Почему радуга круглая кратко

Обновлено: 02.07.2024

Радуга - это оптическое явление - результат преломения лучей света в капельках воды во время дождя. Но почему мы видим радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы?

Форма радуги определяется формой капелек воды, в которых преломляется солнечный свет. А капельки воды - более или менее сферические (круглые). Проходя через каплю и преломляясь в ней, пучок белых солнечных лучей преобразуется в серию цветных воронок, вставленных одна в другую, обращенных к наблюдателю. Наружная воронка красная, в нее вставлена оранжевая, желтая, далее идет зеленая и т. д., кончая внутренней фиолетовой. Таким образом, каждая отдельная капля образует целую радугу.

Конечно, радуга от одной капли слабая, и в природе ее невозможно увидеть отдельно, так как капель в завесе дождя много. Радуга, которую мы видим на небосводе, образована мириадами капель. Каждая капля создает серию вложенных одна в другую цветных воронок (или конусов). Но от отдельной капли в радугу попадает только один цветной луч. Глаз наблюдателя является общей точкой, в которой пересекаются цветные лучи от множества капель. Например, все красные лучи, вышедшие из различных капель, но под одним и тем же углом и попавшие в глаз наблюдателю, образуют красную дугу радуги. Также образуют дуги все оранжевые и другие цветные лучи. Поэтому радуга круглая.

Два человека, стоящие рядом, видят каждый свою радугу! Потому что в каждый момент радуга образована преломлением солнечных лучей в новых и новых каплях. Капли дождя падают. Место упавшей капли занимает другая и успевает послать свои цветные лучи в радугу, за ней следующая и так далее.

Вид радуги — ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнительных дуг - очень сильно зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли дождя, тем уже и ярче получается радуга. Характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Многочисленные дополнительные дуги также имеют яркие тона и непосредственно, без промежутков, примыкают к основным радугам. Чем капли мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой с оранжевым или желтым краем. Дополнительные дуги дальше отстоят и друг от друга и от основных радуг. Таким образом, по виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу.

Вид радуги зависит и от формы капель. При падении в воздухе крупные капли сплющиваются, теряют свою сферичность. Чем сильнее сплющивание капель, тем меньше радиус образуемой ими радуги.

Мы привыкли наблюдать радугу как дугу. На самом деле эта дуга является лишь частью разноцветной окружности. Целиком же это природное явление можно наблюдать лишь на большой высоте, например, с борта самолета.

Есть такая группа оптических явлений, которая назвается гало. Они вызваны преломлением световых лучей крошечными кристалликами льда в перистых облаках и туманах. Чаще всего гало образуются вокруг Солнца или Луны. Вот пример такого явления - сферическая радуга вокруг Солнца:

На самом деле привычная для глаза человека дуга является лишь частью разноцветной окружности. Целиком же это природное явление можно лицезреть лишь с борта самолета, да и то лишь при достаточной степени наблюдательности.

Первые исследования формы радуги еще в XVII веке проводил французский философ и математик Рене Декарт. Для этого ученый использовал стеклянный шар, заполненный водой, что давало возможность представить, как отражается солнечный луч в капле дождя, преломляясь и тем самым становясь видимым. Почему же наш глаз видит радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы? Здесь вступает в силу закон оптического преломления, при котором луч, проходя через каплю дождя, находящуюся в определенном положении в пространстве, претерпевает 42-кратное преломление и становится видимым человеческому глазу именно в форме окружности. Вот как раз часть этой окружности вы привыкли наблюдать. Окрашенность радужного кольца обуславливается преломлением солнечных лучей в сферических каплях дождя, отражением их от поверхности капель, а также дифракцией (от лат. diffractus – разломанный) и интерференцией (от лат. inter – взаимно и ferio – ударяю) отраженных лучей разной длины волн. Таким образом, цветовой спе
ктр радуги укладывается в известную любому ребенку формулу: “Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан” (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый).

Радуга образуется из-за преломления солнечных (или иных) лучей света в круглых каплях воды, имеющихся в воздухе во время и после дождя или от иных источников капель (например, от поливочного шланга) . Принципиальное значение имеет то, что капли круглые (сферические) . Нетрудно показать, что все лучи, параллельно приходящие от солнца и падающие на сферическую каплю, испытывают преломление на её поверхности и полное внутреннее отражение (то есть отражение от внутренней поверхности капли) , и по законам геометрической оптики получают отклонение в пространстве на один и тот же определённый угол. Таким образом, каждая из капель, освещаемых одним и тем же источником света, преломляет все падающие на неё лучи и отражает их обратно, подобно катафоту, таким образом, что они расходятся от капли в пространстве вдоль поверхности конуса с определённым углом раскрыва. При наблюдении массива из многих капель, свободно рас- пределённых в воздухе, мы сможем увидеть отражённые лучи света от тех из них, которые сами расположены под тем же углом относительно нас и источника света (солнца) . Очевидно, что такие капли, светящие в нашу сторону, сами также будут располагаться в пространстве на поверхности конуса с тем же углом раскрыва, что и отражённый свет от каждой капли. Для наблюдателя (то есть для нас) конус светящихся капель будет виден как круг, проецирующийся на более тёмное небо или другой фон.

Если капли будут не вполне круглые (например, вытянутые при крупном дожде) или будут сильно неоднородны по своим разме- рам, то радуга будет получаться бледной и неоднородной по цветам, т. е. не такой красивой, как иногда бывает.

Если организовать капли не из воды, а из какой-либо другой жидко- сти, то изменится угол преломления света, соответственно, изменится угловой размер видимой радуги.

Радуга образуется из-за преломления солнечных (или иных) лучей света
в круглых каплях воды, имеющихся в воздухе во время и после дождя
или от иных источников капель (например, от поливочного шланга) .
Принципиальное значение имеет то, что капли круглые (сферические) .
Нетрудно показать, что все лучи, параллельно приходящие от солнца
и падающие на сферическую каплю, испытывают преломление на её
поверхности и полное внутреннее отражение (то есть отражение от
внутренней поверхности капли) , и по законам геометрической оптики
получают отклонение в пространстве на один и тот же определённый
угол. Таким образом, каждая из капель, освещаемых одним и тем же
источником света, преломляет все падающие на неё лучи и отражает
их обратно, подобно катафоту, таким образом, что они расходятся от
капли в пространстве вдоль поверхности конуса с определённым углом
раскрыва. При наблюдении массива из многих капель, свободно рас-
пределённых в воздухе, мы сможем увидеть отражённые лучи света от
тех из них, которые сами расположены под тем же углом относительно
нас и источника света (солнца) . Очевидно, что такие капли, светящие
в нашу сторону, сами также будут располагаться в пространстве на

поверхности конуса с тем же углом раскрыва, что и отражённый свет
от каждой капли. Для наблюдателя (то есть для нас) конус светящихся
капель будет виден как круг, проецирующийся на более тёмное небо или
другой фон.

Всё в природе Округлое, если Вы заметили. Прямые углы только человек делает! Ты тоже округлый)
[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]

Она появляется, когда солнце находится низко над горизонтом и его лучи улавливают тонкий пар формирующийся из кристаллов льда, которые находятся в атмосфере над поверхностью Земли.
Лучи преломляются в кристаллах, и получается ореол вокруг солнца.

а самом деле привычная для глаза человека дуга является лишь частью разноцветной окружности. Целиком же это природное явление можно лицезреть лишь с борта самолета, да и то лишь при достаточной степени наблюдательности.

Почему же наш глаз видит радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы? Здесь вступает в силу закон оптического преломления, при котором луч, проходя через каплю дождя, находящуюся в определенном положении в пространстве, претерпевает 42-кратное преломление и становится видимым человеческому глазу именно в форме окружности.

Форма именно дуги (или если полностью – окружности) у радуги обусловлена отражением солнечного света от сферических капель воды.

Почему радуга не сплошной радужный круг, к примеру?

Радуга – это частный случай каустики, сложной картины, создаваемой сходящимися световыми лучами в результате их многократных отражений (и преломлений) от кривых поверхностей. Можно сказать, что каустики (от греч. καύστικος, жгучий) – это кривые концентрированного света.

Каустика в виде кардиоиды при отражении от окружности и каустики на мелководье.

В случае радуги такой кривой отражающей поверхностью являются сферические капли воды.

Отраженные и преломленные солнечные лучи выходят из капель дождя во многих направлениях. Но интенсивность именно дуги возникает из-за того, что отраженные внутрь лучи пересекаются и группируются, образуя каустический слой, где обычно интенсивность наибольшая.

Теоретическое объяснение радуги впервые дал Р. Декарт. Лучи солнца претерпевают в каплях два преломления и одно отражение и возвращаются обратно к наблюдателю под определённым углом. Проследим путь пучка монохромных параллельных лучей, падающих на сферическую каплю воды, 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 жирными линиями) выходит из капли компактной группой, образуя угол около 42° с направлением падающих солнечных лучей, а все остальные (обозначенные пунктирными линиями) расходятся широким веером и рассеиваются.

Теперь, чтобы получить пространственное распределение лучей, вращаем рисунок вокруг прямой, идущей от капельки к солнцу, и результат оказывается таким, как если бы капелька излучала яркий конус света с осью, указывающей на солнце. Внутренность конуса целиком заполнена выходящими из капли лучами, но повышенная концентрация лучей (каустика) наблюдается лишь на поверхности конуса.

Конус (с углом раствора ~84°) отражения каплей падающего на нее справа пучка параллельных лучей.

С изменением длины волны меняется угол при вершине конуса, поскольку показатель преломления для лучей разного цвета разный. Угол отклонения для красного цвета – максимальный (~ 42°), для фиолетового – минимальный (~ 40,6°). Лучи остальных цветов лежат в промежутке между 40,6° и 42°. Так что можно представлять себе капельку, излучающей свет соосными окрашенными конусами, наибольшая световая и цветовая яркость у которых за счет каустики будет на поверхности конусов.

Разные цвета радуги мы получаем от разных капель. Красную полосу – от тех, что висят выше, а синюю – от капель, висящих ниже.

Наблюдатель на земле видит лучи данного цвета лишь в определенных направлениях, отвечающих углу при вершине соответствующего конуса, и в результате он наблюдает хорошо известную многоцветную круговую дугу радуги.

Атмосфера и погода

Красочная радуга всегда привлекает внимание и вызывает восторг. Ее дугообразная форма породила массу сравнений. У древних греков радуга считалась мостом, соединяющим мир Богов и людей. Африканские народы отождествляли ее с гигантской змеей. А ирландцы верили, что можно найти золото в том месте, где разноцветное коромысло коснулось земли.

Не каждый знает, что радуга представляет окружность. Ее центр лежит на прямой, которая проходит от Солнца через наблюдателя. Увидеть оптическое явление полностью человеку, стоящему на земле, мешает горизонт. Чем выше наблюдатель будет находиться, тем большая часть окружности будет видна. Поэтому с самолета можно увидеть игру света в полном формате.

Радуга из окна самолета

Форма радуги

Исследованием оптического явления занимались многие ученые. Еще в 17 столетии известный математик и философ Р. Декарт проводил опыты. Для этого он заполнял шар из стекла водой и наблюдал за отражением солнечного луча, проходящего через воду. Так было дано объяснение возникающей игре света.

Разноцветное коромысло появляется на небе в результате преломления света, проходящего сквозь капли воды. Обычный белый цвет состоит из целого спектра (7 цветов) с различной длиной волны. Каждая волна по-разному отклоняется в сторону. Этим объясняется разнообразие оттенков. Луч, ударившись об оболочку дождевой капельки, изгибается и рассыпается по небосводу яркой дугой.

Почему же все-таки дуга? Такая форма объясняется законом оптического преломления. Световой пучок, пытаясь пробиться сквозь воду, которая имеет большую плотность, чем воздух, претерпевает 42-х кратное отклонение от первоначальной оси. Человеческий глаз его может видеть только в форме окружности. К тому же сами капли сферические. Они представляют маленькие шарики. Свет, проходя через них, просто отражает их поверхность. То есть белый луч превращается в разноцветные воронки, каждая из которых вставляется в другую.

Почему радуга имеет форму дуги?

От чего зависят параметры радуги?

Все дело в каплях. От их размера зависят многие параметры оптического явления: ширина, яркость дуг. После сильного ливня с крупными дождинками появляется яркая, но узкая радуга. Она имеет интенсивно выраженное начало – насыщенный красный цвет. Воронки остальных оттенков плотно примыкают друг к другу, не оставляют промежутков.

Дождь с мелкими капельками может спровоцировать появление тусклой радуги. Наиболее заметными становятся желтый и оранжевый оттенки. Полосы располагаются на расстоянии друг от друга. Такое коромысло не очень яркое, но широкое.

Радиус разноцветного явления тоже зависит от капелек. Во время падения они утрачивают сферичность. Чем сильнее сплющивание, тем меньше расстояние между боковыми поверхностями.

В народных поверьях радуга трактуется как символ мира. В противовес молнии, которую олицетворяют с Божьей немилостью. Важную роль играют и ее оттенки. Яркий красный означает гнев высших сил, желтый обещает щедрый урожай, зеленый связывают с надеждами, синий дарит умиротворение, а фиолетовый символизирует величие.

Разновидности оптического феномена

Обычная радуга – не единственное явление, которым могут любоваться люди. Есть еще не менее красивые феномены.

Огненная радуга

Она округло-горизонтальная. Возникает на фоне легких перистых облаков, расположенных высоко. Перед ней не идет дождь. Часто таким цветным мерцанием могут любоваться жители некоторых американских штатах. В России его можно увидеть на юге.

Туманная радуга

Это белая дуга. Она возникает при освещении солнцем тумана. Его капельки очень мелкие, всего 25 мкм. При этом внутренняя сторона может иметь фиолетовый оттенок. Внешняя – оранжевый. Другое название такого чуда – лунная радуга.

Отраженная радуга

Солнечный свет отражается от поверхности воды и только потом попадает на дождевые капли. Но это явление редкое, так как для него требуется соблюдение слишком многих условий.

Все разновидности, кроме огненной, имеют, как и обычный вид, форму дуги. Именно в виде окружности человеческой глаз воспринимает преломленный световой луч. Но увидеть радугу полностью с земли не может из-за линии горизонта. Хотите полюбоваться игрой света во всей красе, чаще летайте на самолетах и проявляйте наблюдательность.

Почему радуга имеет форму дуги – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также: