Природное явление радуга объясняется явлением интерференции

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

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

Немного физики, или что собой представляет радуга на небе после дождя

Радуга после дождя — одно из красивейших природных явлений, которое завораживает взгляд детей и взрослых. Она состоит из нескольких полос разного цвета.

Человеческий глаз различает семь основных радужных цветов, но на самом деле спектр является непрерывным, и между основными цветами имеются плавные переходы с множеством промежуточных оттенков.

Почему появляется?

Радужное природное явление появляется, когда воздух насыщен влагой. Чаще всего разноцветную дугу можно увидеть после дождя.

Но только при условии, что разойдутся тучи, и выглянет яркое солнце. В это время атмосфера перенасыщена водяными каплями, в которых преломляются и отражаются лучи.

Обычно возникает первичная радуга, когда свет претерпевает только одно отражение внутри капель, содержащихся в атмосфере. Намного реже наблюдается вторичная цветная дуга. Она появляется вокруг основной, имеет менее насыщенные цвета, образуется в результате двойного отражения света в каплях воды.

Вторичная радуга имеет значительное отличие от первичной. В ней расположение цветов обратное. Это можно заметить невооруженным глазом. Во вторичной цветной дуге снаружи располагается фиолетовый цвет, а внутри красный.

Радуги третьего порядка в природе встречаются очень редко. Но благодаря использованию специальных методов фотосъемки на фотографиях можно увидеть явление не только четвертого или пятого, но даже седьмого порядка.

С поверхности земли радуга кажется разноцветным полукругом, но на самом деле — это окружность. Если наблюдать за этим природным явлением с вершины горы или с другой возвышенности, оно предстает в новом, полном размере.

Что такое радуга, объясняет видео:

Бывает ли во время осадков?

Обычно считается, что небесную разноцветную дугу можно наблюдать только после окончания дождика. Но возникает она и в то время, когда идет мелкий дождик, который в народе называется грибным, а также во время тумана.

Главными условиями для появления радуги являются:

Чаще всего разноцветную небесную дугу можно видеть, когда солнце располагается у самого горизонта. Обычно — это закат или восход. Чтобы увидеть красивейшее природное явление необходимо, чтобы солнце оказалось за спиной, а дождик направлял свои струи в лицо.

Во время проливных дождей радугу увидеть можно, но очень редко. Проблема в тучах, закрывающих небо, через которые не проникают солнечные лучи. А во время кратковременных дождей, когда тучки идут по отдельности и сквозь них выглядывает солнышко, дуга появляется часто.

Механизм образования природного явления

Радуга появляется из-за преломления и отражения лучей солнца при прохождении их через мелкие капельки воды, содержащиеся в атмосфере.

Так как после дождя воздух насыщается влагой, в нем содержатся мелкодисперсные капельки воды, в которых отражается и преломляется солнечный свет.

Световые волны отличаются друг от друга длиной. Каждая из них воспринимается глазом человека как определенный цвет. Самые короткие волны имеют фиолетовый цвет, самые длинные — красный. Смешиваясь, все цвета спектра образуют белый цвет. А он, разлагаясь, при отражении в водяных каплях, превращается в разноцветную дугу.

Помимо этого, в ней присутствуют волны, которые не различает человеческий глаз. Это инфракрасные волны, которые длиннее красных и ультрафиолетовые, которые короче фиолетовых.

Так как показатели преломления воды для каждого цвета разные, то и человек видит полосы различные по цветовой гамме, которые появляются в результате разложения белого света на спектр. Слабей всего отклоняется красный цвет, а сильней фиолетовый.

После какого дождика выходит?

К сожалению, не после каждого дождика на небо приходит красочная радуга. Для этого необходимо, чтобы воздух перенасытился влагой. Важно, чтобы почва не была пересушенной. Иначе она впитает всю влагу, и лучам не в чем будет преломляться и отражаться.

Поэтому красочное природное явление можно увидеть после длительных проливных дождей и после кратковременных, но только при наличии солнца.

Это дисперсия?

С научной точки зрения радуга называется дисперсией. Это явление, при котором белый цвет, преломляясь в водяной капле, разлагается на разноцветный спектр.

При попадании солнечного луча на капельку дождя, часть света отражается, другая проникает внутрь, преломляется и отражается на поверхности других капель.

Заключение

Яркое природное явление на небе после дождя возникает из-за отражения и преломления света в капельках воды. Но даже такое научное объяснение не мешает наслаждаться чарующей красотой радуги.

Источник