Учнівська презентація

Як виникає веселка?

   Звідки береться дивовижне барвисте світло, що витікає від дуг веселки?
   Всі веселки — це сонячне світло, розкладене на компоненти і переміщене по небсхилу таким чином, що здається ніби витікає з його частини, протилежної тій, де знаходиться Сонце.
   Наукове пояснення веселки вперше дав Рене Декарт в 1637 р. Декарт обґрунтовував пояснення на підставі законів заломлення і віддзеркалення сонячного світла в краплях падаючого дощу. Тоді ще не була відкрита дисперсія — розкладання білого світлу в спектр при заломленні. Тому веселка Декарта була білою.
   Через 30 років Ісак Ньютон, що відкрив дисперсію білого світлу при заломленні, доповнив теорію Декарта, пояснивши, як заломлюються кольорові промені в краплях дощу. За висловом американського ученого А. Фразера, що зробив ряд цікавих досліджень веселки вже у наш час: "Декарт повісив веселку в потрібному місці на небосхилі, а Ньютон розфарбував її всіма фарбами спектру".
   Не дивлячись на те що теорія веселки Декарта — Ньютона створена більше 300 років назад, вона правильно пояснює основні особливості веселки: положення головних дуг, їх кутові розміри, розташування кольорів у веселках різних порядків.
   Для пояснення веселки ми і обмежимося теорією Декарта — Ньютона, яка підкуповує своєю дивовижною наочністю і простотою.

Веселка без дощу?

    Чи бувають веселки без дощу або без смуг падіння дощу? Виявляється бувають — в лабораторії. Штучні веселки створювалися в результаті заломлення світла в одній підвішеній крапельці води, що дистильована, води з сиропом або прозорого масла. Розміри крапель варіювали від 1,5 до 4,5 мм. Важкі краплі витягувалися під дією сили тяжіння, і їх перетин в вертикальній площині був у вигляді еліпса.
    При освітленні крапельки променем гелійо-неонового лазера (з довжиною хвилі 0,6328 мкм) з'являлися не тільки перша і друга веселки, але і незвичайно яскраві третя і четверта, з центром навколо джерела світла (в даному випадку лазера). Іноді вдавалося отримувати навіть п'яту і шосту веселки. Ці веселки, як перша і друга, знаходилися осторонь і протилежно до джерела.
   Отже, одна крапелька створила стільки веселок! Правда, ці веселки не були веселковими. Всі вони були однокольоровими, червоними, оскільки утворені не білим джерелом світла, а монохроматичним червоним променем.

Чому веселка буває різною?

   За теорією Декарта — Ньютона веселка повинна бути завжди однаковою. Ці учені правильно пояснили положення веселки на небосхилі, розмір дуг, розташування кольорів в основних веселках будь-якого порядку. Проте веселка містить ще багато секретів. Уважний спостерігач бачив іноді серію барвистих додаткових дуг, яким зовсім „не було місця" в теорії Декарта — Ньютона. Іноді веселка має яскраві насичені тони, а деколи є зовсім бляклою, майже білою. Веселка буває і широкою і вузькою — і все це „не вкладалося" в теорію Декарта — Ньютона.
   Пояснення всього комплексу веселки, зі всіма нерозгаданими, її особливостями, було зроблене пізніше, коли була створена загальна теорія розсіювання (дифракція) світлових променів в атмосфері. Зокрема, стало ясно що додаткові дуги виникають унаслідок інтерференції променів, що лежали по обидві сторони від найменш відхиленого променя (промені веселки) і в безпосередній близькості від нього.

Жарт

Їду в маршрутці повз  площу ... На площі фонтан нещодавно поставили з музикою ... Музика грає, струмені води по-різному хльостають відповідно до мелодії ... Світить сонце і в хмарі водяного пилу видно веселку.

Позаду мене в маршрутці сидять дві дівчини. І одна каже іншій:

- Дивись, веселка!

Друга відповідає:

А мені здається, що це вони різнокольоровими лампочками веселку роблять …

З чого ти взяла?

- А вона кожного разу з іншого боку! ..

Чому веселка кругла?

    Річ у тому, що більш менш сферична крапля, освітлена паралельним пучком променів сонячного світла, може утворити веселку тільки у вигляді круга. Пояснимо це.
    Описаний шлях в краплі з мінімальним відхиленням після виходу з неї перетворює не тільки той промінь, за яким ми стежили, але також і багато інших променів, що впали на краплю під таким же кутом. Всі ці промені і утворюють веселку, тому їх називають променями веселки.
Скільки ж утворюється променів веселки в пучку світла, падаючого на краплю? Їх багато, по суті, вони утворюють цілий циліндр. Геометричне місце точок їх падіння на краплю це ціле коло.
    В результаті проходження через краплю і заломлення в ній, циліндр білих променів перетворюється в серію кольорових кратерів, вкладених один в другий, з центром в антисолярній точці, з відкритими отворами, поверненеми до спостерігача. Зовнішній кратер червоний, в неї вкладений оранжевий, жовтий далі йде зелений і т. д., закінчаючи внутрішнім фіолетовим.
    Таким чином, кожна окрема крапля утворює цілу веселку! Веселка - „як Сонце в малій краплі води". Так образно і максимально лаконічно виразив суть веселки Р. Р. Державін.
    Звичайно, веселка від однієї краплі слабка, і в природі її неможливо побачити окремо, оскільки капель в завісі дощу багато. У лабораторії ж вдавалося спостерігати не одну, а декілька веселок, утворених заломленням світла в одній підвішеній крапельці води або масла при освітленні її променем лазера. Докладніше про цей експеримент розказано нижче.
    Веселка, яку ми бачимо на небі, мозаїчна — вона утворена міріадами крапель. Кожна крапля створює серію вкладених одна об іншу кольорових заглибин (або конусів). Але від окремої краплі у веселку потрапляє тільки один кольоровий промінь.
    Око спостерігача є загальною точкою, в якій перетинаються кольорові промені з великої кількості крапель. Наприклад, всі червоні промені що вийшли з різних крапель, але під одним і тим же кутом потрапили в око спостерігача, утворюють червону дугу веселки, також і всі оранжеві та інші кольорові промені. Тому веселка кругла.
    Дві людини, що стоять поряд, бачать кожен свою веселку. Якщо ви йдете по дорозі і дивитеся на веселку, вона переміщається разом з вами, будучи в будь-який момент утвореною заломленням сонячних променів в нових і нових краплях. Далі, краплі дощу падають. Місце краплі, що впала, займає інша і встигає послати свої кольорові промені у веселку, за нею наступна і т.д. Поки йде дощ, ми бачимо веселку.
    Ми пояснили, як утворюється перша веселка, яку найчастіше можна спостерігати з яскравим зовнішнім червоним краєм і внутрішнім фіолетовим.

Скільки веселок можна побачити одночасно?

   Недосвідчений спостерігач бачить зазвичай одну веселку, зрідка дві. Причому друга веселка, концентрується з першою, має кутовий радіус біля 50° і розташовується над нею. Друга веселка ширша, не така яскрава і розташування кольорів у ній обернене відносно першої веселки: зовнішня дуга у неї фіолетова, а внутрішня червона.
   Найдивовижніше, що більшість людей, що спостерігали веселку декілька раз, не бачать, а точніше не помічають додаткових дуг у вигляді ніжних кольорових арок усередині першої і зовні другої веселок (тобто з боку фіолетових країв). Дані кольорові дуги (їх зазвичай три-чотири) неправильно назвали додатковими — насправді вони такі ж основні (або головні), як перша і друга веселки.
   Ці дуги не утворюють цілого півкола або великої дуги і їх можна побачити тільки біля верхніх частин веселок, тобто поблизу "вершин", або "верхівок", основних веселок, коли ж останні переходять у вертикальне положення (або близьке до нього), додаткові дуги пропадають. Саме у цих дугах, а не в основних, зосереджено найбільше багатство чистих кольорових відтінків, яке і породило вираз "всi барви веселки".
   Веселки можна побачити біля водопадів, фонтанів, на тлі завіси крапель, що розбризкує поливна машина або польова поливна установка. Можна самому створити завісу крапель з ручного пульверизатора і, ставши спиною до Сонця, побачити веселку, створену власними руками. Біля фонтанів і водоспадів траплялося бачити, окрім описаних двох основних і три-чотири додаткові дуги до кожної основної, ще одну або дві веселки навколо Сонця.