v smere opačnom k ​​Slnku, na pozadí dažďových mrakov alebo dažďa. Viacfarebný oblúk sa zvyčajne nachádza vo vzdialenosti 1-2 km od pozorovateľa, niekedy ho možno pozorovať vo vzdialenosti 2-3 m na pozadí kvapiek vody tvorených fontánami alebo rozprašovačmi vody.

Stred dúhy je na pokračovaní priamky spájajúcej Slnko a oko pozorovateľa – na protislnečnej čiare. Uhol medzi smerom k hlavnej dúhe a antisolárnou čiarou je 41-42° (obr. 28).

V čase východu Slnka je antisolárny bod (bod M) na línii horizontu a dúha vyzerá ako polkruh. Keď slnko vychádza, antisolárny bod klesá pod horizont a veľkosť dúhy sa zmenšuje. Je to len časť kruhu. Pre pozorovateľa, ktorý je vysoko, napr. lietadla, dúha je vnímaná ako úplný kruh s tieňom pozorovateľa v strede.

Často existuje sekundárna dúha, sústredná s prvou, s uhlovým polomerom asi 52 ° a opačným usporiadaním farieb.

Pri výške Slnka 41° prestáva byť viditeľná hlavná dúha a nad horizontom sa objaví len časť vedľajšej dúhy a pri výške Slnka viac ako 52° nie je viditeľná ani vedľajšia dúha. Preto v stredných a rovníkových zemepisných šírkach nie je tento prírodný jav nikdy pozorovaný počas blízkych poludňajších hodín.

Dúha, rovnako ako spektrum, má sedem základných farieb, ktoré hladko prechádzajú jedna do druhej. Tvar oblúka, jas farieb, šírka pruhov závisí od veľkosti kvapiek vody a ich počtu. Veľké kvapky vytvárajú užšiu dúhu, s ostro vystupujúcimi farbami, malé kvapky vytvárajú oblúk, ktorý je rozmazaný, vyblednutý až biely. Preto je v lete po búrke, počas ktorej padajú veľké kvapky, viditeľná jasná úzka dúha.

Prvýkrát teóriu dúhy uviedol v roku 1637 R. Descartes. Dúhu vysvetlil ako jav spojený s odrazom a lomom svetla v kvapkách dažďa.

Vznik farieb a ich postupnosť boli vysvetlené neskôr, po odhalení komplexnej povahy bieleho svetla a jeho disperzie v médiu. Difrakčnú teóriu dúhy vyvinuli Airy a Pertner.

Zvážte najjednoduchší prípad: nechajte lúč paralelných slnečných lúčov dopadať na kvapku v tvare gule (obr. 29). Lúč dopadajúci na povrch kvapky v bode A sa v nej láme podľa zákona lomu: n 1 sin a \u003d n 2 sin β, kde n 1 \u003d 1, n 2 ≈ 1,33 - indexy lomu vzduchu a voda, a - uhol dopadu, β je uhol lomu svetla.

Vo vnútri kvapky sa lúč pohybuje po priamke AB. V bode B sa lúč čiastočne láme a čiastočne odráža. Všimnite si, že čím menší je uhol dopadu v bode B, a teda v bode A, tým nižšia je intenzita odrazeného lúča a tým väčšia je intenzita lomeného lúča.

Lúč AB po odraze v bode B prechádza pod uhlom β 1 "= β 1 naráža na bod C, kde dochádza aj k čiastočnému odrazu a čiastočnému lomu svetla. Lomený lúč opúšťa kvapku pod uhlom y2 a odrazený lúč môže ísť ďalej do bodu D a pod.Takže lúč svetla v kvapke podlieha viacnásobnému odrazu a lomu.Pri každom odraze určitá časť svetelných lúčov zhasne a ich intenzita vo vnútri kvapky klesá.Najintenzívnejšie z lúčov vychádzajúci do vzduchu je lúč, ktorý vyšiel z kvapky v bode B. Je však ťažké ho pozorovať, keďže sa stráca na pozadí jasného priameho slnečného svetla... Lúče lámané v bode C spolu vytvárajú tzv. primárna dúha na pozadí tmavého mraku a lúče sa lámali v bode D

dať sekundárnu dúhu, ktorá, ako vyplýva z toho, čo bolo povedané, je menej intenzívna ako primárna.

Pre prípad K=1 dostaneme Θ = 2 (59°37" - 40°26") + 1 = 137° 30".

Preto je uhol pohľadu dúhy prvého rádu:

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

Pre lúč DE" dávajúci dúhu druhého rádu, t.j. v prípade K = 2, máme:

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

Pozorovací uhol dúhy druhého rádu φ 2 = 180° - 234°38" = - 56°38".

Z toho vyplýva (je to vidieť aj z obrázku), že v posudzovanom prípade nie je zo zeme viditeľná dúha druhého rádu. Aby bolo viditeľné, musí svetlo vstúpiť do kvapky zospodu (obr. 30, b).

Pri úvahách o vzniku dúhy treba brať do úvahy ešte jeden jav - nerovnaký lom svetelných vĺn rôznej dĺžky, teda svetelných lúčov rôznych farieb. Tento jav sa nazýva disperzia. V dôsledku disperzie sú uhly lomu ϒ a uhly vychýlenia lúčov Θ v kvapke rozdielne pre lúče rôznych farieb. Priebeh troch lúčov - červeného, ​​zeleného a fialového - je schematicky znázornený na obrázku 30, a pre oblúk prvého rádu a na obrázku 30, b pre oblúk druhého rádu.

Z obrázkov je zrejmé, že poradie farieb v týchto oblúkoch je opačné.

Najčastejšie vidíme jednu dúhu. Nie sú nezvyčajné prípady, keď sa na oblohe objavia súčasne dva dúhové pruhy umiestnené nad sebou; pozorujú však pomerne zriedkavo a ešte väčší počet dúhových nebeských oblúkov - tri, štyri a dokonca päť súčasne. Tento zaujímavý úkaz spozorovali Leningraderi 24. septembra 1948, keď sa medzi mrakmi nad Nevou popoludní objavili štyri dúhy. Ukazuje sa, že dúha sa môže vyskytnúť nielen z priameho slnečného žiarenia; často sa objavuje v odrazených lúčoch slnka. To možno vidieť na pobreží morských zátok, veľkých riek a jazier. Tri alebo štyri takéto dúhy - obyčajné a odrazené - niekedy vytvárajú krásny obraz. Keďže lúče Slnka odrazené od vodnej hladiny idú zdola nahor, dúha vytvorená v týchto lúčoch môže niekedy vyzerať úplne nezvyčajne.

Nemali by ste si myslieť, že dúhu možno pozorovať iba počas dňa. Stáva sa to v noci, vždy však slabé. Takúto dúhu môžete vidieť po nočnom daždi, keď spoza mrakov vykukne mesiac.

Určité zdanie dúhy možno získať v nasledujúcom experimente. Vezmite fľašu s vodou, osvetlite ju slnečným svetlom alebo lampou cez dieru v bielej tabuli. Potom bude na doske jasne viditeľná dúha (obr. 31, a) a uhol divergencie lúčov v porovnaní s počiatočným smerom bude asi 41-42 ° (obr. 31.6). V prirodzených podmienkach nie je žiadna obrazovka, obraz sa objaví na sietnici oka a oko premieta tento obraz na oblaky.

Ak sa dúha objaví večer pred západom slnka, potom je pozorovaná červená dúha. Posledných päť či desať minút pred západom slnka všetky farby dúhy okrem červenej zmiznú, stáva sa veľmi jasnou a viditeľnou aj desať minút po západe slnka.

Krásny pohľad je dúha na rose.

Dá sa pozorovať pri východe slnka na tráve pokrytej rosou. Táto dúha má tvar hyperboly.

svätožiary

Pri pohľade na dúhu na lúke si mimovoľne všimnete úžasnú nezafarbenú svätožiaru svetla - svätožiaru obklopujúcu tieň vašej hlavy. Nejde o optický klam ani o jav kontrastu. Keď tieň padne na cestu, svätožiara zmizne. Aké je vysvetlenie tohto zaujímavého javu? Kvapky rosy tu určite zohrávajú dôležitú úlohu, pretože keď zmizne rosa, zmizne aj jav.

Ak chcete zistiť príčinu tohto javu, vykonajte nasledujúci experiment. Vezmite guľovú banku naplnenú vodou a vystavte ju slnečnému žiareniu. Nech predstavuje kvapku. Za banku blízko nej položte list papiera, ktorý bude pôsobiť ako tráva. Pozerajte sa na banku pod malým uhlom vzhľadom na smer dopadajúcich lúčov. Uvidíte ho jasne osvetlený lúčmi odrážajúcimi sa od papiera. Tieto lúče smerujú takmer presne k lúčom Slnka dopadajúcim na banku. Dajte oči trochu nabok a jasné osvetlenie banky už nebude viditeľné.

Tu nemáme do činenia s rozptýleným, ale s nasmerovaným lúčom svetla vychádzajúcim z jasného bodu na papieri. Žiarovka funguje ako šošovka, ktorá smeruje svetlo k nám.

Lúč paralelných slnečných lúčov po ohybe v žiarovke dáva na papieri viac-menej zaostrený obraz Slnka vo forme svetlej škvrny. Na druhej strane, pomerne veľa svetla vyžarovaného škvrnou je zachytené žiarovkou a po lomu v nej smeruje späť k Slnku, vrátane našich očí, keďže stojíme chrbtom k Slnku. Optické nedostatky našej šošovky - banky poskytujú určitý rozptýlený svetelný tok, ale hlavný prúd svetla vychádzajúci z jasného bodu na papieri smeruje k Slnku. Prečo však svetlo odrazené od stebiel trávy nie je zelené?

V skutočnosti má mierne zelenkastý odtieň, ale je väčšinou biely, podobne ako svetlo odrážané smerovo od hladkých maľovaných povrchov, ako sú odrazy od zelenej alebo žltej tabule alebo farebného skla.

Kvapky rosy však nie sú vždy guľovité. Môžu byť skreslené. Potom niektoré z nich nasmerujú svetlo do strany, ale to prechádza očami. Iné kvapky, ako je napríklad znázornené na obrázku 33, majú taký tvar, že svetlo dopadajúce na ne po jednom alebo dvoch odrazoch smeruje späť k Slnku a vstupuje do očí pozorovateľa stojaceho chrbtom k nemu.

Na záver treba poznamenať ešte jedno dômyselné vysvetlenie tohto javu: Smerovo odrážajú svetlo len tie listy trávy, na ktoré dopadá priame svetlo Slnka, teda tie, ktoré nie sú zakryté inými listami zo strany Slnka. Ak vezmeme do úvahy, že listy väčšiny rastlín vždy otáčajú svoju rovinu smerom k Slnku, potom je zrejmé, že takýchto reflexných listov bude pomerne veľa (obr. 33, e). Preto možno svätožiary pozorovať aj v neprítomnosti rosy, na povrchu hladko pokosenej lúky alebo stlačeného poľa.