Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Радуга



План:


Введення

Веселка над Ладозьким озером
Радуга в водяного пилу від водоспаду Takakkaw Falls, Канада

Радуга - атмосферний оптичне і метеорологічне явище, що спостерігається зазвичай у поле підвищеної вологості. Воно виглядає як різнобарвна дуга або окружність, складена з квітів спектра (дивлячись зовні - всередину дуги: червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий). Ці сім кольорів - основні назви кольорів, які прийнято виділяти у веселці в російській культурі (можливо, слідом за Ньютоном, див. нижче), але слід мати на увазі, що насправді спектр безперервний, і кольори ці у веселці переходять один в одного з плавним зміною через безліч проміжних відтінків.

Центр окружності, описуваної веселкою, лежить на прямій, що проходить через спостерігача і Сонце, притому при спостереженні веселки (на відміну від гало) Сонце завжди знаходиться за спиною спостерігача, і одночасно бачити Сонце і веселку без використання оптичних пристроїв неможливо. Для спостерігача на землі веселка зазвичай виглядає як дуга, частина окружності, і чим вище точка зору спостерігача - тим веселка повніше (з гори або літака можна побачити і повну окружність). Коли Сонце піднімається вище 43 градусів над горизонтом, то веселка з поверхні Землі не видно.


1. Фізика веселки

Вторинна веселка
Заломлення світла при його переході в середу з іншою оптичною щільністю

Радуга виникає через те, що сонячне світло відчуває заломлення в крапельках води дощу або туману, що ширяють у атмосфері. Ці крапельки по-різному відхиляють світло різних кольорів ( показник заломлення води для більш довгохвильового (червоного) світла менше, ніж для короткохвильового (фіолетового), тому червоне світло менше відхиляється при ламанні - червоний на 137 30 ', фіолетовий на 139 20' і т. д.), в результаті чого білий світ розкладається в спектр. Дане явище викликане дисперсією. Спостерігачеві здається, що з простору по концентричних кіл (дугам) виходить різнобарвне світіння (при цьому джерело яскравого світла завжди повинен перебувати за спиною спостерігача).

Хід променів у сферичної краплі, освіта первинної веселки

Радуга являє собою каустику, що виникає при переломленні і відображенні (усередині краплі) плоскопаралельного пучка світла на сферичній краплі. Як показано на малюнку (для монохромного пучка), відбите світло має максимальну інтенсивність для деякого кута між джерелом, краплею і спостерігачем (і цей максимум вельми "гострий", тобто більшість переломленого з відображенням у краплі світла виходить практично точно під одним і тим же кутом). Справа в тому, що кут, під яким іде з краплі відбитий і заломлений в ній промінь, немонотонно залежить від відстані від падаючого (початкового) променя до осі, паралельної йому і проходить через центр краплі (ця залежність досить проста, і її неважко явно обчислити ), і залежність ця має гладкий екстремум. Тому "кількість променів", що виходять з краплі з кутами, близькими до екстремального значенням кута, - "набагато більше", ніж інших. При цьому вугіллі (який трохи різниться для різних показників заломлення для променів різного кольору) і виникає відображення-заломлення максимальної яскравості, що становить (від різних крапель) веселку ("яскраві" промені від різних крапель утворює конус з вершиною в зіниці спостерігача і віссю, що проходить через спостерігача і Сонце) [1].

Для одного відображення усередині краплі такий кут має одне значення, для двох - інше, і т. д. Цьому відповідає первинна, вторинна і т. д. веселка. Первинна - найяскравіша, вона забирає з краплі більшість світла. Веселку більшого порядку зазвичай не вдається побачити, тому що вона дуже слабка.

Схема освіти веселки
1) сферична крапля
2) внутрішнє відображення
3) первинна веселка
4) заломлення
5) вторинна веселка
6) входить промінь світла
7) хід променів при формуванні первинної веселки
8) хід променів при формуванні вторинної веселки
9) спостерігач
10) область формування первинної веселки
11) область формування вторинної веселки
12) хмара крапельок

Найчастіше спостерігається первинна веселка, при якій світло зазнає одне внутрішнє віддзеркалення. Хід променів зображений на малюнку справа вгорі. У первинній веселці червоний колір знаходиться зовні дуги, її кутовий радіус становить 40-42 .

Іноді можна побачити ще одну, менш яскраву веселку навколо першої. Це вторинна веселка, в якій світло відбивається в краплі два рази. У вторинній радуге "перевернутий" порядок кольорів - зовні знаходиться фіолетовий, а всередині червоний. Кутовий радіус вторинної веселки 50-53 . Небо між двома райдугами зазвичай має помітно більш темний відтінок.

Поява веселки третього порядку в природних умовах трапляється надзвичайно рідко. Вважається [2], що за останні 250 років було тільки п'ять наукових повідомлень про спостереження даного феномена. Тим більше дивним видається поява в 2011 р. повідомлення про те, що вдалося не тільки спостерігати веселку четвертого порядку, а й зареєструвати її на фотографії [3]. У лабораторних умовах вдається отримувати веселки набагато більш високих порядків. Так, у статті, опублікованій в 1998 р., стверджувалося, що авторами спостерігалася веселка двохсотий порядку [4].

У яскраву місячну ніч можна спостерігати і веселку від Місяця. Оскільки людське зір влаштовано так, що при слабкому освітленні найбільш чутливі рецептори очі - "Палички" - не сприймають кольору, місячна веселка виглядає білястої; чим яскравіше світло, тим "кольорові" веселка (у її сприйняття включаються колірні рецептори - "Колбочки").


2. Незвичайні веселки

Найчастіше спостерігається проста веселка-дуга, але відомий широкий спектр різних оптичних феноменів, пов'язаних з виникненням веселки, наприклад вогненні райдуги, що виникають на перистих хмарах, або туманна райдуга.

3. Подвійна, перевернута, кільцева веселка

Перевернута веселка

При певних обставинах можна побачити подвійну веселку, перевернуту або навіть кільцеву, а в певних місцевостях (в основному в США) - місячну веселку.

Для появи в небі перевернутої веселки (околозенітной дуги, зенітної дуги один з видів гало) необхідні специфічні погодні умови, характерне для Північного і Південного полюсів. Перевернута веселка утворюється за рахунок заломлення світла, що проходить через крижинки тонкої завіси хмар на висоті 7 - 8 000 метрів. Кольори в такий веселці розташовуються теж навпаки: фіолетовий вгорі, а червоний - внизу.


4. Відображена веселка

5. Історія дослідження

Веселка на Алясці
"Harpe de Lumire", малюнок Georges Noblet

Перська астроном Кутб ад-Дін аш-Ширазі (1236-1311), а можливо, його учень en: Kamal al-din al-Farisi (1260-1320), мабуть, був першим, хто дав досить точне пояснення феномена. [5] Приблизно одночасно аналогічне пояснення веселки запропонував і німецький вчений Дітер Фрейбургский.

Загальна фізична картина веселки була описана в 1611 Марком Антонієм де Домініс в книзі "De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride". На підставі досвідчених спостережень він прийшов до висновку, що веселка виходить в результаті віддзеркалення від внутрішньої поверхні краплі дощу і дворазового заломлення - при вході в краплю і при виході з неї.

Рене Декарт дав більш повне пояснення веселки в 1635 в своїй праці "Метеори" в розділі "Про радуге".

Подвійна веселка в ландшафті, картина Пітера Рубенса

Хоча багатобарвний спектр веселки безперервний, в багатьох країнах в ньому виділяють 7 або 6 (наприклад, в Японії та англомовних країнах [6]) кольорів. Вважають, що першим вибрав число 7 Ісаак Ньютон, для якого число 7 мало спеціальне символічне значення (по піфагорейський, богословським або нумерологическим міркувань). Причому спочатку він розрізняв тільки п'ять кольорів - червоний, жовтий, зелений, блакитний і фіолетовий, про що і написав у своїй "Оптиці". Але згодом, побачивши ще один колір (оранжевий), порахував це бісівським маною (число 6 для нього було диявольським) і, прагнучи створити відповідність між числом квітів спектра і числом основних тонів музичної гами, Ньютон додав до шести перелічених квітам спектра ще один (індиго ). [7]

  • Досить цікаво зауваження про те, що вичлененню в сонячному спектрі окремих кольорів може сприяти те, що на безперервний спектр в сонячному світлі накладено дискретний лінійчатий спектр поглинання деяких атомів у зовнішніх шарах сонячної атмосфери ( фраунгоферові лінії), причому деякі з цих ліній поглинання досить інтенсивні, щоб бути помітними, тобто сприяти враженню, що сонячний спектр складається зі смужок "окремих кольорів". Можливо, спроба прив'язати до найбільш інтенсивним фраунгоферових лініях традиційне (ньютоново) розподіл сонячного спектра на сім основних кольорів і була б дещо штучною, але посилюючи загальне враження "розділеності" квітів спектра, разом з іншими психологічними механізмами, сприйняття такої розділеності досить правдоподібно могло б бути однією з підстав традиційного поділу кольорів веселки.
Радуга повисла різнобарвним коромислом,
Опустивши один кінець в зелений океан ...
- М.Рисаков

6. Мнемонічні фрази

Кольори в веселці розташовані в послідовності, що відповідає спектру видимого світла. В російською мовою існують такі мнемонічні фрази для запам'ятовування цієї послідовності:

  • До ак про днажди Ж ак-з вонарь г олово з ламав ф Онар
  • До аждий про хотнік ж елает з нать, м де з ідіт ф азан.

Фрази є так званим акровіршем [8].

У цих фразах початкова буква кожного слова відповідає початковій букві назви певного кольору.

Кольори у фразі перераховуються відповідно до порядку кольорів у веселці, від червоного (видимий світло з найбільшою довжиною хвилі) до фіолетового (видиме світло з найменшою довжиною хвилі).


6.1. Інші варіанти

Існують аналогічні за метою конструкції, в яких кольори перераховуються в такій же послідовності.

  • До рот про Поза, ж ірафу, з Айке г олубие з шив ф уфайкі
  • До ак-то про днажди Ж ан з вонарь г ородской з ламав ф Онар
  • До аждий про формітель ж елает з нать, м де з качати ф отошоп
  • До варіння про кружал ж аркій з анавес г люонов, з озданние ф люіди

7. Радуга в історії, міфології та культурі

Joseph Anton Koch: Героїчний ландшафт з веселкою (1805)
  • В скандинавської міфології веселка - це міст Біврест, що з'єднує Мідгард (світ людей) і Асгард (світ богів); червона смуга веселки - вічний вогонь, який нешкідливий для Асів, але спалить будь-якого смертного, який спробує піднятися по мосту. Охороняє Біврест Ас Хеймдалль.
  • У давньоіндійській міфології - лук Індри, бога грому і блискавки.
  • В давньогрецької міфології - дорога Іриди, посланниці між світами богів і людей.
  • В вірменської міфології веселка - це пояс Тіра (спочатку бог сонця, потім - бог писемності, мистецтв і наук).
  • За слов'янським повір'ям, веселка п'є воду з озер, річок і морів, яка потім проливається дощем. Іноді вона заковтує разом з водою риб і жаб, тому часом вони з неба падають. Поява веселки віщувало нещастя, а якщо людині вдасться пройти під райдугою, то чоловік стане жінкою, а жінка - чоловіком [9].
  • Згідно з повір'ям багатьох африканських народів, в тих місцях, де веселка стосується землі, можна знайти клад (дорогоцінні камені, раковини каурі або бісер).
  • У міфології австралійських аборигенів Райдужний змій вважається покровителем води, дощу і шаманів.
  • Ірландський лепрекон ховає горщик золота в місці, де веселка торкнулася землі.
  • В Біблії веселка з'явилася після всесвітнього потопу як символ вибачення людства, і є символом союзу Бога і людства (в особі Ноя) про те, що потопу ніколи більше не буде (Бит.9 :13-15).

"Я веселку Свою дав у хмарі, щоб вона за знака заповіту між Мною та між землею. І буде, коли згущуючи Я хмари над землею, здасться веселка в хмарі". Цю фразу тлумач П'ятикнижжя Раші пояснює так: "Коли згущуючи Я хмари над землею", - коли Мій Атрибут Суду буде підказувати Мені навести на землю пітьму і загибель, тоді ... "з'явиться веселка у хмарі". Тобто веселка показується на небі тоді, коли людство заслуговує загибелі за свої гріхи. "І буде, коли Я наведу хмару на землю, то з'явиться веселка у хмарі, і Я згадаю заповіта, що між Мною і між вами і між кожною живою душею в кожному тілі і не буде більш вода потопом на винищення всякої плоті". (Бит.9 :13-15) Відповідно до Талмуда, за життя великих праведників немає потреби в цьому знаку, тому що Всесвіт захищена від загибелі їх присутністю.


8. Веселка і асоційовані терміни

  • Ірис - квітка з багатою гамою кольорів;
  • Іридій - метал, кольору сполук якого дають практично повну веселку;
  • Радужная оболочка глаза по-латыни - ирис;
  • Ирисовая диафрагма напоминает радужную оболочку глаза;
  • присутствует в названиях муз. групп (к примеру, Rainbow);

9. Радуга как символ

10. Примітки

  1. Можна помітити (це добре видно і на малюнку), що помітна кількість світла, відбитого-переломленого в краплях, попадає і у внутрішню область конуса. І хоча в цій галузі гострий максимум інтенсивності відсутня, що робить світ у ній практично позбавленим кольору, проте загальна кількість світла потрапляє сюди - досить велике. При спостереженні (і на фотографіях) нерідко можна помітити, що небо (як і пейзаж і взагалі все) всередині дуги веселки - помітно світліше.
  2. From myth to reality: photos prove triple rainbows exist - - Стаття на сайті Оптичного товариства (The Optical Society, OSA)
  3. Theusner M. Photographic observation Of A Natural Fourth-order rainbow - www.opticsinfobase.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-50-28-F129 (Англ.) / / Applied Otics. - 2011. - Vol. 50. - № 28. - P. F129-F133.
  4. Ng PH, Tse MY, Lee WK Observation Of High-order rainbows formed by a pendant drop - www.opticsinfobase.org/josab/abstract.cfm?uri=josab-15-11-2782 (Англ.) / / Journal of Optical Society of America B. - 1998. - Vol. 15. - № 11. - P. 2782-2787.
  5. Al-Farisi biography - www-gap.dcs.st-and.ac.uk / ~ history / Biographies / Al-Farisi.html
  6. Про кількість квітів у веселці - www.greendoorenterprises.com/content/a-21/Сколько-цветов-пьет-радуга
  7. Радуга - chemistry-chemists.com/N5_2010/19-49.pdf
  8. Гі Лефрансуа Прикладна педагогічна психологія - books.google.com / books? id = rA9CEMKc12MC & pg = PA144. - СПб. : Прайм-Еврознак, 2003. - С. 144. - 416 с. - (Проект "Головний підручник"). - ISBN 5938780896
  9. Левкіевская Е. Е. Міфи російського народу. - М .: Астрель, 2000. - С. 90. - 528 с. - (Міфи народів світу). - ISBN 5-17-002811-3

Література

12.1. Російською мовою


12.1.2. На англійській мові

  • Robert Greenler, Rainbows, Halos, and Glories, (1980) ISBN 0-521-38865-1
  • Raymond L. Lee and Alastair B. Fraser, The Rainbow Bridge: Rainbows in Art, Myth and Science, (2001) Penn. State University Press AND SPIE Press ISBN 0-271-01977-8
  • David K. Lynch & William Livingston, "Color and Light in Nature", 2nd edition (2001) ISBN 0-521-77504-3
  • MGJ Minnaert, "Light and Color in the Outdoors", 1995 ISBN 0-387-97935-2
  • M. Minnaert, "The Nature of Light and Color in the Open Air", 1973 ISBN 0-486-20196-1
  • Naylor, John, "Out of the Blue", 2002, ISBN 0-521-80925-8
  • Bleicher, Steven (2004) Contemporary Color: Theory & Use p6. Delmar. ISBN 1-4018-3740-9 : "However, most people can only discern six of these hues; they have trouble telling the difference between indigo and violet."

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru