彩虹是人們經(jīng)??吹降囊环N自然界的光現(xiàn)象,每當(dāng)五彩繽紛的彩虹當(dāng)空掛時(shí),人們都會(huì)情不自禁地爭(zhēng)相觀賞這種大自然界的美景,那么彩虹是怎么形成的呢?
在中學(xué)物理課上,提到了光的色散會(huì)形成彩虹,那么光的色散怎么形成彩虹的呢?早在13世紀(jì)科學(xué)家就對(duì)彩虹的成因進(jìn)行過(guò)探討。德國(guó)有一位傳教士叫西奧多里克,曾在實(shí)驗(yàn)中模仿天上的彩虹,后來(lái)科學(xué)家笛卡爾用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證它的正確性,再后來(lái)牛頓從笛卡爾的實(shí)驗(yàn)得到啟發(fā),又借鑒了胡克和玻意耳的分光實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步用三棱鏡做了光的色散實(shí)驗(yàn),總結(jié)了各種色光折射能力不同,造成這些色光彼此遠(yuǎn)離而形成一條七彩色帶,順序是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色,這與彩虹的顏色相似。
空氣中沒(méi)有三棱鏡存在,卻為何能形成彩虹呢?這是因?yàn)榭諝庵衅≈罅康男∷?,?dāng)太陽(yáng)光照射到這些小水滴上,一個(gè)個(gè)的小水滴(由于重力作用,小水滴下面粗,上面細(xì),形似瓜子)就像棱鏡似的把白光分解成七種色光,對(duì)陽(yáng)光起分光散色的作用,陽(yáng)光射入小水滴,即從空氣這種介質(zhì)進(jìn)入水這種介質(zhì)發(fā)生一次折射,由于構(gòu)成白光的各種單色光的折射率不同,紫光波長(zhǎng)最短,其折射率最大,紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng),其折射率最小,其余各色光介于其間,因此,光線在小水滴內(nèi)產(chǎn)生了分光現(xiàn)象,各色光同時(shí)在小水滴中繼續(xù)傳播,遇到水滴的另一個(gè)界面時(shí),再一次發(fā)生折射回到空氣中,這樣,陽(yáng)光在小水滴中進(jìn)行了兩次折射就分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種單色光,當(dāng)空氣中小水滴數(shù)量很多時(shí),射出來(lái)的光集中在一起,天空中美麗的彩虹就形成了。
平時(shí),我們看到的多數(shù)是一條彩虹,視角(從地面到虹頂?shù)慕嵌?約為42度,有時(shí)在彩虹的外邊還能看到一條顏色順序與這條彩虹恰好相反。且較暗一些的另一條虹,這條叫副虹,主虹是內(nèi)紫外紅,副虹是內(nèi)紅外紫,副虹又叫霓,霓與主虹為同心的圓弧,兩者之間的天空比較暗,虹內(nèi)、虹外,天空比較明亮,霓的視角大約是51度,它的成因與主虹基本相同,它是陽(yáng)光在小雨滴中經(jīng)過(guò)兩次反射和兩次折射而形成的,即折射——全反射——全反射——折射而形成,在地平面上,我們看到的主虹與霓是半圓形的,那是因?yàn)樗鼈兿掳氩糠直坏孛嬲谧×?,若是站在高山頂上,就能看到主虹與霓的大部分,只有在晴朗的天空,在飛機(jī)艙中向下看,才能看到主虹與霓的全貌,即完整的圓環(huán)。
如果太陽(yáng)的角度太大(例如在中午前后),或太小(近日出或落日)我們也不易看到彩虹,又因?yàn)椴屎缡顷?yáng)光經(jīng)小水滴反射進(jìn)入我們眼睛的,所以彩虹永遠(yuǎn)出現(xiàn)在太陽(yáng)的對(duì)面,因此,朝虹見(jiàn)于西方,夕虹見(jiàn)于東方,其出現(xiàn)以夏季為主。
彩虹是美麗的,有了它,大自然更具有魅力。