Горизонты техники для детей, 1963 №11 (18)

Спектром, возникающим в природе, является радуга. Радуга появляется всегда к вечеру, во время дождя или сразу же после дождя, когда на небе уже нет облаков. Наблюдатель видит радугу, стоя спиной к солнцу. Радуга представляем собой разноцветную дугообразную полосу, состоящую из всех цветов спектра, плавно переходящих один в другой. Сверху находится красная полоска, снизу — фиолетовая, а между ними все остальные цвета солнечного спектра.

Вспомнив все эти явления, которые вы уже знаете из школьного курса физики, перейдём к самой теме. В воздухе после дождя имеются миллионы маленьких капелек воды, на которые падает солнечный свет. Рассмотрим подробнее одну такую капельку. — Луч света, падая на каплю воды в точке А, преломляется, проводит внутри капли к точке В и, наконец, покидает каплю в точке С, преломляясь ещё раз (черт. 3).

Мы нарисовали, как проходит только один луч, а их ведь очень много и каждый из них будет проделывать разные пути в капле, но каждый будет дважды преломляться и один раз отражаться. Физики уже давно определили путь лучей, падающих параллельно один другому в различных точках. Все лучи, входящие в каплю, возвращаются из неё точно так же, как возвращался рассмотренный нами один луч (черт. 3).

Лучи, проходящие через множество водяных капель, расходятся в различные стороны, но на выходе каждой из капель направление некоторого пучка лучей одинаковое. Такой пучок лучей образует с направлением падающих на каплю лучей угол 41°. Но и эти лучи преломляются, в капле и выходят из неё расщеплёнными на различные цвета, распространяющиеся в разные стороны. Больше всех преломляются, как мы уже установили, фиолетовые лучи, меньше всех — красные. В результате пучок света занимает пространство, заключенное между углом 40° (фиолетовые лучи) и углом 42° (красные лучи). Между ними располагаются остальные цвета.

Таким образом, стоя спиной к солнцу, мы видим цветную дугу, возникшую от пучка лучей, расположенных между 40 и 42° (считая от направления падающих лучей).

Почему радуга имеет дугообразную форму? Это чисто геометрический вопрос. Чтобы лучше его понять, представим себе, что на большой стене перед вами написаны в различных точках большие буквы А, В, С, D и т. п. Каждую из букв, смотря на них с одного места, вы видите под другим углом, что показано на черт. 4. Подумайте теперь, как следовало бы расположить эти буквы, если бы мы их рассматривали под одним углом по отношению к падающим на стену лучам?

Из точки, в которой предположим находится глаз, достаточно провести несколько прямых, каждая из которых образует со стеной одинаковый угол (черт. 5).

Эти прямые образуют с вершиной конуса в точке, где находится глаз наблюдателя, конусообразную поверхность. Наши буквы в таком случае пришлось бы расположить по окружности круга, являющегося основанием конуса. Центр этого круга находился бы в том месте, где на стене падала бы тень головы наблюдателя. Но лучи солнца падают всегда сверху, и центр окружности был бы всегда ниже линии горизонта. В результате на стене может возникнуть лишь часть окружности, то есть, дуга. Только на закате, когда солнце находится на линии горизонта, его лучи параллельны поверхности земли и центр дуги расположен на линии горизонта.

Вот такой конус, с вершиной в нашем глазу, можно себе представить, рассматривая красочную радугу. Угол между образующими этого конуса и его осью равен 41°. Лучи каждого цвета радуги образуют ряд таких конусов, находящихся один внутри другого. Самый большой конус с углом в 42° соответствует красному цвету, а самый малый с углом в 40° — фиолетовому цвету. Между ними — конусы, соответствующие остальным цветам.

А как выглядела бы радуга с самолета? При благоприятных условиях можно увидеть радугу в виде круга. Такие наблюдения уже человеку удалось проделать!

Все, кто понял о чём шла речь в этой статье, смогут разобраться и в чертеже 6. На нём изображен как бы поперечный разрез радуги, развёрнутой в плоскости, перпендикулярной чертежу.

На прямой, ведущей к глазу под углом 40°, собираются все фиолетовые лучи, отраженные каплями дождя, а на прямой под углом 42° — все красные лучи. Между ними располагаются остальные цвета радуги. Из чертежа также видно, что радуга имеет определенную ширину, то есть возникает в некоторой зоне дождя.

И ещё один любопытный факт. Каждый видит только свою радугу то есть радугу, совершенно иную, чем другой наблюдатель. Это вполне законно, так как расположение радуги зависит от места, с которого на неё смотрим. Из одной точки видна только одна радуга. Конечно, разница невелика, если два наблюдателя стоят, например, рядом. Но если же они находятся на некотором расстоянии друг от друга, то каждый видит иную радугу, созданную другими каплями дождя.

Наш физический кабинет

РАДУГА В КОМНАТЕ

Радугу можно искусственно создать в комнате при помощи простых средств. Основным условием должно быть хорошее освещение солнечным светом.