Mengapakah pelangi muncul? Saintifik - kerja penyelidikan dalam fizik mengenai topik pelangi - arka.

Seperti di tengah-tengah selubung mendung yang telus

Di atas bawang, bawang adalah perbungaan dan lilitan

Diagungkan oleh utusan Juno,

Dan dibentuk oleh luar dalam.

Pelangi kelihatan jelas - ia biasanya diperhatikan dalam bentuk dua arka berwarna (dua perbungaan, yang ditulis oleh Dante), dan di arka atas warna-warna disusun dalam susunan ini dari atas ke bawah: ungu, biru, cyan , hijau, kuning, oren, merah, dan di arka bawah, sebaliknya, daripada merah kepada ungu. Untuk menghafal urutannya, terdapat frasa mnemonik, huruf pertama setiap perkataan yang sepadan dengan huruf pertama nama warna. Contohnya, ini adalah frasa "Setiap Pemburu Ingin Tahu Di Mana Pheasant Duduk" atau yang lain, tidak kurang terkenal, "How Once Jean the Bell Ringer Hit the Lantern with His Head ". Benar, tradisi membezakan 7 warna dalam pelangi adalah tidak universal. Sebagai contoh, orang Bulgaria mempunyai 6 warna dalam pelangi.

pelangi memberi peluang unik menonton dalam vivo penguraian cahaya putih kepada spektrum.

Pelangi biasanya muncul selepas hujan, apabila Matahari agak rendah. Di suatu tempat di antara Matahari dan pemerhati, hujan masih turun. Cahaya matahari, melalui titisan air, berulang kali dipantulkan dan dibiaskan di dalamnya, seperti dalam prisma kecil, dan sinaran. warna yang berbeza keluar dari titisan pada sudut yang berbeza. Fenomena ini dipanggil penyebaran (iaitu penguraian) cahaya. Akibatnya, arka berwarna terang terbentuk (tetapi ia sebenarnya curam; anda boleh melihatnya secara keseluruhan dari kapal terbang).

Kadang-kadang dua diperhatikan sekaligus, kurang kerap - tiga lengkok pelbagai warna. Pelangi pertama dicipta oleh sinar yang dipantulkan di dalam titisan sekali, yang kedua - oleh sinar yang dipantulkan dua kali, dsb. Pada tahun 1948 di Leningrad (kini St. Petersburg), empat pelangi muncul serentak di antara awan di atas Neva.

Jenis pelangi, kecerahan warna, lebar jalur bergantung pada saiz dan bilangan titisan air di udara. pelangi yang terang berlaku pada musim panas selepas ribut petir, di mana titisan besar jatuh. Sebagai peraturan, pelangi seperti itu menggambarkan cuaca yang baik.

Pada malam terang bulan, anda boleh melihat pelangi dari bulan. Pelangi muncul dalam cahaya bulan purnama apabila sedang hujan. Oleh kerana penglihatan manusia direka supaya dalam cahaya rendah reseptor mata yang paling sensitif - "batang" - tidak melihat warna, pelangi bulan kelihatan keputihan; semakin terang cahaya, semakin "berwarna" pelangi (reseptor warna - "kon" termasuk dalam persepsinya).

pelangi berapi

Dia bertuah kerana melihat seorang penduduk Sweden, Marian Erikson. Pelangi terbentang di langit malam dan berdiri di bulan penuh dalam masa seminit.

Tanda dan legenda.

Pada suatu ketika, seseorang mula tertanya-tanya mengapa pelangi muncul di langit. Pada masa itu, mereka tidak mendengar tentang optik. Oleh itu, orang mencipta mitos dan legenda, dan terdapat juga banyak tanda. Berikut adalah sebahagian daripada mereka:

• Dalam mitologi Scandinavia, pelangi ialah Jambatan Bifrost, yang menghubungkan Midgard (dunia manusia) dan Asgard (dunia para dewa).
• Dalam mitologi India kuno - busur Indra, dewa guruh dan kilat.
• DALAM mitologi Yunani kuno- jalan Irida, utusan antara dunia tuhan dan manusia.
• Menurut kepercayaan Slavic, pelangi, seperti ular, meminum air dari tasik, sungai dan laut, yang kemudiannya hujan.
• Seekor leprechaun Ireland menyembunyikan periuk emas di mana pelangi menyentuh tanah.
• Mengikut kepercayaan Chuvash, jika anda melalui pelangi, anda boleh menukar jantina.
• Dalam Bible, pelangi muncul selepas Air Bah sebagai simbol pengampunan manusia.
• Orang yang percaya karut percaya bahawa pelangi adalah petanda buruk. Mereka percaya bahawa roh orang mati akan masuk ke dunia lain di sepanjang pelangi, dan jika pelangi muncul, ini bermakna kematian seseorang yang akan berlaku.

Sejarah penjelasan pelangi.

Sudah Aristotle, ahli falsafah Yunani kuno, cuba menerangkan sebab pelangi. Dan ahli astronomi Parsi Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311), dan mungkin muridnya Kamal al-din al-Farisi (1260-1320), nampaknya adalah orang pertama yang memberikan penjelasan yang cukup tepat tentang fenomena itu.

Gambaran fizikal umum pelangi telah pun diterangkan dengan jelas oleh Mark Antony de Dominis (1611).

M.A. de Dominis

Berdasarkan pemerhatian eksperimen, dia membuat kesimpulan bahawa pelangi diperoleh hasil pantulan daripada permukaan dalam titisan hujan dan pembiasan berganda - di pintu masuk ke titisan dan di pintu keluar daripadanya. René Descartes memberikan penjelasan yang lebih lengkap tentang pelangi dalam Meteoranya dalam bab On the Rainbow (1635).

Rene Descartes

Descartes menulis:

"Pertama, apabila saya mengambil kira bahawa pelangi boleh muncul bukan sahaja di langit, tetapi juga di udara berhampiran kita, setiap kali terdapat titisan air di dalamnya, diterangi oleh matahari, seperti yang kadang-kadang dilihat di mata air, ia adalah mudah bagi saya disimpulkan bahawa ia bergantung pada bagaimana sinaran cahaya bertindak pada titisan ini, dan dari mereka sampai ke mata kita; selanjutnya, mengetahui bahawa titisan ini adalah sfera, dan melihat bahawa kedua-duanya dengan titisan besar dan kecil, pelangi sentiasa muncul dalam cara yang sama , saya menetapkan sendiri matlamat untuk mencipta titisan yang sangat besar agar dapat melihatnya dengan lebih baik. Untuk melakukan ini, saya mengisi bekas kaca besar, agak bulat dan telus sepenuhnya dengan air, dan datang ke kesimpulan berikut ... "

Kesimpulan ini mengulangi dan memperhalusi hasil yang diperoleh Dominis. Khususnya, Descartes mendapati bahawa pelangi kedua (luar) terhasil daripada dua pembiasan dan dua pantulan. Beliau juga menerangkan secara kualitatif rupa warna pelangi dengan membandingkan pembiasan cahaya dalam titisan dengan pembiasan dalam prisma kaca. Rajah 1, yang menerangkan laluan sinar dalam setitik, diambil daripada karya Descartes yang disebutkan di atas. Tetapi merit utama Descartes adalah bahawa dia secara kuantitatif menjelaskan fenomena ini, untuk pertama kalinya menggunakan hukum pembiasan cahaya:

"Saya belum tahu mengapa warna hanya muncul pada sudut tertentu, sehingga saya mengambil pen dan mengira secara terperinci perjalanan semua sinar yang jatuh pada titik yang berbeza dari titisan air, untuk mengetahui pada sudut mana yang boleh mereka masuki. mata kita selepas dua pembiasan. dan satu atau dua pantulan, saya kemudian mendapati bahawa selepas satu pantulan dan dua pembiasan, terdapat lebih banyak sinaran yang boleh dilihat pada sudut dari 41° hingga 42° (berkaitan dengan sinaran matahari) daripada sinaran tersebut. yang boleh dilihat di bawah mana-mana sudut yang lebih kecil, dan tidak ada satu pun yang akan kelihatan pada sudut yang lebih besar. Tambahan pula, saya juga mendapati bahawa selepas dua pantulan dan dua pembiasan, terdapat banyak lagi sinar yang jatuh ke dalam mata pada sudut dari 51 ° hingga 52 ° daripada yang akan jatuh pada sudut yang lebih besar, dan tidak ada sama sekali yang akan jatuh pada sudut yang lebih rendah.

Oleh itu, Descartes bukan sahaja mengira laluan sinar, tetapi juga menentukan taburan sudut keamatan cahaya yang tersebar oleh titisan.

Berkenaan dengan warna, teori ini telah ditambah oleh Isaac Newton.

Isaac Newton

Walaupun spektrum pelbagai warna pelangi adalah berterusan, menurut tradisi, 7 warna dibezakan di dalamnya. Adalah dipercayai bahawa Isaac Newton adalah orang pertama yang memilih nombor 7, yang mana nombor 7 mempunyai keistimewaan makna simbolik(atas sebab Pythagoras, teologi atau morologi).

Dalam Lectures on Optics yang terkenal, yang ditulis pada tahun 1570-an tetapi diterbitkan selepas kematian Newton pada tahun 1729, ringkasan berikut diberikan:
"Daripada sinaran yang memasuki bola, ada yang meninggalkannya selepas satu pantulan, yang lain selepas dua pantulan; ada sinar yang muncul selepas tiga pantulan dan juga lebih refleksi. Oleh kerana titisan hujan adalah sangat kecil berbanding dengan jarak ke mata pemerhati, ia tidak patut mempertimbangkan saiznya sama sekali, tetapi hanya sudut yang dibentuk oleh sinar kejadian yang memancarkan sinar keluar. Di mana sudut ini terbesar atau terkecil, sinar yang keluar adalah paling tertumpu. Kerana pelbagai genera sinaran (sinar warna yang berbeza) membentuk sudut terbesar dan terkecil yang berbeza, kemudian sinar yang berkumpul paling padat di tempat yang berbeza cenderung untuk menampakkan warnanya sendiri.

Kenyataan Newton tentang kemungkinan tidak mengambil kira saiz kejatuhan, serta kata-kata Descartes bahawa pelangi sentiasa muncul dengan cara yang sama dengan titisan besar dan kecil, ternyata tidak tepat. Teori lengkap tentang pelangi, dengan mengambil kira pembelauan cahaya, yang bergantung pada nisbah panjang gelombang cahaya dan saiz penurunan, dibina hanya pada abad ke-19 oleh J.B. Airy (1836) dan J.M. Pernter (1897).

Pembiasan dan pantulan sinar dalam setitik air.

Lukisan Descartes, yang kami hasilkan semula sebagai peninggalan, mempunyai satu ketidaksempurnaan "metodologi". Bagi pembaca yang tidak bersedia, nampaknya kedua-dua pelangi, luaran dan dalaman, adalah disebabkan oleh cara yang berbeza pantulan dalam titisan yang sama. Adalah lebih baik untuk menggambarkan dua titisan: satu berkaitan dengan pelangi yang lebih rendah, satu lagi dengan yang atas, meninggalkan setiap satu dengan satu cara refleksi, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 2. Untuk memudahkan persepsi, dalam kedua-dua kes arah kejadian sinar matahari pada titisan diambil sebagai paksi absis. Koordinat y yang mencirikan titik kejadian rasuk pada titisan akan dipanggil parameter hentaman.

Daripada rajah. 2a, ia boleh dilihat bahawa sinar tuju dengan satu pantulan boleh dilihat oleh pemerhati hanya jika titik kejadian tergolong dalam bahagian atas titis (y > 0). Sebaliknya, dengan dua pantulan ini akan menjadi mungkin untuk sinar yang jatuh pada bahagian terendah jatuh (y< 0).

Mari kita anggap dahulu bahawa titisan itu berada dalam satah menegak yang melalui kedudukan Matahari dan mata pemerhati. Kemudian kejadian, sinar terbias dan pantulan terletak pada satah yang sama. Jika α 1 ialah sudut tuju, dan α 2 ialah sudut biasan, maka dari rajah. 2, a dan b, sudut rasuk yang timbul berkenaan dengan kejadian satu dalam kes pertama akan sama dengan φ 1 = 4α 2 -2α 1 (1)
dan dalam kedua - φ 2 = π - 6α 2 + 2α 1 (2)
lebih-lebih lagi, mengikut undang-undang pembiasan: sin α 2 = sin α 1 / n
di mana n dalam kes kita ialah indeks biasan air. Di samping itu, dengan mengandaikan secara bersyarat jejari kejatuhan sebagai unit panjang, kita mempunyai:

Sehubungan itu, dalam kes pertama dan kedua. Oleh itu, daripada (1) dan (2) kita perolehi
φ 1 =4 lengkok(y/n) - 2 lengkok y, y>0 (3)
φ 2 \u003d π + 6 arcsin (y / n) - 2 arcsin y, y<0 (4)

Kedua-dua persamaan ini adalah yang utama untuk pertimbangan selanjutnya. Adalah mudah untuk memplot sudut φ 1 dan φ 2 sebagai fungsi y. Mereka ditunjukkan dalam rajah. 3 untuk indeks biasan n=1.331 (merah). Kami melihat bahawa pada nilai parameter impak y≈0.85, maksimum sudut φ 1 dicapai, lebih kurang sama dengan 42°, dan sudut mempunyai minimum ~53° pada y≈-0.95. Mari kita tunjukkan bahawa titik ekstrem ini sepadan dengan keamatan maksimum cahaya yang dipantulkan oleh penurunan.

Mari kita pertimbangkan beberapa julat kecil perubahan parameter impak (untuk kepastian dalam kes pertama) y, y + Δy. Menggunakan graf, anda boleh mencari perubahan dalam sudut φ dalam selang Δφ ini. Pada rajah. 3 menunjukkan bahawa Δφ=Δy*tg β, dengan β ialah sudut tangen kepada graf pada titik tertentu terbentuk dengan paksi-x. Nilai Δy adalah berkadar dengan keamatan cahaya ΔI kejadian pada kejatuhan dalam selang parameter hentaman ini. Keamatan cahaya yang sama (lebih tepat, nilai yang berkadar dengannya) diserakkan oleh penurunan dalam selang sudut Δφ. Kita boleh menulis ΔI ~ Δy =Δy*ctg β. Oleh itu, keamatan cahaya yang diserakkan oleh penurunan per unit sudut serakan boleh dinyatakan sebagai I(φ) = ΔI/Δφ ~ ctg β (5)

Oleh kerana pada titik ekstrem ctg β = ∞, nilai (5) pergi ke infiniti. Ambil perhatian bahawa kedudukan titik ekstrem ini untuk warna yang berbeza agak berbeza, yang membolehkan anda melihat pelangi.

Bagaimana untuk melukis pelangi

Sekarang kita boleh melukis gambar rajah pemerhatian pelangi. Pembinaan sedemikian ditunjukkan dalam Rajah. 4. Mula-mula, lukis permukaan Bumi dan pemerhati yang berdiri di atasnya. Di hadapan pemerhati adalah tirai hujan (berwarna kelabu). Kemudian kita menggambarkan sinaran matahari, yang arahnya bergantung pada ketinggian Matahari di atas ufuk. Kami melepasi sinaran merah dan ungu melalui mata pemerhati pada sudut di atas berkenaan dengan sinaran matahari. Seseorang boleh yakin, berdasarkan keputusan bahagian sebelumnya, bahawa sinar ini akan timbul akibat penyebaran oleh titisan hujan yang sepadan. Pada masa yang sama, seperti berikut dari Rajah. 2, pelangi yang lebih rendah disebabkan oleh proses penyebaran dengan satu pantulan, dan yang atas - dengan dua pantulan. Beri perhatian kepada pertukaran warna: sinar ungu adalah luaran, dan sinar merah adalah dalaman. Adalah jelas bahawa sinar warna lain dalam setiap pelangi diletakkan di antara merah dan ungu mengikut nilai indeks biasan.

Ingat bahawa kita setakat ini telah mempertimbangkan imej pelangi dalam satah menegak yang melalui mata pemerhati dan kedudukan Matahari. Mari kita lukis garis lurus yang melalui mata pemerhati selari dengan pancaran matahari. Jika satah menegak diputar di sekeliling garis lurus yang ditunjukkan, maka kedudukan barunya untuk memerhati pelangi akan sama sepenuhnya dengan yang asal. Oleh itu, pelangi mempunyai bentuk lengkok bulatan, pusatnya terletak pada paksi yang dibina. Jejari bulatan ini (seperti yang dilihat dalam Rajah 4) adalah lebih kurang sama dengan jarak pemerhati dari tirai hujan.

Perhatikan bahawa apabila memerhati pelangi, Matahari tidak boleh terlalu tinggi di atas ufuk - tidak lebih daripada 53.48 °. Jika tidak, corak sinar dalam rajah itu akan berputar mengikut arah jam, sehingga sinar ungu pelangi atas pun tidak dapat sampai ke mata pemerhati yang berdiri di Bumi. Benar, ini akan berlaku jika pemerhati naik ke ketinggian tertentu, contohnya, dengan pesawat. Jika pemerhati naik cukup tinggi, dia akan dapat melihat pelangi dalam bentuk bulatan penuh.

Rajah Pembentukan Pelangi

Rajah Pembentukan Pelangi
1) sfera setitik 2) dalaman refleksi 3) pelangi utama
4) pembiasan 5) pelangi sekunder 6) pancaran cahaya yang masuk
7) perjalanan sinar semasa pembentukan pelangi utama

8) perjalanan sinar semasa pembentukan pelangi sekunder
9) pemerhati 10) kawasan pembentukan pelangi primer
11) kawasan pembentukan pelangi sekunder 12) awan titisan

Penerangan mengenai pelangi ini harus dijelaskan dengan mengambil kira hakikat bahawa sinaran matahari tidak selari. Ini disebabkan oleh fakta bahawa sinaran yang jatuh pada titisan dari titik berbeza Matahari mempunyai arah yang sedikit berbeza. Perbezaan sudut maksimum sinar ditentukan oleh diameter sudut Matahari, yang diketahui kira-kira 0.5°. Ini membawa kepada apa? Setiap titisan memancarkan ke dalam mata pemerhati cahaya yang tidak begitu monokromatik seperti yang berlaku dalam kes keselarian ketat sinar kejadian. Jika diameter sudut Matahari nyata lebih besar daripada jarak sudut antara sinar ungu dan merah, maka warna pelangi tidak dapat dibezakan. Nasib baik, ini tidak berlaku, walaupun, sudah pasti, pertindihan sinar dengan panjang gelombang yang berbeza mempengaruhi kontras warna pelangi. Menariknya, keterbatasan diameter sudut Matahari telah pun diambil kira dalam karya Descartes.

Pelangi

Pelangi - fenomena langit yang indah ini - sentiasa menarik perhatian manusia. Pada zaman dahulu, apabila orang masih mengetahui sedikit tentang dunia di sekeliling mereka, pelangi dianggap sebagai "tanda syurga." Oleh itu, orang Yunani kuno menganggap bahawa pelangi adalah senyuman dewi Irida.

Pelangi diperhatikan dalam arah yang bertentangan dengan Matahari, dengan latar belakang awan hujan atau hujan. Arka berbilang warna biasanya terletak pada jarak 1-2 km dari pemerhati, dan kadangkala ia boleh diperhatikan pada jarak 2-3 m dengan latar belakang titisan air yang dibentuk oleh air pancut atau semburan air.

Pusat pelangi adalah pada kesinambungan garis lurus yang menghubungkan Matahari dan mata pemerhati - pada garis anti-solar. Sudut antara arah ke pelangi utama dan garis anti suria ialah 41º - 42º

Pada masa matahari terbit, titik antisolar berada di garis ufuk, dan pelangi kelihatan seperti separuh bulatan. Apabila matahari terbit, titik antisolar jatuh di bawah ufuk dan saiz pelangi berkurangan. Ia hanya sebahagian daripada bulatan.

Selalunya terdapat pelangi sekunder, sepusat dengan yang pertama, dengan jejari sudut kira-kira 52º dan susunan warna terbalik.

Pelangi utama dibentuk oleh pantulan cahaya dalam titisan air. Pelangi sekunder terbentuk hasil daripada pantulan cahaya berganda di dalam setiap titisan. Dalam kes ini, sinaran cahaya keluar dari penurunan pada sudut yang berbeza daripada yang menghasilkan pelangi utama, dan warna dalam pelangi sekunder berada dalam susunan terbalik.

Laluan sinar dalam setitik air: a - dengan satu pantulan, b - dengan dua pantulan

Pada ketinggian Matahari 41º, pelangi utama tidak lagi kelihatan dan hanya sebahagian daripada pelangi sekunder muncul di atas ufuk, dan pada ketinggian Matahari lebih daripada 52º, pelangi sekunder juga tidak kelihatan. Oleh itu, di latitud khatulistiwa tengah, fenomena semula jadi ini tidak pernah diperhatikan pada waktu tengah hari.

Pelangi mempunyai tujuh warna utama yang lancar beralih dari satu ke yang lain. Bentuk arka, kecerahan warna, lebar jalur bergantung pada saiz titisan air dan bilangannya. Titisan besar mencipta pelangi yang lebih sempit, dengan warna yang menyerlah secara mendadak, titisan kecil mencipta arka yang kabur, pudar dan juga putih. Itulah sebabnya pelangi sempit yang terang kelihatan pada musim panas selepas ribut petir, di mana titisan besar jatuh.

Teori pelangi pertama kali diberikan pada tahun 1637 oleh René Descartes. Beliau menjelaskan pelangi sebagai fenomena yang dikaitkan dengan pantulan dan pembiasan cahaya dalam titisan hujan. Pembentukan warna dan urutannya dijelaskan kemudian, selepas membongkar sifat kompleks cahaya putih dan penyebarannya dalam medium.

pembentukan pelangi

Kita boleh mempertimbangkan kes yang paling mudah: biarkan pancaran sinaran suria selari jatuh pada titisan yang mempunyai bentuk bola. Kejadian rasuk pada permukaan setitik di titik A dibiaskan di dalamnya mengikut hukum biasan: n dosa b \u003d n dosa c, di mana n=1, n?1.33 ialah indeks biasan udara dan air, masing-masing, b ialah sudut tuju, dan dalam- sudut biasan cahaya.

Di dalam titisan, sinar AB berjalan dalam garis lurus. Pada titik B, rasuk sebahagiannya dibiaskan dan sebahagiannya dipantulkan. Perlu diingat bahawa semakin kecil sudut tuju pada titik B, dan dengan itu pada titik A, semakin rendah keamatan rasuk pantulan dan semakin besar intensiti rasuk terbias.

Rasuk AB selepas pantulan pada titik B berlaku pada sudut `` = dalam sampai ke titik C, di mana terdapat juga pantulan separa dan pembiasan separa cahaya. Rasuk yang dibiaskan meninggalkan kejatuhan pada sudut r, manakala yang dipantulkan boleh pergi lebih jauh, ke titik D, dsb. Oleh itu, pancaran cahaya dalam titisan mengalami pelbagai pantulan dan pembiasan. Dengan setiap pantulan, beberapa sinar cahaya keluar dan keamatannya di dalam titisan berkurangan. Sinar yang paling sengit yang muncul ke udara ialah sinar yang muncul dari titisan di titik B. Tetapi sukar untuk memerhatikannya, kerana ia hilang dengan latar belakang cahaya matahari langsung yang terang. Sinaran yang dibiaskan pada titik C, bersama-sama, mencipta pelangi primer dengan latar belakang awan gelap, dan sinar yang dibiaskan pada titik D memberikan pelangi sekunder, yang kurang intens daripada yang primer.

Apabila mempertimbangkan pembentukan pelangi, satu lagi fenomena mesti diambil kira - pembiasan gelombang cahaya yang tidak sama panjang dengan panjang yang berbeza, iaitu sinaran cahaya dengan warna yang berbeza. Fenomena ini dipanggil penyebaran. Disebabkan oleh serakan, sudut biasan r dan sudut pesongan sinar dalam setitik adalah berbeza untuk sinar yang berlainan warna.

Pelangi disebabkan oleh penyebaran cahaya matahari dalam titisan air. Dalam setiap titisan, pancaran mengalami pelbagai pantulan dalaman, tetapi dengan setiap pantulan, sebahagian daripada tenaga terpadam. Oleh itu, lebih banyak pantulan dalaman yang dialami oleh sinar dalam titisan, semakin lemah pelangi. Anda boleh memerhati pelangi jika Matahari berada di belakang pemerhati. Oleh itu, pelangi primer yang paling terang terbentuk daripada sinaran yang telah mengalami satu pantulan dalaman. Mereka melintasi sinar kejadian pada sudut kira-kira 42°. Lokus titik yang terletak pada sudut 42° kepada rasuk tuju ialah sebuah kon, yang dilihat oleh mata di bahagian atasnya sebagai bulatan. Apabila diterangi dengan cahaya putih, jalur berwarna akan diperoleh, dengan arka merah sentiasa lebih tinggi daripada ungu.

Selalunya kita melihat satu pelangi. Ia bukan perkara biasa untuk dua jalur pelangi muncul serentak di langit, terletak satu demi satu; bilangan lengkok cakerawala yang lebih besar diperhatikan - tiga, empat dan lima pada masa yang sama. Ternyata pelangi boleh timbul bukan sahaja dari sinaran langsung; selalunya ia kelihatan dalam pancaran sinar matahari. Ini boleh dilihat di pantai teluk laut, sungai besar dan tasik. Tiga atau empat pelangi - biasa dan terpantul - kadangkala mencipta gambar yang cantik. Memandangkan sinaran Matahari yang dipantulkan dari permukaan air pergi dari bawah ke atas, pelangi yang terbentuk dalam sinaran kadang-kadang kelihatan luar biasa.

Anda tidak sepatutnya berfikir bahawa pelangi boleh diperhatikan hanya pada siang hari. Ia berlaku pada waktu malam, bagaimanapun, sentiasa lemah. Anda boleh melihat pelangi seperti itu selepas hujan malam, apabila bulan melihat dari sebalik awan.

Beberapa kemiripan pelangi boleh didapati pada sedemikian pengalaman : Adalah perlu untuk menerangi kelalang yang diisi dengan air dengan cahaya matahari atau lampu melalui lubang di papan putih. Kemudian pelangi akan kelihatan jelas di papan, dan sudut perbezaan sinar berbanding arah awal adalah kira-kira 41 ° - 42 °. Dalam keadaan semula jadi, tiada skrin, imej muncul pada retina mata, dan mata menayangkan imej ini ke awan.

Sekiranya pelangi muncul pada waktu petang sebelum matahari terbenam, maka pelangi merah diperhatikan. Dalam lima atau sepuluh minit terakhir sebelum matahari terbenam, semua warna pelangi, kecuali merah, hilang, ia menjadi sangat terang dan kelihatan walaupun sepuluh minit selepas matahari terbenam.

Pemandangan yang indah adalah pelangi di atas embun. Ia boleh diperhatikan pada waktu matahari terbit di atas rumput yang diselaputi embun. Pelangi ini berbentuk seperti hiperbola.

Pusat bulatan yang digambarkan oleh pelangi terletak pada garis lurus yang melalui pemerhati dan Matahari, pada titik antisolar, manakala Matahari sentiasa berada di belakang pemerhati, dan adalah mustahil untuk melihat Matahari dan pelangi pada masa yang sama. masa tanpa menggunakan peranti optik. Jejari sudut bulatan ialah 42 darjah. Bagi pemerhati di atas tanah, pelangi biasanya kelihatan seperti lengkok bulatan, semakin rendah Matahari di atas ufuk, semakin dekat lengkok dengan separuh bulatan, dan ketinggian puncak pelangi di atas bumi ialah 42 darjah. Semakin tinggi titik cerapan, semakin penuh arka (anda juga boleh melihat bulatan penuh dari kapal terbang). Apabila Matahari terbit melebihi 42 darjah di atas ufuk, bulatan kemungkinan kejadian pelangi berada di bawah paras tanah, dan pemerhati yang terletak di permukaannya tidak dapat melihat pelangi. Anda tidak boleh mendekati pelangi, seperti ufuk.

Fizik pelangi

Pelangi berlaku apabila cahaya matahari dibiaskan dan dipantulkan oleh titisan air (hujan atau kabus) yang terapung di atmosfera. Titisan ini memesongkan cahaya warna yang berbeza dengan cara yang berbeza (indeks biasan air untuk cahaya panjang gelombang (merah) yang lebih panjang adalah kurang daripada untuk panjang gelombang pendek (ungu), jadi cahaya merah terpesong paling lemah - sebanyak 137 ° 30 ', dan ungu adalah terpesong paling kuat sebanyak 139 ° twenty'). Akibatnya, cahaya putih terurai menjadi spektrum. Pemerhati, yang berdiri membelakangi sumber cahaya, melihat cahaya pelbagai warna yang datang dari angkasa sepanjang bulatan sepusat (lengkok).

Untuk satu pantulan di dalam titisan, sudut sedemikian mempunyai satu nilai, untuk dua - satu lagi, dan seterusnya. Ini sepadan dengan pelangi primer (pelangi urutan pertama), sekunder (pelangi peringkat kedua), dsb. Utama - yang paling terang, ia menghilangkan sebahagian besar cahaya daripada titisan. Secara semula jadi, pelangi yang lebih tinggi biasanya tidak kelihatan, kerana ia sangat lemah.

Kemunculan pelangi urutan ketiga dalam keadaan semula jadi sangat jarang berlaku. Adalah dipercayai bahawa sejak 250 tahun yang lalu terdapat hanya lima laporan saintifik mengenai pemerhatian fenomena ini. Pada masa yang sama, terima kasih kepada penggunaan kaedah khas fotografi dan pemprosesan seterusnya gambar-gambar yang terhasil, adalah mungkin untuk mendaftar pelangi pesanan keempat, kelima, dan juga, seperti yang dijangkakan, ketujuh.

Di bawah keadaan makmal, adalah mungkin untuk mendapatkan pelangi dengan susunan yang lebih tinggi. Jadi, dalam artikel yang diterbitkan pada tahun 1998, dinyatakan bahawa pengarang, menggunakan sinaran laser, berjaya memperoleh pelangi daripada susunan dua ratus.

Pelangi mewah

Selalunya, arka pelangi mudah diperhatikan, tetapi banyak fenomena optik lain diketahui yang berlaku atas sebab yang sama atau kelihatan serupa. Antaranya, contohnya, pelangi berjerebu (putih)., yang berlaku pada titisan kabus yang sangat kecil, dan pelangi berapi(salah satu jenis halo) yang berlaku pada awan cirrus. Ia kelihatan seperti pelangi dan parhelion samar - lingkaran cahaya pada 22 ° ke kiri dan kanan matahari. Boleh dilihat pada waktu malam pelangi bulan .

Apabila pelangi muncul di atas permukaan air (atau di atas permukaan pemantul lain seperti pasir basah), apa yang dipanggil pelangi yang dipantulkan(eng. Pelangi pantulan). Ia berlaku apabila cahaya matahari memantul dari permukaan air sebelum terkena titisan hujan di mana ia dibiaskan. Adalah perlu bahawa permukaan air cukup besar, tenang dan dekat dengan dinding hujan. Oleh kerana bilangan keadaan yang banyak, pelangi yang dipantulkan adalah kejadian yang jarang berlaku.

Pelangi yang dipantulkan melintasi yang utama di aras ufuk, kemudian melepasinya. Oleh kerana cahaya matahari dipantulkan terlebih dahulu daripada air, kecerahan pelangi yang dipantulkan adalah lebih rendah daripada yang utama.

Dalam keadaan tertentu, anda boleh melihat pelangi berganda, terbalik atau gelang. Sebenarnya, ini adalah fenomena proses lain - pembiasan cahaya dalam kristal ais yang bertaburan di atmosfera, dan tergolong dalam halo. Untuk kemunculan pelangi terbalik di langit (arka dekat-zenithal, arka zenithal - salah satu jenis halo), keadaan cuaca tertentu diperlukan yang menjadi ciri Kutub Utara dan Selatan. Pelangi terbalik terbentuk kerana pembiasan cahaya yang melalui cebisan es tirai nipis awan pada ketinggian 7 - 8 ribu meter. Warna dalam pelangi sedemikian juga diterbalikkan: ungu di bahagian atas, dan merah di bahagian bawah.

Sejarah Penyelidikan

Walaupun spektrum pelbagai warna pelangi adalah berterusan, di banyak negara 7 atau 6 (contohnya, di negara berbahasa Inggeris) warna dibezakan di dalamnya. Adalah dipercayai bahawa I. Newton adalah orang pertama yang memilih nombor 7.

Frasa mnemonik

Warna-warna dalam pelangi disusun dalam urutan yang sepadan dengan spektrum cahaya yang boleh dilihat. Dalam bahasa Rusia, terdapat frasa mnemonik sedemikian untuk mengingati urutan ini:

• KEPADA ak tentang sekali F ak- h vonar G timah daripada pecah f onar
• KEPADA setiap tentang hotnik baiklah tidak h nat, G de daripada pergi f azan

Frasa tersebut adalah apa yang dipanggil akrostik.

Dalam frasa ini, huruf awal setiap perkataan sepadan dengan huruf awal nama warna tertentu.

• KEPADA setiap- Merah
• TENTANG hotnik- Jingga
• F tidak- kuning
• W nat- hijau
• G de- biru
• DARI pergi- biru
• F azan- ungu

Warna dalam frasa disenaraikan mengikut susunan warna dalam pelangi, daripada merah (cahaya boleh dilihat dengan panjang gelombang terpanjang) kepada ungu (cahaya boleh dilihat dengan panjang gelombang terpendek).

Pelangi dalam sejarah, mitologi dan budaya

• Dalam mitologi Scandinavia, pelangi ialah jambatan Bivrest, yang menghubungkan Midgard (dunia manusia) dan Asgard (dunia para dewa); jalur merah pelangi adalah api abadi, yang tidak berbahaya kepada Ases, tetapi akan membakar mana-mana manusia yang cuba memanjat jambatan itu. Bifrost dikawal oleh As Heimdall.
• Dalam mitologi India kuno, haluan Indra, dewa guruh dan kilat.
• Dalam mitologi Yunani kuno - jalan Irida, utusan antara dunia tuhan dan manusia.
• Dalam mitologi Armenia, pelangi adalah tali pinggang Tyr (asalnya tuhan matahari, kemudian tuhan penulisan, seni dan sains).
• Menurut kepercayaan Slavic, pelangi meminum air dari tasik, sungai dan laut, yang kemudiannya hujan. Kadang-kadang dia menelan ikan dan katak bersama air, jadi kadang-kadang mereka jatuh dari langit. Kemunculan pelangi meramalkan kemalangan, dan jika seseorang berjaya melalui pelangi, maka lelaki itu akan menjadi wanita, dan wanita itu akan menjadi lelaki.
• Menurut kepercayaan ramai orang Afrika, di tempat-tempat di mana pelangi menyentuh tanah, anda boleh menemui harta karun (batu berharga, cengkerang cowrie atau manik).
• Dalam mitologi Orang Asli Australia, Ular Pelangi dianggap sebagai penaung air, hujan, dan dukun.
• Seekor leprechaun Ireland menyembunyikan periuk emas di mana pelangi menyentuh tanah.
• Dalam Alkitab, pelangi muncul selepas banjir global sebagai simbol pengampunan manusia, penyatuan Tuhan dan manusia (di muka / melalui Nuh) dan fakta bahawa banjir tidak akan berlaku lagi (Kej.).
  “Aku menaruh pelangi-Ku di dalam awan, supaya itu menjadi tanda perjanjian antara Aku dan antara bumi. Dan apabila Aku mengumpulkan awan di atas bumi, pelangi akan muncul di awan. Penafsir Pentateuch of Rashi menjelaskan frasa ini seperti berikut: "Apabila Aku mengumpulkan awan di atas bumi," apabila Atribut Penghakiman-Ku mendorong Aku untuk membawa kegelapan dan kematian ke bumi, maka ... "sebuah pelangi akan muncul di dalam awan.” Iaitu, pelangi ditunjukkan di langit apabila manusia berhak mati kerana dosanya. “Dan akan terjadi, apabila Aku mendatangkan awan ke atas bumi, pelangi akan muncul di dalam awan itu; dan Aku akan mengingati perjanjian-Ku, yang ada antara Aku dan antara kamu, dan antara setiap yang bernyawa dalam segala makhluk; Dan tidak akan ada lagi air seperti air bah untuk memusnahkan semua makhluk.” Menurut Talmud, semasa kehidupan orang benar yang besar tidak perlu tanda ini, kerana Alam Semesta dilindungi dari kematian oleh kehadiran mereka.
• Dalam mitologi Jepun, tuhan Izanagi dan Izanami berdiri di atas jambatan syurga, mencelup lembing daripadanya, titisan yang menjadi pulau.
• Imej pelangi adalah lambang peribadi Catherine de' Medici.
• Dalam buku oleh Frank Baum "The Wonderful Wizard of Oz" dan dalam filem berdasarkannya, gadis Dorothy, yang melalui pelangi, memasuki Tanah Ajaib.

Pelangi dan istilah yang berkaitan

Pelangi sebagai simbol

lihat juga

Nota

1. , daripada. 38.
2. Minnart M. Cahaya dan warna dalam alam semula jadi. - M.: "Nauka", 1969. - S. 182. - 344 hlm.
3. Siapa yang membuat pelangi? (Serpihan daripada buku oleh Ya. E. Geguzin "The Drop") // Sains dan Kehidupan. - 2016. - No. 10. - ms 73-75.
4. Ia boleh dilihat (ini juga jelas dilihat dalam rajah) bahawa sejumlah besar cahaya yang dipantulkan-dibiaskan dalam titisan juga memasuki kawasan dalam kon. Dan walaupun tidak ada keamatan maksimum yang tajam di rantau ini, yang menjadikan cahaya di dalamnya hampir tiada warna, namun, jumlah cahaya yang masuk ke sini agak besar. Apabila memerhati (dan dalam gambar), anda sering dapat melihat bahawa langit (seperti landskap dan segala-galanya secara umum) di dalam arka pelangi adalah nyata lebih cerah.
5. Daripada mitos kepada realiti: foto membuktikan tiga pelangi wujud - Artikel di laman web The Optical Society (OSA).
6. Theusner M. Pemerhatian fotografi pelangi urutan keempat semula jadi // Optik Gunaan. - 2011. - Jld. 50, tidak. 28. - P.F129-F133. - DOI:10.1364/AO.50.00F129.
7. Edens H.E. Pemerhatian fotografi pelangi urutan kelima semula jadi // Optik Gunaan. - 2015. - Jld. 54, tidak. 4 . - P.B26-B34. - DOI:10.1364/AO.54.000B26.
8. Edens H.E., Konnen G.P. Pengesanan fotografi berkemungkinan pelangi urutan ketujuh semula jadi // Optik Gunaan. - 2015. - Jld. 54, tidak. 4 . - P.B93-B96. - DOI:10.1364/AO.54.000B93.
9. Ng P. H., Tse M. Y., Lee W. K. Pemerhatian pelangi aras tinggi yang dibentuk oleh titisan loket (Bahasa Inggeris) // Journal of Optical Society of America B. - 1998. - Vol. 15, tidak. sebelas. - P. 2782-2787.
10. Pelangi - Gerbang terkutub?
11. Refleksi Pelangi
12. Pembentukan Busur Refleksi
13. Bagaimana pelangi muncul (tidak tentu) .

Arahan

Sebagai Newton ditubuhkan, pancaran cahaya putih diperoleh hasil daripada interaksi sinar warna yang berbeza: merah, oren, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Setiap warna dicirikan oleh panjang gelombang dan frekuensi getaran tertentu. Di sempadan media lutsinar, kelajuan dan panjang gelombang cahaya berubah, frekuensi ayunan tetap sama. Setiap warna mempunyai indeks biasannya sendiri. Rasuk merah menyimpang paling sedikit dari arah sebelumnya, oren sedikit lagi, kemudian kuning, dsb. Sinar ungu mempunyai indeks biasan yang paling tinggi. Jika prisma kaca dipasang di laluan pancaran cahaya, maka ia bukan sahaja akan menyimpang, tetapi juga pecah menjadi beberapa sinar warna yang berbeza.

Dan sekarang . Secara semula jadi, peranan prisma kaca dimainkan oleh titisan hujan yang bertembung dengan sinaran matahari ketika melalui atmosfera. Oleh kerana ketumpatan air lebih besar, pancaran cahaya di sempadan dua media dibiaskan dan diuraikan kepada komponen. Selanjutnya, sinar warna sudah bergerak di dalam drop sehingga mereka bertembung dengan dinding bertentangannya, yang juga merupakan sempadan dua media, dan, lebih-lebih lagi, mempunyai sifat cermin. Kebanyakan fluks cahaya selepas pembiasan sekunder akan terus bergerak di udara di belakang titisan hujan. Sebahagian daripadanya akan dipantulkan dari dinding belakang titisan dan akan dilepaskan ke udara selepas pembiasan sekunder pada permukaan hadapannya.

Proses ini berlaku serentak dalam banyak titisan. Untuk melihat pelangi, pemerhati mesti berdiri membelakangi Matahari dan menghadap dinding hujan. Sinar spektrum muncul daripada titisan hujan pada sudut yang berbeza. Hanya satu sinar yang masuk ke mata pemerhati dari setiap titisan. Sinar yang muncul dari titisan jiran bergabung, membentuk lengkok. Oleh itu, dari titisan paling atas, sinar warna merah memasuki mata pemerhati, dari bawah - oren, dan sebagainya. Sinar ungu adalah yang paling kuat. Jalur ungu akan menjadi bahagian bawah. Bentuk pelangi boleh dilihat apabila Matahari berada pada sudut tidak lebih daripada 42° berbanding ufuk. Semakin tinggi matahari terbit, semakin kecil saiz pelangi.

Malah, proses yang diterangkan agak rumit. Pancaran cahaya di dalam titisan dipantulkan beberapa kali. Dalam kes ini, bukan satu arka warna boleh diperhatikan, tetapi dua - pelangi urutan pertama dan kedua. Arka luar pelangi peringkat pertama berwarna merah, arka dalam ungu. Dalam pelangi tertib kedua, sebaliknya adalah benar. Ia biasanya kelihatan lebih pucat daripada yang pertama, memandangkan keamatan fluks cahaya berkurangan dengan berbilang pantulan.

Lebih jarang, tiga, empat dan lima lengkok berwarna boleh diperhatikan di langit pada masa yang sama. Ini diperhatikan, sebagai contoh, oleh penduduk Leningrad pada September 1948. Ini kerana pelangi juga boleh berlaku dalam pantulan cahaya matahari. Arka berbilang warna sedemikian boleh diperhatikan di atas badan air yang luas. Dalam kes ini, sinar yang dipantulkan pergi dari bawah ke atas,

Setiap kali pelangi muncul, ia sentiasa terbentuk oleh permainan cahaya pada titisan air. Biasanya ini adalah titisan hujan, kadang-kadang titisan kecil kabus. Pada titisan terkecil, seperti yang membentuk awan, pelangi tidak kelihatan.

Pelangi berlaku kerana matahari cahaya dibiaskan oleh titisan air digantung di udara. Titisan ini memesongkan cahaya warna yang berbeza secara berbeza, menyebabkan cahaya putih terurai menjadi spektrum.

Pada malam terang bulan yang terang anda boleh lihat pelangi dari bulan. Oleh kerana penglihatan manusia direka supaya dalam cahaya rendah mata tidak dapat melihat warna dengan baik, pelangi bulan kelihatan keputihan; semakin terang cahayanya, semakin "berwarna-warni" pelangi.

Mengikut kepercayaan Inggeris lama, periuk emas boleh didapati di kaki setiap pelangi. Malah kini ada orang yang membayangkan bahawa mereka benar-benar boleh sampai ke dasar pelangi dan cahaya khas yang berkelip-kelip kelihatan di sana.

Ia agak jelas bahawa pelangi tidak berada di mana-mana tempat tertentu, seperti yang sebenar; ia tidak lain hanyalah cahaya yang datang dari arah tertentu.

Paling kerap diperhatikan pelangi utama di mana cahaya mengalami satu pantulan dalaman. Laluan sinar ditunjukkan dalam rajah di bawah. Dalam pelangi utama, warna merah berada di luar arka, jejari sudutnya ialah 40-42 °.

Kadangkala anda boleh melihat pelangi lain yang kurang terang di sekeliling pelangi pertama. ini pelangi sekunder, di mana cahaya dipantulkan dua kali dalam titisan. Dalam pelangi sekunder, susunan warna "terbalik" adalah ungu di luar dan merah di dalam. Jejari sudut pelangi sekunder ialah 50-53°.

Susunan warna dalam pelangi kedua adalah kebalikan susunan dalam yang pertama; mereka berhadapan dengan satu sama lain dengan jalur merah.

Rajah Pembentukan Pelangi

1. kejatuhan sfera,
2. refleksi dalaman,
3. pelangi utama,
4. pembiasan,
5. pelangi sekunder,
6. pancaran cahaya yang masuk
7. perjalanan sinar semasa pembentukan pelangi utama,
8. laluan sinar semasa pembentukan pelangi sekunder,
9. pemerhati,
10. Kawasan Pembentukan pelangi,
11. kawasan pembentukan pelangi.
12. kawasan pembentukan pelangi.

Pusat bulatan yang digambarkan oleh pelangi sentiasa terletak pada garis lurus yang melalui Matahari (Bulan) dan mata pemerhati, iaitu mustahil untuk melihat matahari dan pelangi pada masa yang sama tanpa menggunakan cermin.

Sebenarnya, pelangi adalah bulatan lengkap. Kita tidak boleh mengikutinya di luar ufuk hanya kerana kita tidak dapat melihat titisan hujan turun di bawah kita.

Dari kapal terbang atau tanah tinggi, bulatan penuh boleh dilihat.

"Tujuh Warna Pelangi" hanya wujud dalam khayalan. Ia adalah frasa retorik yang telah hidup sekian lama kerana kita jarang melihat sesuatu seperti yang sebenarnya. Sebenarnya, warna pelangi secara beransur-ansur bertukar menjadi satu sama lain, dan hanya mata secara tidak sengaja menggabungkannya ke dalam kumpulan.

Tradisi menonjolkan dalam pelangi 7 warna pergi dari Isaac Newton, yang mana nombor 7 mempunyai makna simbolik yang istimewa (sama ada untuk alasan Pythagoras atau teologi). Tradisi membezakan 7 warna dalam pelangi adalah tidak universal, contohnya, orang Bulgaria mempunyai 6 warna dalam pelangi.

Untuk menghafal urutan warna dalam pelangi, terdapat frasa mnemonik, huruf pertama setiap perkataan yang sepadan dengan huruf pertama dalam nama warna (Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Cyan, Biru, Violet

"KEPADA setiap tentang hotnik baiklah tidak h nat, G de daripada pergi f azan". "Bagaimana sekali Jacques si loceng memecahkan tanglung dengan kepalanya".