下完雨后,会出现彩虹,是什么科学原理?
下完雨后,会出现彩虹,是什么科学原理?彩虹都是大自然最令人开心的展示之一。彩虹基本上是阳光,分散成各种颜色供我们观看。有没有想过“彩虹”这个词是从哪里来的?“雨”的一部分代表制造它所需的雨滴,而“弓”指的是它的弧形。 彩虹是在下列情况下形成的,太阳在观察者的位置后面,离地平线不超过42度,下雨了 ,水滴漂浮在空气中(这就是为什么下雨后我们会看到彩虹),天空足够晴朗才能看到彩虹。阳光被雨滴折射(弯曲)成它的成分颜色。 彩虹的形成过程始于阳光照射在雨滴。当来自太阳的光线进入水滴时,它们的速度会慢一点(因为水比空气密度大)。这导致光的路径弯曲或“折射”。
因此,当一束光线进入雨滴并弯曲时,它会分成不同的颜色波长。光继续穿过水滴,直到它从液滴的背面反射,并以42°的角度离开液滴的另一侧。当光线(仍然被分成不同的颜色)离开水滴时,它会加速返回到密度较低的空气中,并向下折射到眼睛里。 将这个过程应用于天空中的雨滴集合,瞧,你会看到一条完整的彩虹。有没有注意到彩虹的颜色(从外到内)总是变成红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝色、紫色? 为了找出原因,让我们考虑两个层面的雨滴,一个在另一个之上。在上图中,我们看到红光以更陡的角度折射出水滴。
因此,当一个人从一个陡峭的角度看时,较高的水滴发出的红光会以正确的角度传播,这就是红色出现在彩虹顶端的原因。现在考虑下雨滴。当凝视较浅的角度时,该视线内的所有液滴将紫色光射向眼睛,而红色光则从周边视野中射出,向下射向脚。这就是紫色出现在彩虹底部的原因。这两层之间的雨滴反射不同颜色的光(从下一个最长波长到下一个最短波长,从上到下排列),这样观察者就能看到全色光谱。彩虹真的是弓形的吗? 我们现在知道彩虹是如何形成的,但是它们在哪里形成的呢? 由于雨滴形状相对圆形,它们产生的反射也是弯曲的。信不信由你,彩虹其实是一个完整的圆,只是我们看不到它的另一半,因为地面挡住了路。 太阳离地平线越低,我们就能看到越多的整圈。 飞机提供了一个完整的视角,因为观察者可以上下观察完整的圆形船头。
我们学习了光线如何在雨滴内部经过三步(折射、反射、折射)形成初级彩虹。但是有时候,光会击中雨滴的背面两次,而不是一次。这种“重新反射”的光以不同的角度(50°而不是42°)离开液滴,导致出现在主弓形上方的次级彩虹。 因为光线在雨滴内经历两次反射,通过四步反射的光线更少,所以第二次反射会降低光线的强度,结果光线的颜色就不那么亮了。单彩虹和双彩虹的另一个区别是双彩虹的配色是相反的。(它的颜色有紫色、靛蓝色、绿色、黄色、橙色、红色。这是因为来自更高雨滴的紫光进入人的眼睛,而来自同一雨滴的红光从人的头上通过。与此同时,来自较低雨滴的红光进入人的眼睛,而来自这些雨滴的红光直接射向人的脚却看不见。 两条弧线之间的那条黑带呢?这是光线通过水滴反射角度不同的结果。
三彩虹和四彩虹极其罕见。它不仅需要雨滴多次反射,而且每次迭代都会产生一个较暗的弓形,这使得第三系和第四系彩虹很难看到。 当它们形成时,三重彩虹通常会被看到在主弧的内侧(如上图所示),或者是主弧和次弧之间的小连接弧。彩虹不仅仅出现在天空。后院洒水器。飞溅瀑布底部的薄雾。这些都是你能看到彩虹的方法。只要有明亮的阳光、悬浮的水滴,并且你处于合适的视角,彩虹就有可能出现! 也有可能创造彩虹没有包括水。举一个这样的例子,把水晶棱镜举到阳光充足的窗户上。