Dispersion in Regenbogen
Also habe ich versucht, nach der Arbeit eines Regenbogens zu suchen. Ich fand viele Quellen und die Erklärung war klar. Ich habe immer noch ein Problem. Da die Dispersion aufgrund unterschiedlicher Brechungsindizes für unterschiedliche Farben erfolgt, sollte die Aufteilung immer unabhängig vom Winkel erfolgen. Warum ist es dann nur bei 40-42 Grad möglich? Mein Versuch war zu denken, dass der Grund sein könnte, dass die totale innere Reflexion nicht in anderen Winkeln stattfindet, selbst wenn eine Aufteilung stattfindet, aber ich konnte es nicht ganz verstehen. Wie ist diese Winkelabhängigkeit der Dispersion zu verstehen?
Antworten
Es gibt zwei verschiedene Annahmen, die in Ihrer Frage nicht genau richtig sind:
Erstens ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass sich aufgrund der Totalreflexion Regenbogen bilden. Das ist nicht wahr . In der Tat, wie Sie hervorheben, gäbe es a priori keinen Grund für alle Regenbogen, den gleichen Winkel von der Linie zwischen Sonne und Antisolarpunkt zu haben , wenn es sich tatsächlich um Totalreflexion handeln würde .
Wie ich in meiner Antwort auf diese Frage erklärt habe: Unterschied zwischen primärem und sekundärem Regenbogen , der Regenbogen erscheint in bestimmten Winkeln, da kugelförmige Tropfen einen Winkel minimaler Abweichung aufweisen (der vom Brechungsindex abhängt). Lichtstrahlen, die nahe an diesem Winkel auf den Tropfen treffen, sind "gebündelt" und daher von ausreichender Intensität, damit Sie sie mit Ihren Augen sehen können. Wenn sie nicht so eng zusammengebunden wären, würden Ihre Augen sie nicht als "Band" irgendeiner Farbe erkennen.
Zweitens (und vielleicht mehr auf den Punkt Ihrer Frage), der Brechungsindex eines Materials ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts (in der Tat, das ist das Prinzip , nach dem das Prisma arbeitet!) Finden Sie hier und hier für weitere Informationen hierzu. Infolgedessen hängt dieser Winkel der minimalen Abweichung auch von der Wellenlänge (oder "Farbe") des Lichts ab, und dies führt dazu, dass unterschiedliche Farben in unterschiedlichen Winkeln auftreten.
Wie ich in der anderen Antwort erwähnt habe, lesen Sie den erstaunlichen Artikel von Jearl Walker, in dem erklärt wird, wie der Regenbogen geformt wird und warum die Farben des sekundären Regenbogens "umgedreht" sind!
In einem primären Regenbogen tritt ein Lichtstrahl der Sonne auf eine Seite eines Regentropfens ein, wird von hinten reflektiert und verlässt die andere Seite. Aufgrund von Variationen im Brechungsindex sind die Winkel für verschiedene Farben leicht unterschiedlich. Wenn Sie den Abweichungswinkel (zwischen dem einfallenden und dem austretenden Strahl) gegen den einfallenden Winkel (gemessen von der Normalen zur Oberfläche) zeichnen, stellen Sie fest, dass die Kurve ein Minimum aufweist (nahe 140 Grad Abweichung und 60 Grad einfallend). Bei diesem Minimum ändert sich die Abweichung bei kleinen Änderungen des Einfallswinkels sehr wenig. Dies bedeutet, dass der Tropfen in diesem Winkel Strahlen aus verschiedenen Teilen der Sonne aufnehmen und sie zu einem austretenden Strahl konzentrieren kann (dieser Konzentrationswinkel ist für jede Farbe unterschiedlich, und Sie sehen die konzentrierten Farben).