Чем объясняется радуга? Дисперсией или дифракционной решеткой? Почему?
Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды дождя или тумана, парящих в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового) , поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении — красный на 137°30’, фиолетовый на 139°20’ и т. д.) , в результате чего белый свет разлагается в спектр. Данное явление вызвано дисперсией. Наблюдателю кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение (при этом источник яркого света всегда должен находиться за спиной наблюдателя).
Скажу короче.. .
Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции).
Радуга — оптическое явление в атмосфере в виде одной или нескольких разноцветных дуг, видимых на небосводе на фоне освещаемой солнцем завесы дождя, находящейся в противоположной стороне от солнца. Возникновение радуги объясняется преломлением, отражением и дифракцией света в каплях дождя
Дисперсией.
Показатель преломления воды зависит от длины волны света, поэтому красные и синие лучи отклоняются каплями воды на разный угол.
Разумеется, дифракционная решётка тут ни при чём.
Достаточно большая оптическая дисперсия воды, она же дисперсия показателя преломления, она же дисперсия света. Она же — зависимость значения показателя преломления от частоты проходящего излучения.
Второй необходимый фактор — достаточно большое значение среднего показателя преломления воды относительно пп воздуха.
Источник
Радуга — это явление дифракции или интерференции?
Радуга представляет собой каустику, возникающую при преломлении и отражения (внутри капли) плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке (для монохромного пучка) , отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем (и этот максимум весьма «острый» , то есть большинство преломленного с отражением в капле света выходит практически точно под одним и тем же углом) . Дело в том, что угол, под которым уходит из капли отраженный и преломленный в ней луч, немонотонно зависит от расстояния от падающего (первоначального) луча до оси, параллельной ему и проходящей через центр капли (эта зависимость довольно проста, и ее нетрудно явно вычислить) , и зависимость эта имеет гладкий экстремум. Поэтому «количество лучей» , выходящих из капли с углами, близкими к экстремальному значению угла, — «гораздо больше» , чем остальных. При этом угле (который немного различается для разных показателей преломления, отвечающих разному цвету лучей) — и возникает отражение-преломление максимальной яркости, составляющее (от разных капель) радугу («яркие» лучи от разных капель образует конус с вершиной в зрачке наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и Солнце) .
Для одного отражения внутри капли такой угол имеет одно значение, для двух — другое, итд. Этому соответствует первичная, вторичная итд радуга. Первичная — самая яркая, она уносит из капли большинство света. Радугу большого порядка обычно не удается увидеть, так как она очень слаба.
Показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового) , поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении.
Схема образования радуги
1) сферическая капля, 2) внутреннее отражение, 3) первичная радуга, 4) преломление, 5) вторичная радуга, 6) входящий луч света, 7) ход лучей при формировании первичной радуги, 8) ход лучей при формировании вторичной радуги, 9) наблюдатель, 10-12) область формирования радуги.
Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40—42°.
Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50—53°. Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более тёмный оттенок. Также возможно наблюдение радуги и более высоких порядков, но преимущественно уже в лабораторных условиях. 
Это разложение солнечного света на составляющие его спектра вследствие его преломления в водяных брызгах.
Источник
Радуга
Наблюдая радугу, невольно можно задуматься о природе этого удивительного по красоте природного явления.
Что такое радуга
Радуга – атмосферное природное явление, которое можно наблюдать на небе. Вызывается сложным процессом преломления источника света водой. В качестве воды могут выступать дождевые капли, туманные росинки. Внешне выглядит как большая дужка или окружность, состоящая из нескольких цветов. Возникает в любое время года.
Радуга – это не физический объект. К явлению нельзя приблизиться или обойти со стороны. С точки зрения физики она не расположена в конкретной точке неба. Это исключительно оптическое явление. Человек не сможет увидеть явление, если не будет находиться под углом в 42 градуса от противоположного направления к источнику света.
Для человеческого глаза радуга выглядит как явление с четко видимыми разноцветными полосами. Явление на черно-белой фотографии будет выглядеть как плавный градиент, переходящий из темного цвета в светлый. Ученые дают следующее объяснение: настоящая радуга должна состоять из непрерывного спектра цветов, а несовершенное человеческое зрение не может уловить все возможные оттенки.
Существует простой способ запомнить порядок цветов радуги. Достаточно запомнить предложение «каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Первая буква слов в предложении является таковой и у названия радужного цвета. Например, «охотник – о – оранжевый».
История исследования
Исследование явления началось за несколько столетий до нашей эры. Древнегреческий ученый Аристотель пристально изучал феномен. Описание атмосферного чуда в его работах отличается последовательностью. Элементы его исследований использовались другими учеными на протяжении нескольких веков.
Древнеримский философ Сенека Младший в своих книгах собрал несколько теорий возникновения радуги. Философ заметил, что она появляется напротив Солнца и в разбрызгиваемой воде. Также он упоминает радужные цвета, возникающие при прохождении света через стеклянные стержни. В итоге Сенека пришел к нескольким версиям возникновения причудливого атмосферного явления в природе. Согласно первой версии, явление создается комбинацией солнечного света и капель жидкости. Согласно второй, свет отражается облаками, имеющими форму вогнутого зеркала.
Свое развитие теории Сенека получили в трудах арабского физика Ибн аль-Хатама. Ученый предположил, что лучи, исходящие от далекого источника света, отражаются в точке на оси вогнутого зеркала. Человеческий глаз выступает точкой оси зеркала.
Точное физическое описание явление появилось в трудах средневековых европейских ученых. Например, книги Марка Антония де Доминиса и Рене Декарта. Исаак Ньютон обосновал теории происхождение цветов явления. Дополнительно ученый выделил 7 составных цветов спектра, описав дисперсию света.
Как появляется радуга
Образование радуги происходит из-за преломления и отражения луча света каплями жидкости. Каждая капля деформирует луч по-своему, отражая различные цвета. Преломление сопровождается отклонением определенного цвета на разный угол. Меньше всего угол у красного света.
Проходящий через каплю белый свет разделяет его на составляющие спектра. Именно поэтому человеческий глаз видит разноцветную дугу. Форма радуги обусловлена особенностями светопреломления.
В большинстве случаев возникает первичная радуга. Образовывается в результате одного отражения лучей. Реже возникает вторичная. Внешне отличается менее интенсивной цветностью. Возникает после двойного отражения лучей. Третичная в природе возникает крайне редко. Всего зафиксировано 5 случаев наблюдения такого типа. В лабораторных условиях можно легко создать третичную версию. Ученые также могут создавать вариации более высокого порядка, вплоть до 200.
Виды
Один из самых часто встречаемых видов – двойная радуга. Появляется как результат одновременного нахождения первичного и вторичного типа в небе. Теоретически каждый вид явления двойной, однако цветовая насыщенность второй может бывать низкой и едва заметной. Возникает из-за двойного отражения внутри капель воды. Тройная радуга аналогична двойной по механизму образования. Единственное различие – дополнительная дуга.
Необычные виды радуги включают в себя лунную. Она возникает в лунные ночи. Выглядит как белая дуга. Из-за недостатка света зрение человека не видит ее настолько разноцветной, как дневную. Чем ярче свет отражаемый Луной, тем лучше глаз сможет увидеть оттенки.
Туманная радуга возникает во время слабого тумана. Свет преломляется, затем рассеивается в мелких каплях воды. Интенсивность цветов низкая – внешне явление схоже с лунным видом.
Огненная радуга – редкий оптический эффект. Выглядит как горизонтально расположенный спектр цветов среди облаков. Возникает при условии горизонтального нахождения кристаллов льда в облаке. Обычно наблюдается в горной местности.
Красная радуга возникает на рассвете после дождя. Выглядит как одиночная красная дуга. Также называется монохромной.
Нередко среди видов выделяется круговая радуга. На самом деле каждый вид явления имеет форму круга, но не под каждым углом можно увидеть ее полностью. Цельный круг хорошо виден с высокого здания или самолета.
Похожие явления
Существуют схожие явления, которые нередко путают с самой радугой.
Гало – часто встречаемый атмосферный оптический эффект. Выглядит как круглый ободок вокруг Солнца или другого источника света. Может получаться из-за нахождения ледяных кристаллов в перистых облаках на большой высоте. Вариативность подвидов высокая: кольцевая, перевернутая, антелические дуги, солнечный столб.
Один из типов гало называется паргелием. Появляется во время преломления солнечного света анизотропными кристаллами льда. Наблюдатель воспринимает его как радужное пятно недалеко от Солнца. Схожее явление возникает в лунные ночи и называется парселеной. Парселена отличается другим окрасом – верхняя часть красная, нижняя – синяя.
Зенитная дуга похожа на перевернутую радужную дугу. Также является одним из типов гало. Возникает при отражении света от перистых облаков.
Источник