Дисперсия в радугах
Итак, я попытался найти работу радуги. Я нашел много источников, и объяснение было ясным. Но у меня все еще есть проблема. Поскольку дисперсия происходит из-за разных показателей преломления для разных цветов, расщепление должно происходить всегда независимо от угла. Тогда почему это возможно только при 40-42 градусах. Моя попытка заключалась в том, что причина могла быть в том, что полное внутреннее отражение не происходит под другими углами, даже если происходит расщепление, но я не мог этого понять. Как понимать эту угловую зависимость дисперсии?
Ответы
Есть два разных предположения, которые не совсем верны в вашем вопросе:
Во-первых, распространенное заблуждение состоит в том, что радуги образуются из-за полного внутреннего отражения. Это неправда . В самом деле, как вы указываете, если бы это было действительно Полное внутреннее отражение, не было бы априори причин, по которым все радуги имели одинаковый угол от линии, соединяющей Солнце и антисолнечную точку.
Как я объяснил в своем ответе на этот вопрос: разница между первичной и вторичной радугой , радуга появляется под определенными углами, потому что сферические капли имеют угол минимального отклонения (который зависит от показателя преломления). Лучи света, падающие на каплю под этим углом, «сгруппированы» вместе и, таким образом, имеют достаточную интенсивность, чтобы вы могли видеть их своими глазами. Если бы они не были так близко собраны вместе, ваши глаза не распознали бы их как «полосу» какого-то цвета.
Во- вторых (и , возможно , ближе к сути вашего вопроса), показатель преломления материала в зависимости от длины волны света ( на самом деле, это принцип , по которому призма работает!), См здесь и здесь для получения дополнительной информации. В результате этот угол минимального отклонения также зависит от длины волны (или «цвета») света, и именно это приводит к появлению разных цветов под разными углами.
Как я уже упоминал в другом ответе, ознакомьтесь с удивительной статьей Джерла Уокера, в которой объясняется, как образуется радуга и почему цвета вторичной радуги «перевернуты»!
В первичной радуге луч света от солнца попадает с одной стороны капли дождя, отражается от нее сзади и уходит с другой стороны. Из-за различий в показателе преломления углы будут немного отличаться для разных цветов. Если вы построите график зависимости угла отклонения (между падающим лучом и выходящим лучом) от угла падения (измеренного от нормали к поверхности), вы обнаружите, что кривая имеет минимум (отклонение около 140 градусов и падение на 60 градусов). В этом минимуме отклонение очень мало меняется при небольших изменениях угла падения. Это означает, что под этим углом капля может принимать лучи из разных частей солнца и концентрировать их в один выходящий луч (этот угол концентрации разный для каждого цвета, и вы видите цвета, которые были сконцентрированы).