Dispersi di Pelangi

Question

Jadi saya telah mencoba mencari cara kerja pelangi. Saya menemukan banyak sumber dan penjelasannya jelas. Saya masih punya masalah. Karena dispersi terjadi karena indeks bias yang berbeda untuk warna yang berbeda, pemisahan harus dilakukan selalu terlepas dari sudutnya. Lalu mengapa mungkin hanya pada 40-42 derajat. Upaya saya adalah berpikir bahwa alasannya bisa jadi refleksi internal total tidak terjadi pada sudut lain bahkan jika pemisahan terjadi tetapi saya tidak dapat memahaminya. Bagaimana ketergantungan sudut dispersi ini dipahami?

Answer 1

Ada dua asumsi berbeda yang tidak sepenuhnya benar dalam pertanyaan Anda:

Pertama, kesalahpahaman umum adalah bahwa pelangi terbentuk karena Refleksi Internal Total. Ini tidak benar . Memang, seperti yang Anda tunjukkan, jika itu benar-benar Total Internal Reflection, secara apriori tidak ada alasan bagi semua pelangi untuk memiliki sudut yang sama dari garis yang menghubungkan matahari dan titik anti-matahari.

Seperti yang telah saya jelaskan dalam jawaban saya atas pertanyaan ini: Perbedaan antara pelangi primer dan sekunder , pelangi muncul pada sudut tertentu karena tetesan bola memiliki sudut deviasi minimum (yang bergantung pada indeks bias). Sinar cahaya yang menerpa jurang dekat sudut ini "berkumpul" bersama, dan dengan demikian memiliki intensitas yang cukup bagi Anda untuk melihatnya dengan mata Anda. Jika mereka tidak saling berdekatan, mata Anda tidak akan mengenalinya sebagai "pita" dari beberapa warna.

Kedua (dan mungkin lebih ke titik pertanyaan Anda), indeks bias material adalah tergantung pada panjang gelombang cahaya (memang, ini adalah prinsip dimana prisma beroperasi!), Lihat di sini dan di sini untuk lebih lanjut tentang ini. Akibatnya, sudut deviasi minimum ini juga memiliki ketergantungan pada panjang gelombang (atau "warna") cahaya, dan inilah yang menyebabkan munculnya warna berbeda pada sudut yang berbeda.

Seperti yang saya sebutkan di jawaban lain, lihat artikel menakjubkan Jearl Walker yang menjelaskan bagaimana pelangi terbentuk, dan mengapa pelangi sekunder memiliki warna "terbalik"!

Answer 2

Dalam pelangi primer, seberkas cahaya matahari memasuki satu sisi tetesan hujan, memantul dari belakang, dan daun dari sisi lain. Karena variasi indeks bias, sudut akan sedikit berbeda untuk warna yang berbeda. Jika Anda memplot sudut deviasi (antara balok datang dan yang meninggalkan) versus sudut datang (diukur dari normal ke permukaan), Anda menemukan bahwa kurva memiliki minimum (deviasi dekat 140 derajat dan insiden 60 derajat). Minimal, deviasi berubah sangat sedikit untuk perubahan kecil pada sudut datang. Ini berarti bahwa pada sudut ini, tetesan dapat mengambil berkas sinar dari berbagai bagian matahari, dan memusatkannya menjadi satu berkas yang muncul (sudut konsentrasi ini berbeda untuk setiap warna, dan Anda melihat warna yang telah terkonsentrasi.)