В чем заключается настоящая магия радуги? Изображение: images.newscientist.com
Несмотря на то, что радуга похожа на реальный объект, висящий где-то вдали, все попытки приблизиться к ней будут обречены на провал – она будет удаляться от нас с той же скоростью, с которой мы приближаемся к ней. Поймать ее тоже не выйдет – в конечном итоге, радуга – это оптический объект, который не существует в определенной точке пространства. На самом деле радуга – это прекрасная иллюзия, поняв природу которой, можно многое узнать об окружающем мире и Вселенной. Так, древние цивилизации испытывали гораздо больше трудностей с понимаем природы света, чем с физическими объектами и даже рассматривали его как механизм зрения, приводящий к появлению таких странностей, как радуга. Древние греки, например, были уверены в том, что все вокруг состоит из четырех элементов, поэтому семь цветов радуги воспринимались ими как проявление божественной воли.
Тайна света
Исаак Ньютон справедливо считается одним из величайших ученых в истории человечества. И дело не только в теории гравитации, разработанной им в семнадцатом веке и описывающей движение объектов вблизи поверхности Земли, орбиту Луны вокруг Земли и орбиты планет вокруг Солнца. Именно Ньютон обнаружил, что белый свет – это смесь всех цветов.
К такому выводу ученый пришел, проведя эксперимент. Сначала он затемнил свою комнату таким образом, чтобы ни один луч света не мог в нее проникнуть. Затем раздвинул шторы так, чтобы сквозь них пробивался луч света, толщиной в карандаш и проходил через призму – треугольный кусок стекла.
Белый свет – это смесь всех цветов. Изображение: cdn.britannica.com
Призма, как оказалось, преломляла узкий луч белого света таким образом, что на выходе из нее он переставал быть белы, становясь разноцветным, прямо как радуга. Ньютон назвал свою искусственную радугу спектром.
Это интересно: В России чаще будет появляться радуга — почему это плохой знак?
Световой спектр
Спектр, о котором говорил Ньютон, устроен следующим образом – когда луч света проходит через воздух и попадает в стекло, он преломляется. Отметим, что преломление называется рефракцией, которая, в свою очередь, происходит не только в стекле, но и в воде. Об этом особенно важно помнить, когда мы говорим о радуге, ведь именно за счет рефракции весло выглядит изогнутым, когда мы погружаем его в реку.
Итак, свет преломляется, когда проходит через стекло или воду, но главное в этом процессе – это угол преломления, который напрямую зависит от цвета светового луча. Так, красный свет преломляется под более тупым углом, чем синий.
Ньютон оказался прав, предположив, что белый свет – это смесь различных цветов. Изображение: www.mozaweb.com
Таким образом, пропустив через призму белый свет, мы увидим, что синий свет преломится больше, чем красный, поэтому при выходе с другой стороны призмы они разделятся, а между ними окажутся желтый и зеленый. В результате перед нами появится ньютоновский спектр: все цвета радуги, расположенные в обычном для радуги порядке – красный, оранжевый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.
Хотите всегда первыми узнавать о последних открытиях в области науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!
Эксперименты Ньютона
Безусловно, Исаак Ньютон не был первым человеком, создавшим радугу с помощью призмы – у других экспериментаторов получался такой же результат, однако они считали, что это призма «окрашивает» белый свет. Ньютон же посмотрел на радугу иначе и предположил, что призма просто отделяет цвета друг от друга.
Справедливость своей догадки Ньютон впоследствии доказал серией экспериментов. Он брал призму, как и раньше, и направлял разноцветный поток света в маленькую прорезь, так что через нее проходил луч только одного цвета, например, красный. Потом на пути красного луча он установил еще одну призму, которая преломляла свет как обычно, однако на выходе луч оставался красным – никаких дополнительных цветов не появлялось.
Ньютон разгадал тайну света и радуги. Изображение: www.thoughtco.com
Таким образом выдающийся ученый подтвердил свою теорию о белом свете как смеси всех цветов и… продолжил эксперименты. Так, в следующий раз Ньютон решил стать более изобретательным и задействовал сразу три призмы. По сути, это был контрольный эксперимент, окончательно разрешающий научный спор тех лет.
Вам будет интересно: Расплетая радугу — как тайны света привели человечество к открытию темной материи?
Почему мы видим радугу?
Итак, с призмами разобрались, но что насчет настоящей радуги? Чтобы понять как она образуется, необходимо вспомнить про рефракцию, так как радуга появляется, когда солнечный свет отражается от капель дождя и попадает в глаза наблюдателя. Большинство дождевых капель имеют сферическую форму, которая и обеспечивает условия, необходимые для появления радуги.
Чтобы увидеть радугу, необходимы и другие условия, включая расположение солнца и дождевых капель по отношению к наблюдателю. Это означает, что солнце должно находиться у нас за спиной, низко над горизонтом (в идеале под углом не менее 42°). Чем ниже солнце опускается в небе, тем большую дугу радуги мы увидим. Радуга выглядит полукруглой над ровной поверхностью только на восходе или закате, когда солнце находится точно над горизонтом. В большинстве случаев виден меньший участок дуги.
Для формирования радуги необходим ряд важных условий. Изображение: images.ctfassets.net
Дождь, туман или какой-либо другой источник образования водяных капель также должен находится в нашем поле зрения, а вот размер дождевых капель напрямую не влияет на геометрию радуги, но туман или дымка, как правило, усиливают эффект.
Отметим, что солнечный свет состоит из света с множеством различных длин волн, которые замедляются на различную величину, в результате чего белый свет расщепляется или рассеивается. При этом более короткие синие и фиолетовые волны слегка меняют направление на более длинные волны красного света. Поскольку вода плотнее воздуха, свет, проходящий из воздуха в дождевую каплю под определенным углом, замедляется и меняет направление в процессе, называемом преломлением.
Не пропустите: Как бозон Хиггса помогает раскрывать тайны Вселенной?
Таким образом наблюдатель, находясь в нужном месте, увидит, как рассеянный солнечный свет отражается обратно в его сторону. Свет, рассеянный множеством капель, попадая в глаза наблюдателя, будет выглядеть как разноцветная радуга.
Различные цвета выходят из капель под углами, варьирующимися примерно на два градуса, от красного до фиолетового. Красный свет, видимый наблюдателем, исходит от капель, которые располагаются немного выше в атмосфере, чем те, что рассеивают фиолетовый свет в направлении наблюдателя.
Радуга – это прекрасная иллюзия, скрывающая в себе природу света. Изображение: timesknowledge.wwmindia.com
Человеческий глаз способен различать множество оттенков, поэтому принято считать, что радуга состоит из семи цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. А значит самое время вспомнить знаменитую детскую считалку, обозначающую семь цветов радуги –»Каждый охотник знает где сидит фазан».
