почему радуга имеет такую форму?

Почему радуга круглая или можно сказать сферическая?



Дело в том, что более или менее сферическая капля, освещенная параллельным пучком лучей солнечного света, может образовать радугу только в виде круга. Поясним это.
Описанный путь в капле с минимальным отклонением по выходе из нее
проделывает не только тот луч, за которым мы следили, но также и многие
другие лучи, упавшие на каплю под таким же углом. Все эти лучи и образуют
радугу, поэтому их называют лучами радуги.



Сколько же лучей радуги в пучке света, падающего на каплю? Их много, по
существу, они образуют целый цилиндр. Геометрическое место точек их падения на каплю это целая окружность.
В результате прохождения через каплю и преломления в ней цилиндр белых
лучей преобразуется в серию цветных воронок, вставленных одна в другую, с
центром в антисолярной точке, с открытыми раструбами, обращенными к
наблюдателю. Наружная воронка красная, в нее вставлена оранжевая, желтая,
далее идет зеленая и т. д. , кончая внутренней фиолетовой.

Таким образом, каждая отдельная капля образует целую радугу! Радуга -
„как Солнце в малой капле вод". Так образно и предельно лаконично выразил
суть радуги Г. Р. Державин.
Конечно, радуга от одной капли слабая, и в природе ее невозможно
увидеть отдельно, так как капель в завесе дождя много. В лаборатории же
удавалось наблюдать не одну, а несколько радуг, образованных преломлением
света в одной подвешенной капельке воды или масла при освещении ее лучом
лазера.



Подробнее об этом эксперименте рассказано ниже.

Радуга, которую мы видим на небосводе, мозаична — она образована
мириадами капель. Каждая капля создает серию вложенных одна о другую
цветных воронок (или конусов) . Но от отдельной капли в радугу попадает
только один цветной луч. Глаз наблюдателя является общей точкой, в которой
пересекаются цветные лучи от множества капель. Например, все красные лучи,
вышедшие из различных капель, но под одним и тем же углом и попавшие в глаз
наблюдателю, образуют красную дугу радуги, также и все оранжевые и другие
цветные лучи. Поэтому радуга круглая.

Почему радуга имеет форму дуги?
На самом деле привычная для глаза человека дуга является лишь частью разноцветной окружности. Целиком же это природное явление можно лицезреть лишь с борта самолета, да и то лишь при достаточной степени наблюдательности.

Первые исследования формы радуги еще в XVII веке проводил французский философ и математик Рене Декарт. Для этого ученый использовал стеклянный шар, заполненный водой, что давало возможность представить, как отражается солнечный луч в капле дождя, преломляясь и тем самым становясь видимым. Почему же наш глаз видит радугу именно в форме дуги, а не, например, в форме вертикальной цветной полосы? Здесь вступает в силу закон оптического преломления, при котором луч, проходя через каплю дождя, находящуюся в определенном положении в пространстве, претерпевает 42-кратное преломление и становится видимым человеческому глазу именно в форме окружности. Вот как раз часть этой окружности вы привыкли наблюдать. Окрашенность радужного кольца обуславливается преломлением солнечных лучей в сферических каплях дождя, отражением их от поверхности капель, а также дифракцией (от лат. diffractus – разломанный) и интерференцией (от лат. inter – взаимно и ferio – ударяю) отраженных лучей разной длины волн. Таким образом, цветовой спе
ктр радуги укладывается в известную любому ребенку формулу: “Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан” (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) .

Причина радуги — преломление света

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды, взвешенных в воздухе . Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (Красный свет отклоняется на 137 градусов 30 минут, а фиолетовый на 139°20'), в результате чего белый свет разлагается в спектр . Наблюдателю кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение (при этом источник яркого света всегда находится за спиной наблюдателя) . В яркую лунную ночь можно увидеть радугу от Луны . Поскольку человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении наиболее чувствительные рецепторы глаза — «палочки» — не воспринимает цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы — «колбочки» ).

Центр окружности, которую описывает радуга, всегда лежит на прямой, проходящей через Солнце (Луну) и глаз наблюдателя, то есть одновременно видеть солнце и радугу без использования зеркал невозможно. Для наблюдателя на земле она обычно выглядит, как часть окружности, чем он выше, тем радуга полнее — с горы или самолёта можно увидать и целую окружность .Радуга представляет собой каустику, возникающую из-за преломления и отражения плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке (для монохромного пучка) , отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем.

Показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового) , поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении. Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40—42°.Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50—53°. Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более темный оттенок. В горах и других местах, где очень чистый воздух, можно наблюдать третью радугу (угловой радиус порядка 60°).

как я знаю это оптический обман. В воздухе, в самолете она будет в форме кольца. Особенно хорошо видно в кабине пилота