МОУ «Лицей №43»
(естественно-технический)
радуга
Юничева Лейсан
10 «Б» класс
Саранск,
2014.
Оглавление
1.Что такое радуга 3
1.1 Ход светового луча в капле дождя 3
1.2 Чередование цветов в основной радуге…………………………………………………………………………..…………3
1.3 Влияние размеров капель на вид радуги 4
2.Дополнительная радуга 4
2.1 Чередование цветов в дополнительной радуге 4
3.Явления, принимаемые за радугу……………………………………………………….….5
3.1 Гало………………………………………………………………………………………………………………………………………………5
3.2 Паргелии………………………………………………………………………………………………………………………………………6
Список литературы…………………………...………………………………………………..7
1. Что такое радуга
Радуга – Оптическое атмосферное явление, возникающее вследствие преломления в водяных каплях солнечных лучей и имеющее вид разноцветной дуги на небе. Притом при наблюдении радуги Солнце всегда находится за спиной наблюдателя, и одновременно видеть Солнце и радугу без использования оптических приспособлений невозможно. Для наблюдателя на земле радуга обычно выглядит как дуга, и чем выше точка наблюдения – тем она полнее (с горы или самолета можно увидеть и полную окружность). Когда Солнце поднимается выше 42° над горизонтом, радуга с поверхности Земли не видна.[1] Дополнительную радугу можно наблюдать, если Солнце находится не выше 53° над горизонтом.
1.1 Ход световых лучей в капле дождя
НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?
Капля имеет форму шара. Сферическая симметрия капли приводит к тому, что все лучи с одинаковым прицельным параметром будут описывать внутри капли анологичные траектории, и будут выходить из капли под одним и тем же углом к первоначальному направлению. Траектория каждого луча лежит в плоскости, проходящей через исходное положение данного луча и параллельную ему прямую, проведенную церез центр капли. [2]
1.2 Чередование цветов в основной радуге
Рассмотрим две волны: красный луч и фиолетовый луч. На рисунке изображены траектории красного и фиолетового лучей в случае, когда каждый из них по мере выхода из капли образеут наибольший угол с первоначальным направлением. Мы видим, что этот угол различен для лучей разного цвета. Наблюдатель будет видеть красную дугу под углом 42°22’ и фиолетовую дугу под углом 40°36’.
Возникновение цветной радуги объясняется не только тем, что для каждого цвета имеется свой наибольший угол, но и тем, что вблизи этого угла смешивание цветов происходит в наименьшей степени.[2]
Преломление лучей (красного и фиолетового в капле воды)
1.3 Влияние размеров капель на вид радуги
Согласно данным из книги М. Миннарта «Свет и цвет в природе», по виду радуги можно приближенно оценить диаметр капель дождя. При диаметре капель 1-2 мм наблюдаются очень яркий фиолетовый и почти такой же яркий зеленый цвета. Хорошо видна красная дуга, едва заметна голубая дуга. При уменьшении диаметра капель до 0,5 мм наблюдается заметное ослабление красного цвета, который практически полностью исчезает при диаметре 0,2мм. При диаметре 0,08-0,1 мм в радуге сохраняется ярким только фиолетовый цвет; в целом радуга бледнеет и уширяется. Когда диаметр капель становится меньше 0,05 мм, наблюдается белая радуга.[2]
2. Дополнительная радуга
Вторичная радуга - это довольно редкое явление, при котором белый свет дважды проходит через капли. Удивительно то, что цвета расположены в обратном порядке (от фиолетового к красному). Полоса неба между основной и дополнительной радугой темнее, она называется Полоса Александра, в честь Александра Афродисийского, впервые описавшего это явление. Однократно отраженный свет основной радуги освещает небо «под» радугой, а двукратно отраженный свет освещает наружнюю часть неба. Для наших глаз это выглядит так, будто небо между первичной и вторичной радугами темнее остального неба.[3]
2.1 Чередование цветов в дополнительной радуге
На рисунке видно, почему порядок цветов в дополнительной радуге противоположен порядку цветов в основной радуге. Цвета в дополнительной радуге бледнее цветов основной. Ведь в каждой точке соприкосновения светового луча с поверхностью капли часть световой энергии «выходит из игры». Изображения основной радуги формируется за счет той световой энергии, которая остается в луче, преломленном в точке. При этом часть световой энергии отражается в той же точке; та доля от этой энергии, которая затем не отражается, а преломляется в другой точке, идет на формирование дополнительной радуги.[2]
Преломление цветов в дополнительной радуге.
3. Явления, принимаемые за радугу
Радуга – это оптическое явление в атмосфере, имеющее вид разноцветной дуги; но существуют такие явления, которые мы ошибочно можем принять за радугу. Рассмотрим некоторые из них.
3.1 Гало
Гало – это атмосферное оптическое явление, которое создается не капельками воды, а ледяными кристаликами. Гало можно наблюдать в любое время года, днем и ночью, вокруг солнца или луны, а в холодную погоду можно наблюдать гало даже вокруг фонарей и ламп. В отличие от капелек воды, которые отличаются только размерами, ледяные кристаллы бывают различных размеров и могут летать в воздухе разными способами. Поэтому радуга всегда располагается в одном месте на небе, а гало бывают разных видов. Первая теория гало была дана французским физиком Э. Мариоттом.[4]
Такое оптическое явление как гало является верным признаком того, что погода ухудшится. Ведь они довольно часто появляются в передней части циклонов, в перисто-слоистых облаках и служат признаком их появления.
Гало может иметь слабую окраску, цвет появляется из-за преломления света в шестигранных призматических кристаллов ледяных облаков. Гало не имеет цвета, когда свет отражается от граней кристаллов. Виды форм гало зависят от типов кристаллов, как они ориентированы в пространстве, и от высоты солнца. Появление гало с радиусом в 22° объясняется преломлением света боковыми гранями кристаллов. Появление гало в 46° объясняется преломлением света между боковыми гранями и основанием призм. Горизонтальный круг появляется из-за отражения света боковыми гранями вертикально расположенных кристаллов, тогда как появление солнечного столба объясняется отражением света от кристаллов, которые расположены преимущественно горизонтально.[5]
.
Гало 22°
3.2 Паргелии
Паргелий – один из видов гало, выглядит как светлое радужное пятно на уровне Солнца. Возникает вследствие преломления солнечного света в кристаликах льда. Его можно наблюдать у солнца, луны и даже у сильных фонарей. Внешне гало это светящееся кольцо, образующееся вокруг источника света, однако иногда паргелии принимают форму столба, креста, или даже похожи на радугу. Именно от расположения кристаллов будет зависеть, как будет выглядеть паргелий.
Чаще всего можно увидеть 22-градусный паргелий: с двух сторон от солнца появляются яркие пятна, на той же высоте, что и солнце, под углом 22° от него. Также встречаются 44-градусный и 120-градусный паргелии. Паргелий в 120° виден как круг на высоте солнца, который проходит через все небо параллельно горизонту, чаще всего белого цвета, иногда радужной расцветки.
Помимо паргелия иногда можно наблюдать такое явление как антигелий, или антисолнце, когда появляется второе солнце, которое располагается на противоположной стороне от настоящего. У луны так же встречается подобное явление, оно называется Парселена. Парселена возникает гораздо реже паргелия, даже, несмотря на то, что условия для возникновения явлений одинаковые.
Чаще всего ложная луна появляется в зимние месяцы, когда в атмосфере есть кристалики льда. Однако парселена может возникнуть и в другое время года, когда высоко в атмосфере образуются кристаллы льда шестиугольной формы. Кристалики льда преломляют лунный свет, при этом создаются каплеобразные или дугообразные пятна по обе стороны от луны. Кроме того, луна в период возникновения парселены должна быть полной или почти полной, и располагаться невысоко над горизонтом. Парселена может иметь такую же форму, как и паргелий: дуги, круги. Порой ложная луна излучает блеск, подобный лунному. Парселену можно наблюдать как в южном, так и в северном полушарии.[6]
Антигелий
