Почему радуга именно 7 таких цветов и в таком порядке

Содержание

Почему радуга именно 7 таких цветов и в таком порядке?

Вы заметили, что радуга в небе, чаще всего, возникает после сильного дождя. В этом и кроется чудо её появления над нашими головами. Точнее, в солнечном свете. Он преломляется через бесконечное множество капелек дождя, парящих в воздухе. Белый свет, идущий к Земле от Солнца, разлагается на множество других. Он, словно, проходит через прозрачную искривлённую линзу или пирамиду. Примерно так, как на картинке ниже.

Белый солнечный свет разлагается на семь других, видимых человеческому глазу. Если смотреть снизу, как, собственно, мы и делаем, то порядок цветов радуги следующий: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Их последовательность несложно запомнить. Достаточно выучить одну из фраз на картинке.

В мою школьную бытность интернета не было. Этих замечательных фраз мне никто не подсказал. У меня было своя, еще более бестолковая, присказка. Порядок расположение цветов радуги запомнил по фразе:

КОЖЗам Голубовато Синего Френча. Так что, выбирайте. Моя, сдаётся, всё же самая глупая. А глупости всякие запоминаются, сами знаете, лучше всего. Их потом никакими дихлофосами из головы не выведешь.

Радужные тона

Дети дошкольного возраста и школьники при обучении усваивают правильную последовательность цветовой гаммы в лёгкой форме ведения занятия. Это познавательно, информация доставит радость.

Расскажите о радуге детям:

  1. Объясните ребёнку кратко, что такое радуга с позиции науки.
  2. В природе, разноцветные дуги появляются после дождя путём преломления солнечных лучей в мельчайших частичках (капельках) воды. На радугу нравится смотреть всем!
  3. Радугу можно наблюдать в ясный день около водопада, фонтана, возникает из струи водопроводного шланга при поливе, мойке, если водяной поток пустить веером.
  4. Невооруженным глазом сложно увидеть весь световой спектр, поэтому до изобретения оптических приборов фиксирующих изображение на плёнке, цифре, люди считали, что в радуге насчитывается не 7 цветов, а 6 и 5.

В настоящее время известно, что радуга состоит из основных семи цветов, символом является «Семицвет».

Не всё так просто, как кажется на первый взгляд

Как получается радуга?

Радуга – это частный случай каустики, игры света. Каустика – это сложная и порой очень красивая картина, создаваемая сходящимися световыми лучами в результате их (многократных) преломлений и отражений на поверхностях раздела сред с различной оптической плотностью. Простейшими случаями каустики могут служить яркая точка света в фокусе собирающей линзы; тонкий луч прожектора, в фокусе параболического зеркала которого находится точечный источник света; сложная световая фигура (кардиоида) внутри полого, открытого сверху цилиндра (например, чашки) при отражении света от его внутренней поверхности (рис. 1); дрожащие ячейки света на дне неглубокого водоёма (рис. 2); узкие лучи, получающиеся в результате отражений от поверхностей 2-го и более высоких порядков (рис. 3); солнечные и лунные дорожки на водной поверхности и, наконец, радуга на небе.

Рис. 1. Каустика в виде кардиоиды

Рис. 2. Каустика на дне освещённого бассейна

Каустика (от греч. – жгучий, палящий) – огибающая семейства лучей, т.е. геометрическое место точек пересечения бесконечно близких лучей семейства.

Как увидеть радугу?

Чтобы увидеть радугу, надо после дождя встать спиной к солнцу, т.к. центр её дуги находится на продолжении прямой, идущей от солнца к наблюдателю (рис. 4). Угловой размер радуги составляет около 42°, поэтому, когда высота солнца над горизонтом больше 42°, радуга не видна. Когда солнце находится над линией горизонта, большая часть радуги (см. стрелку внизу на рис. 4) и её центр скрыты от наблюдателя, и только на закате мы можем видеть всё полукружье. С вершины горы, под водопадом или из кабины летящего самолёта удаётся увидеть больше половины радуги, а иногда и весь её круг.

Рис. 4. Схема образования радуги

Как образуется радуга?

Первая попытка объяснить радугу как естественное явление природы была сделана в 1611 г. архиепископом Антонио Доминисом. Он объясняет, что радуга появляется в результате отражения света от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления – при входе в каплю и выходе из неё. Теоретическое объяснение радуги впервые дал знаменитый французский философ, математик, физик и физиолог Рене Декарт в 1637 г. Он считал, что причиной радуги являются маленькие капли (диаметром менее 1 мм) только что прошедшего дождя, удерживаемые тёплыми восходящими потоками воздуха. Лучи солнца претерпевают в каплях два преломления и одно отражение и возвращаются обратно к наблюдателю под определённым углом. Проследим путь десяти параллельных лучей одного, скажем, красного, цвета, падающих на сферическую каплю воды (рис. 5), полагая, что показатель преломления на границе вода–воздух n = 1,32 (Декарт построил картину для 10 000 лучей!). Оказывается, что небольшая группа лучей (они выделены сплошными линиями) выходит из капли компактным пучком, образуя угол около 42° с направлением падающих солнечных лучей, а все остальные (обозначенные пунктирными линиями) расходятся широким веером, рассеиваются. В честь первооткрывателя этот компактный пучок называют лучом Декарта. Таким образом, стоя спиной к солнцу, наблюдатель под углом 42° к солнечным лучам увидит многократно усиленный луч красного цвета – красную полосу радуги. Существуют компьютерные программы, которые позволяют рассчитать угол Декарта для каждой длины волны [1]. Каждый может попробовать рассчитать его сам. Итак, только благодаря сферической форме капли параллельный пучок монохроматического света преобразуется в хорошо выраженную окружность.

Рис. 5. Схема образования красного луча Декарта

Почему в радуге нижний цвет – синий, а верхний – красный?

Прохождение солнечных лучей через каплю сопровождается дисперсией – капли «работают» как миниатюрные призмы, разлагая свет на цвета спектра, от красного до фиолетового. На рис. 6 показан ход красного (n = 1,32, верхняя капля) и синего (n = 1,34, нижняя капля) лучей Декарта. Видно, что синий луч Декарта возвращается под углом 40,6°, а это значит, что синяя полоса в радуге будет находиться ниже, чем красная. Следует подчеркнуть, что разные цвета радуги мы получаем от разных капель. Красную полосу – от тех, что висят выше, а синюю – от капель, висящих ниже (так что мы и нарисовали две капли – из верхней в глаз наблюдателя попадёт красный луч, а из нижней – синий). Очевидно, что все промежуточные цвета радуги (оранжевый, жёлтый и зелёный) будут находиться между синей и красной полосами радуги в соответствии с их показателями преломления.

Рис. 6. Схема образования красного (под углом 42°) и синего (под углом 40,6°) лучей Декарта

Почему небо внутри радуги всегда ярче, чем снаружи?

Каждый заметил, что радуга внутри гораздо ярче, чем снаружи. Это легко объяснить, если опять взглянуть на рис. 5 и обратить внимание на то, куда уходит большинство солнечных лучей, падающих на каплю. Видно, что все они рассеиваются по направлению к наблюдателю под углами, меньшими, чем луч Декарта. Это значит, что лучи, не вошедшие в луч Декарта, освещают небо под углами обзора, меньшими 42°, т.е. область внутри радуги.

Почему иногда снаружи обычной радуги мы видим вторую, менее яркую, в которой порядок цветов обратный?

На рис. 7 стрелка указывает на тёмное пространство между двумя радугами – угловое расстояние составляет около 9°. Причина второй радуги, как и первой, заключается в преломлении и отражении света в капельках воды. Однако перед тем, как превратиться во «вторую радугу», лучи солнечного света успевают два раза, а не один, отразиться от внутренней поверхности каждой капельки (рис. 8). Капельки, дающее начало «второй радуге», находятся выше тех, что служат источником «первой». В отличие от основной радуги, где капелька концентрирует пучок лучей (луч Декарта), падающих на её верхнюю поверхность, вторая радуга образуется из-за концентрации лучей, падающих на нижнюю поверхность капельки да ещё после двух преломлений и двух внутренних отражений. Свет, падающий на другие части этих капель, либо просто проходит через них, либо, преломляясь и отражаясь, остаётся для наблюдателя незаметным. Обратите внимание на то, что последовательность цветов во «второй радуге» обратна той, которая видна в «основной». Яркость «второй радуги» меньше первой из-за того, что оба внутренних отражения не являются полными и часть света выходит из капли.

Рис. 7. Схема образования второй, внешней радуги с обращённым порядком расположения цветных дуг

Рис. 8. Схема образования красного (под углом 51°) и синего (под углом 53°) лучей Декарта, после двукратного полного внутреннего отражения

Почему радуга так быстро исчезает?

Если бы капли всё время висели в воздухе, то можно было бы наблюдать радугу в течение всего времени, пока солнце опускается с высоты 42° над линией горизонта до заката и такой же промежуток времени после восхода. Ну а там, где солнце не поднимается выше 42°, радугой можно было бы наслаждаться целый день. Почему же этого не происходит? Да потому, что капли испаряются или, слившись друг с другом, падают на землю. На самом деле радуга исчезает задолго до того, как все капли превратятся в пар. Вспомните, все построения Декарта (и наши) были сделаны в рамках геометрической оптики. Как вы знаете, геометрическая оптика справедлива, когда размеры объектов (в нашем случае – капель) гораздо больше длины волны (около 1 мкм). Поэтому, когда диаметр капель становится меньше 10 мкм, теория Декарта перестаёт работать, радуга становится слабой и бесцветной, а при дальнейшем уменьшении капли и вовсе исчезает.

Можно ли увидеть радугу ночью?

Да, можно, но она будет не такой яркой, как солнечная, т.к. интенсивность света даже от полной Луны гораздо меньше, чем от Солнца, а при малой освещённости работают только чёрно-белые рецепторы нашей сетчатки (палочки), цветовые же рецепторы (колбочки) отдыхают. Вспомните поговорку «В темноте все кошки серы».

Для стоящих рядом людей радуги одинаковые?

Нет, никогда. Радуга, так же как и солнечные, и лунные дорожки, принадлежит к «призракам, идущим за тобой». Вы отходите – радуга перемещается за вами на другой слой капель. Поэтому два стоящих рядом человека, даже левый и правый глаза одного и того же наблюдателя, получают радугу от различных капель. А т.к. диаметр и плотность капель может очень сильно меняться от места к месту, то и впечатления от радуги у стоящих рядом людей могут быть разными.

1. Трифонов Е.Д. Ещё раз о радуге. – Соросовский образовательный журнал, 2000, т. 6, № 7.

2. Гегузин Я.Е. Кто творит радугу? – Квант, 1988, № 6.

Вот почему образуются радуги

Радуга была великолепно символична на протяжении всей истории человечества. В Библии радуга является символом Божьего обещания Ною никогда больше не наводнять Землю. С 1970-х годов радужный флаг широко использовался в качестве символа гей-прайда.

Хотя они относительно редки, почти все видели радугу в тот или иной момент. Но мало кто из нас действительно понимает, почему эти красивые дуги появляются в небе. Конечно, это как-то связано с солнечным светом и каплями воды, но как именно?

Чтобы понять радугу, нам придется вернуться к физике средней школы. Помните, как электромагнитные волны существуют в спектре? Многие части этого спектра совершенно невидимы для человека. Но ближе к середине спектра находится видимый свет, который люди могут воспринимать. Он варьируется от красного (с самой длинной длиной волны) до фиолетового (с самой короткой длиной волны).

Упоминание в Библии

О семицвете есть упоминание и в Библии. Там он появился после всемирного потопа как символ прощения, данного Богом человечеству. Кстати, эта версия имеет научное обоснование. Есть предположение, что потоп, уничтоживший огромное количество живых организмов, действительно случился за много веков до нашей эры. До него небо застилали густые облака, ультрафиолет не воздействовал на людей, и они жили гораздо дольше, чем сейчас.

Но это не могло продолжаться вечно. Огромное количество паров и осадков на земле привело к потопу, из-за которой сместилась земная ось, и появилась смена времён года. Кроме того, облака стали значительно реже, и только в них теперь стало возможным увидеть радугу.

Природа дарит человечеству множество удивительных явлений и феноменов. Одни из них люди могут объяснить, другие до сих пор остаются загадками.

Читать еще:  Хронический 2х сторонний оофорит. Что такое левосторонний оофорит и как его лечить. Отличия оофорита слева от внематочной беременности

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector