Ответ на вопрос

Как образуется радуга?

Теоретическое объяснение радуги впервые дал Рене Декарт в 1637 году. Он считал, что причиной радуги являются маленькие капли (диаметром менее 1 мм) только что прошедшего дождя, удерживаемые теплыми восходящими потоками воздуха. Лучи солнца претерпевают в каплях два преломления и одно отражение и возвращаются обратно к наблюдателю под определенным углом. Небольшая группа лучей выходит из капли компактным пучком, образуя угол около 42° с направлением падающих солнечных лучей, а все остальные лучи рассеиваются. В честь первооткрывателя этот компактный пучок назвали лучом Декарта. Таким образом, стоя спиной к солнцу, наблюдатель под углом 42° к солнечным лучам увидит многократно усиленный луч красного цвета – красную полосу радуги.

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

Прохождение солнечных лучей через каплю сопровождается дисперсией. На рисунке показан ход красного (n=1,32, верхняя капля) и синего (n=1,34, нижняя капля) лучей Декарта. Синий луч Декарта возвращается под углом 40,6°, значит, синяя полоса в радуге будет находиться ниже. Разные цвета радуги получаются от разных капель, красную – от тех, что висят выше, а синюю – от капель висящих ниже.

Почему небо внутри радуги всегда ярче, чем снаружи?

Большинство солнечных лучей рассеиваются по направлению к наблюдателю под углами, меньшими, чем 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?

Причина второй радуги, как и первой, заключается в преломлении и отражении света в капельках воды. Перед тем, как превратиться во «вторую радугу», лучи солнечного света успевают два раза, а не один, отразиться от внутренней поверхности каждой капли. Капли, дающие начало «второй» радуге, находятся выше тех, что служат источником «первой». В отличие от основной радуги, где капелька концентрирует пучок лучей (луч Декарта), падающих на ее верхнюю поверхность, вторая радуга образуется из-за концентрации лучей, падающих на нижнюю поверхность капельки да еще после двух преломлений и двух внутренних отражений. Яркость «второй» радуги меньше первой из-за того, что оба внутренних отражения не являются полными и часть света выходит из капли.

  Физика (приложение к газете «Первое сентября») № 3, 2006 год