«Веселка» має також інші значення. (?)
Радуга - добре відоме оптичне явище в атмосфері; спостерігається, коли сонце освітлює пелену падаючого дощу і спостерігач знаходиться між сонцем і дощем. Явище це представляється у вигляді однієї, рідше - двох концентричних світлих дуг, рісующіхся на небосхилі з боку падаючого дощу і забарвлених концентрично в ряд «райдужних» кольорів. Внутрішня, найбільш часто видима дуга пофарбована з зовнішнього краю в червоний колір, з внутрішнього - в фіолетовий; між ними в звичайному порядку сонячного спектра лежать кольору. (Червоний), помаранчевий. жовтий. зелений. блакитний. синій і фіолетовий. Друга, рідше спостерігається дуга лежить над першою, пофарбована звичайно слабше, і порядок розташування кольорів в ній зворотний. Частина небосхилу всередині першої дуги здається звичайно дуже світлою, частина неба над другою дугою здається менш світлою, кільцеве же простір між дугами здається темним.
Іноді, крім цих двох головних веселок, спостерігаються ще додаткові веселки, що представляють слабкі кольорові розмиті смуги, що облямовують верхню частину внутрішнього краю першої веселки і рідше - верхню частину зовнішнього краю другої веселки. Іноді, дуже рідко, веселка спостерігається в тих же умовах і при освітленні дощової хмари місяцем. Те ж явище веселки помічається іноді і при освітленні сонцем водяного пилу, що носиться в повітрі поблизу фонтану або водопаду. Коли сонце закрите легкими хмарами - перша веселка здається іноді абсолютно не пофарбованої і представляється у вигляді белесоватой дуги, більш світлої, ніж фон небосхилу; таку веселку називають білою. Спостереження явища рядугі показали, що дуги її представляють правильні частини кіл, центр яких лежить завжди на лінії, що проходить через спостерігача і сонце; так як таким чином центр веселки при високо стоїть сонце лежить нижче горизонту, то спостерігач бачить лише невелику частину дуги веселки; при заході і сході сонця, коли сонце на горизонті, веселка представляється у вигляді полудугі окружності. З вершини дуже високих гір, з повітряної кулі можна побачити веселку і у вигляді більшої частини дуги окружності, так як при цих умовах центр Р. розташований над видимим горизонтом. Спостереження над веселкою показали, що кут, утворений двома лініями, подумки проведеними з очей спостерігача до центру дуги веселки і до її кола, або кутовий радіус веселки, є величина приблизно постійна і рівна для першої веселки близько 41 °, для другої 52 °. Елементарне пояснення явища веселки дано було ще в 1611 р А. де-Доміні в його творі «De Radiis Visus et Lucis», розвинене потім Декартом ( «Les m # 233; t # 233; ores», 1637) і цілком розроблено Ньютоном в його «Оптиці» (1750).
Згідно з цим поясненням явище веселки відбувається внаслідок заломлення і повного внутрішнього відображення (див. Діоптріка) сонячних променів в краплях дощу. Якщо на кульову краплю рідини впаде промінь SA. то він (рис. 1), зазнавши переломлення у напрямку АВ. може відбитися від задньої поверхні краплі у напрямку ВС і вийти, знову поламав, у напрямку CD.
Луч, інакше впав на краплю, може, однак, в точці С (рис. 2) другий раз відбитися по CD і вийти, поламав, у напрямку DE.
Якщо на краплю впаде не один промінь, але цілий пучок паралельних променів, то, як доводиться в оптиці. всі промені, які зазнали одне внутрішнє віддзеркалення в краплі води, вийдуть з краплі в вигляді розходиться конуса променів (рис. 3), вісь якого розташована у напрямку падаючих променів (Насправді пучок виходять з краплі променів не представляє правильного конуса, і навіть всі складові його промені не перетинаються в одній точці, тільки для простоти на наступних кресленнях ці пучки прийняті за правильні конуси з вершиною в центрі краплі.)
Кут отвору конуса залежить від коефіцієнта заломлення рідини. а так як коефіцієнт заломлення для променів різного кольору (різної довжини хвилі), що становлять білий сонячний промінь, неоднаковий, то і кут отвору конуса буде різний для променів різного кольору, саме для фіолетових буде менше, ніж для червоних. Внаслідок цього конус буде облямований кольоровим райдужним краєм, червоним ззовні, фіолетовим всередині, причому, якщо крапля водяна, то половина кутового отвору конуса SOR для червоного кольору буде близько 42 °, для фіолетового (SOV) 40,5 °. Дослідження розподілу світла всередині конуса показує, що майже весь світ зосереджений в цій кольоровий облямівці конуса і надзвичайно слабкий в центральних частинах його; таким чином ми можемо розглядати лише яскраву кольорову оболонку конуса, так як всі внутрішні промені його занадто слабкі, щоб бути сприйняті зором. Подібне ж дослідження променів, двічі відбилися в краплі води, покаже нам, що вони вийдуть такий же конічної райдужною оболонкою V'R (рис. 3), але червоною з внутрішнього краю, фіолетовою з зовнішнього, причому для водяної краплі половина кутового отвору другого конуса буде дорівнює 50 ° для червоного (SOR) і 54 ° для фіолетового краю (SOV).
Уявімо собі тепер, що спостерігач, очей якого знаходиться в точці О (рис. 4), дивиться на ряд вертикальних дощових крапель А. В. С. D. E '. освітлених паралельними сонячними променями, що йдуть у напрямку SA. SB. SC і т. Д .; нехай всі ці краплі розташовані в площині, що проходить через око спостерігача і сонце; кожна така крапля буде, за попереднім, випромінювати дві конічних світлових оболонки, загальною віссю яких буде падаючий на краплю сонячний промінь.
Нехай крапля В розташована так, що один з променів, що утворюють внутрішню оболонку першого (внутрішнього) конуса, при продовженні пройде через око спостерігача; тоді спостерігач побачить в В фіолетову точку. Кілька вище краплі У буде розташована така крапля С. що промінь, що йде від зовнішньої поверхні оболонки першого конуса, потрапить в око і дасть в ньому враження червоною точки в С; краплі, проміжні між В і С. дадуть в оці враження точок синіх, зелених, жовтих і помаранчевих. У сумі - очей побачить в цій площині вертикальну райдужну лінію з фіолетовим кінцем внизу і червоним нагорі; якщо проведемо через О і сонце лінію SO. то кут, утворений нею з лінією OB. буде дорівнює роззявлений першого конуса для фіолетових променів, т. е. 40,5 °, а кут KOC буде дорівнює роззявлений першого конуса для червоних променів, т. е. 42 °. Якщо повертати кут KOB навколо OK. то OB опише конічну поверхню і кожна крапля, що лежить на колі перетину цієї поверхні з дощової пеленою, дасть враження світлої фіолетовою точки, а всі крапки разом дадуть фіолетову дугу окружності з центром в K; точно так же утворюється червона і проміжні дуги, і в сумі очей отримає враження світлої райдужної дуги, фіолетовою всередині, червоною ззовні - першої веселки. Приклавши ті ж міркування до другої зовнішньої світловий конічної оболонці, випромінюваної краплями і освіченою сонячними променями, двічі в краплі відбитими, отримаємо більш широку другу концентричну веселку з кутом KOE. рівним для внутрішнього червоного краю - 50 °, а для зовнішнього фіолетового - 54 °. Внаслідок дворазового відбиття світла в краплях, що дають цю другу веселку, вона буде значно менш яскравою, ніж перша. Краплі D. лежать між С і Е. абсолютно не випромінюють світла в око, і тому простір між двома райдугами буде здаватися темним; від крапель, що лежать нижче B і вище Е. в око потраплять білі промені, що йдуть від центральних частин конусів і тому досить слабкі; це пояснює, чому простір під першою і над другою веселки здається нам слабо освітленим. Нерізкість і розмитість фарб веселки пояснюється тим, що джерелом освітлення є не точка, але ціла поверхню - сонце, і що окремі різкіші веселки, утворені окремими точками сонця, накладаються один на одного. Якщо сонце світить крізь пелену тонких хмар, то світиться джерелом є хмара, що оточує сонце, протягом 2-3 ° і окремі кольорові смуги настільки накладаються один на одного, що око вже не розрізняє кольорів, а бачить лише безбарвну світлу дугу - білу веселку. Викладена теорія передбачає далі, що деякі промені в водяних краплях зазнають 3-4-5-кратне відображення і більше і виходять з краплі райдужними конічними оболонками, що утворюють веселки третю, четверту, п'яту і т. Д. Або, як кажуть, веселки вищих порядків . Дослідження показує, однак, що конуси веселок третього і четвертого порядку спрямовані отворами від сонця; ці Р. були б видно спостерігачеві, що дивиться через дощову пелену на сонці, якби сліпуче світло останнього не перешкоджав помітити їх. Радуга п'ятого порядку спрямована так само, як веселки першого і другого, і має кутовий радіус в 55 °; її, мабуть, однак, ніколи не спостерігали, через надмірну слабкості світла, випромінюваного нею. Міллер, Пульфріх, Більє і інші вивчали штучні веселки, одержувані при спостереженні відображення і заломлення світла в циліндричної струмені води, що освітлюється джерелом, поміщеним за спостерігачем, і при цих умовах могли помітити веселки до 19 порядку; виміряні ними кутові радіуси веселок дуже близькі до передбачала теорія. Викладена елементарна теорія веселок повинна, однак, розглядатися лише як перше наближення до істинної теорії веселок, так як вона не з'ясовує появи додаткових веселок і так як передбачаються нею кутові радіуси веселок дещо більше спостережуваних (спостерігалися перші веселки з кутами від 38 ° до 40 °) . Юнг. Поттер і потім, особливо Ері (1838-48), розробили досконалішу теорію веселок, засновану на розгляді явищ дифракції при ламанні і відображенні світла в краплях води. Ця теорія, вельми складна і не піддається елементарному викладу, цілком пояснює всі особливості веселки, а також поява додаткових веселок. Відповідно до цієї теорії, кутові радіуси додаткових веселок залежать від величини крапель і ці веселки тим видніше, ніж краплі менше. Так як дощові краплі збільшуються в міру наближення до землі, то додаткові веселки можуть бути добре видимі лише при ламанні і відображенні світла на підвищених шарах дощової пелени, т. Е. При невеликій висоті сонця і тільки у верхніх частин першої і другої веселок. Повна теорія білої веселки дана була ПЕРТНЕР в 1897 р Часто збуджувався питання про те, чи бачать різні спостерігачі одну і ту ж веселку і представляє веселка, видима в тихому дзеркалі великого водного резервуару, відображення безпосередньо спостерігається веселки. Елементарна теорія веселок очевидно вказує, що різні спостерігачі бачать веселки, утворені різними краплями дощу, т. Е. Різні веселки, і що здається відображення веселки є та веселка, яку бачив би спостерігач, поміщений під поверхнею, що відбиває на такій відстані від неї вниз, на якому він знаходиться над нею. Спостерігалися в рідкісних випадках, особливо на морі, пересічні ексцентричні веселки пояснюються відображенням світла від водної поверхні за спиною спостерігача і появою, таким чином, двох джерел світла (сонця і відображення його), що дають кожен свою веселку.
Див. Також [ред]
Література [ред]
- Airy, «Transactions of the Cambridge Philosophical Society» (т. VI, 1838);
- Perntner, «Sitzungsb. d. Wiener Akademie »(т. 106, 1897);
- Mascart, «Trait # 233; d'Optique »(т. I, стор. 382-405).