Радуга в природе

Проблема:
Что такое радуга?
Цель:
Задачи:
Выяснить, как возникает и когда появляется радуга.
Узнать представление о физике возникновения радуги.
Рассмотреть влияние размеров капель на вид радуги.
Выяснить физическую сущность природного явления

Наверное, нет человека, который бы не любовался радугой.
Это великолепное красочное явление издавна поражало воображение людей. О радуге слагались легенды, ей приписывали удивительные свойства.
У древних греков богиня радуги Ирида выступала как посредница между богами и людьми, передававшая людям волю богов. Глядя на радугу, древние греки верили, что она соединяет небо и землю.
По мнению древних эстов, радуга наполняла водой истощенные после дождя облака; вода по радуге якобы поднималась из озера или реки в небеса.
Любуясь радугой, древние индейцы думали о цветах, которые увяли на земле и вновь расцвели на небе.
Все цветы лесов зеленых,
Все болотные кувшинки,
На земле когда увянут,
Расцветают снова в небе.
(Г. Гонфелло.)

Древние арабы считали её луком бога света Кузаха. После победы над силами тьмы, не пускавшим солнце на небо, Кузах вешал радугу- дугу на облака.
У славянских народов радуга, появляющаяся на небе после благодатного дождя, олицетворяла победу бога-громовержца Перуна, поразившего молниями духа зла.
Радуга -добрая предвестница. Если она появилась, значит, проглянуло солнце; напоивший посевы дождь, сделав доброе дело, теперь окончится, настанет хорошая погода.

К тебе я, солнце, обращусь спиною;
На водопад сверкающий, могучий
Теперь смотрю я с радостью живою,-
Стремится он, дробящийся, гремучий.
Слово «радуга» содержит старославянский корень «радь», что означает «веселый». В старославянском языке есть наречие «радоштами», и означающее «радостно». И в наши дни в некоторых местностях на Украине радугу называют «веселкой». А многие люди «расшифровывают» слово «радуга» как «райская дуга».
Поэты неоднократно обращались к радуге. Ощущение радости, вызываемое радугой, хорошо передано, например, в стихотворении Гете. Поэт любуется радугой, возникшей на фоне струй водопада, и сравнивает красочность человеческой жизни с красочностью радуги.

Конечно, не только о хорошей погоде думали люди, любуясь радугой. С радугой издавна связывались представления о благополучии, о счастье. Существовало поверье, будто в том месте, где радуга как бы уходит одним из своих концов в землю, можно откопать горшок с золотом. А чтобы до окончания жизни быть счастливым и удачным во всех делах, достаточно хотя бы раз пройти под радугой босиком. Жаль вот только, что никому ещё не удавалось пройти под радугой, никто не смог подойти к её основанию.
Радуга действительно неуловима и недолговечна, но, увы, ощущение это мимолетно. Оно дарит мечту о счастье, но счастье это оказывается недостижимым.

Многократно наблюдая радугу, люди естественно, давно пытались понять физику её возникновения.
Откуда берется удивительный красочный свет, исходящий от дуг радуги?
Все радуги — это солнечный свет, разложенный на компоненты и перемещенный по небосводу таким образом, что он кажется исходящим от части небосвода,
противоположной той, где находится Солнце.
Многократно наблюдая радугу, люди естественно, давно пытались понять физику её возникновения.
Откуда берется удивительный красочный свет, исходящий от дуг радуги?
Все радуги — это солнечный свет, разложенный на компоненты и перемещенный по небосводу таким образом, что он кажется исходящим от части небосвода,
противоположной той, где находится Солнце.
Развитие представлений
о физике возникновения радуги

В 1571 г. Фличер из Бреслау опубликовал работу, где утверждал, что наблюдатель видит радугу в результате попадания в его глаз световых лучей, каждый из которых испытывал двукратное преломление в одной капле дождя и последующее отражение от другой капли дождя.
В начале 17 века итальянец Антонио Доминико предложил иной вариант прохождения светового луча к наблюдателю. Он утверждал, что достаточно рассмотреть одну каплю дождя. Изображение радуги формируется в результате того, что световой луч испытывает в капле дождя двукратное преломление и одно отражение.
Научное объяснение радуги впервые дал Репе Декарт в 1637 г. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя. В то время еще не была открыта дисперсия — разложение белого света в спектр при преломлении. Поэтому радуга Декарта была белой.
В 1571 г. Фличер из Бреслау опубликовал работу, где утверждал, что наблюдатель видит радугу в результате попадания в его глаз световых лучей, каждый из которых испытывал двукратное преломление в одной капле дождя и последующее отражение от другой капли дождя.
В начале 17 века итальянец Антонио Доминико предложил иной вариант прохождения светового луча к наблюдателю. Он утверждал, что достаточно рассмотреть одну каплю дождя. Изображение радуги формируется в результате того, что световой луч испытывает в капле дождя двукратное преломление и одно отражение.
Научное объяснение радуги впервые дал Репе Декарт в 1637 г. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя. В то время еще не была открыта дисперсия — разложение белого света в спектр при преломлении. Поэтому радуга Декарта была белой.

Спустя 30 лет Исаак Ньютон, открывший дисперсию белого света при преломлении, дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя. По образному выражению американского ученого А.Фразера, сделавшего ряд интересных исследований радуги уже в наше время, «Декарт повесил радугу в нужном месте на небосводе, а Ньютон расцветил ее всеми красками спектра».

В «Лекциях по оптике» Ньютона обобщены полученные ранее результаты и дано следующее исчерпывающее объяснение возникновения радуги: «Из лучей, входящих в шар, некоторые выходят после одного отражения, другие после двух отражений; есть лучи, выходящие после трех и даже большего числа отражений. Поскольку дождевые капли очень малы относительно расстояния до глаза наблюдателя, так что физически могут считаться за точки, то не стоит совсем рассматривать их величины, а только углы, образуемые падающими лучами с выходящими. Там, где эти углы наибольшие или наименьшие, выходящие лучи более сгущены. Так как различные роды лучей составляют различные наибольшие и наименьшие углы, то лучи, наиболее плотно собирающиеся у различных мест, имеют стремление к проявлению собственных цветов.

Несмотря на то, что теория радуги Декарта — Ньютона создана более 300 лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги: положение главных дуг, их угловые размеры, расположение цветов в радугах различных порядков.Для объяснения радуги мы пока и ограничимся теорией Декарта — Ньютона, которая подкупает своей удивительной наглядностью и простотой.

Цель: пронаблюдать разложение белого света на спектр.
Оборудование: источник света, призма, экран, линза, осветитель.
Вывод: белый свет сложный. Он состоит из составляющих, которым соответствуют разные цвета. В виду того, что составляющие белого света обладают различием в своих свойствах, они по разному взаимодействуют с веществами. Для каждой составляющей белого света показатель преломления имеет свое значение. Наибольший показатель преломления имеют лучи, соответствующие красному цвету.
Наблюдение разложения света в спектр
при прохождении его сквозь призму

Красный
Оранжевый
Желтый
Зеленый
Голубой
Синий
Фиолетовый
У радуги семь цветов , чередующиеся
в следующем порядке:
Радуга, оптическое явление в атмосфере, наблюдаемое при дожде, когда лучи солнца преломляются через пелену дождевых капель; на небосклоне появляется окрашенная в цвета спектра дуга, причем наружная сторона - в красный, а внутренняя - в фиолетовый цвет.

Всегда мне мало… Пусть в мгновенье это
Все семь цветов я вижу без труда,-
Но все ж невольно жду восьмого цвета,
Который в детстве снился иногда.
В. С. Шефнер.
Всегда мне мало… Пусть в мгновенье это
Все семь цветов я вижу без труда,-
Но все ж невольно жду восьмого цвета,
Который в детстве снился иногда.
В. С. Шефнер.

.
.
Вернем к описанию радуги.
Нередко над основной радугой возникает еще одна ( дополнительная) радуга – более широкая и размытая.
Цвета в дополнительной радуге чередуются в обратном порядке: от фиолетового ( внешний край) до красного ( внутренний край). Между красными краями основной и дополнительной радуг находится темноватая полоса. Её называют Александровой полосой – по имени жившего во 2 в. греческого философа Александра, подметившего эту особенность двойной радуги.
Особенно яркая, праздничная радуга возникает после шумной летней грозы ( или во время грозы). При моросящем дождике цветовая краска радуги становится бледной. В этом случае радуга может превратится в белесый полукруг.

Особенно яркая, праздничная радуга возникает после шумной летней грозы ( или во время грозы). При моросящем дождике цветовая краска радуги становится бледной. В этом случае радуга может превратится в белесый полукруг.

Когда появляется радуга

Появляется, только когда выглянуло из-за туч солнце и только в стороне, противоположной солнцу.
Возникает, когда солнце освещает завесу дождя.
Появляется при условии, когда угловая высота солнца над горизонтом не превышает 42 градуса.
Когда появляется радуга

Итак, пусть параллельный пучок солнечных лучей падает на каплю.
Ввиду того что поверхность капли кривая, у разных лучей будут разные углы падения. Они изменяются от 0 до 90°. Преломившись под углом преломления, луч входит в каплю. Часть энергии луча, преломившись, выходит из капли, часть, испытав внутреннее отражение, идет внутри капли. В принципе луч может испытывать любое число внутренних отражений, а преломлений у каждого луча два — при входе и при выходе из капли.
Лучи радуги

Влияние размеров капель на вид радуги

Бывает ли радуга без дождя?
Оказывается, бывают — в лаборатории. Искусственные радуги создавались в результате преломления света в одной подвешенной капельке дистиллированной воды, воды с сиропом или прозрачного масла. Размеры капель варьировали от 1,5 до 4,5 мм. Тяжелые капли вытягивались под действием силы тяжести, и их сечение в вертикальной плоскости представляло собою эллипс. При освещении капельки лучом гелий-неонового лазера (с длиной волны 0,6328 мкм) появлялись не
только первая и вторая радуги, но и необычайно яркие третья и четвертая, с центром вокруг источника света (в данном случае лазера). Иногда удавалось получать даже пятую и шестую радуги.
Итак, одна капелька создала столько радуг! Правда, эти радуги не были
радужными. Все они были одноцветными, красными, так как образованы не белым источником света, а монохроматическим красным лучом.

Литература
1. Л.В.Тарасов. «Физика в природе» М.: Просвещение, 1988.
2. Л.Эллиот. «Физика» М.: Наука, 1995.
3. «Физический энциклопедический словарь» М.: Советская энциклопедия, 1985.
4. Я.И.Перельман. «Занимательная физика» М.: Наука, 1991.