彩虹,是太陽穿透天空中的雨粒時(shí)形成反射而出現(xiàn)的,春天氣溫低,雨時(shí)長(zhǎng),不具備不滿足出彩虹的必要條件,所以春天風(fēng)雨后是難得見有彩虹的,一般在夏雨后,特別是陣雨后的早上,朝陽初升,與黃昏夕陽西下時(shí)才會(huì)易見彩虹。彩虹是自然現(xiàn)象,要見彩虹是需要一定的氣象條件的。
1、彩虹是怎么形成的?
牛頓利用三棱鏡將太陽光分解成紅橙黃綠藍(lán)靛紫七種單色光,這種現(xiàn)象叫光的色散。雨后,空氣中懸浮著大量的小水滴,小水滴就起到三棱鏡的作用,太陽光進(jìn)入小水滴,在水滴與空氣的界面處發(fā)生折射和反射,也會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象,在天空形成彩色的光帶——彩虹。簡(jiǎn)單的就這些,想了解詳細(xì)點(diǎn)接著看,下圖時(shí)是太陽光進(jìn)入小水滴時(shí)傳播的路徑,光從C點(diǎn)進(jìn)入小水滴,經(jīng)D點(diǎn)反射,再從E點(diǎn)射出。
過小水滴的球心O作AB平行于入射太陽光,將從E點(diǎn)射出的光線反向延長(zhǎng),與AB的夾角為α,入射的太陽光是平行的,但由于不同色光對(duì)應(yīng)的α角不同,最后從小水滴射出的光線不再平行,其中當(dāng)α最大時(shí)強(qiáng)度最大,能被人觀察到,這樣人眼能看到的光線都與太陽光夾角一樣,集中到一點(diǎn)就是一個(gè)正圓錐體的側(cè)面,所以,射出光線的小水滴都在一個(gè)圓弧上。
對(duì)于某一小水滴而言,只能有一種色光能被人看到,不同色光的α最大值略有不同,所以進(jìn)入人眼的不同色光來自內(nèi)外不同弧線上的小水滴。其中,按紅橙黃綠藍(lán)靛紫的順序,各種色光的α最大值依次減小,紅光最大,紫光最小,因此彩虹的顏色由外圈到里圈依次是紅橙黃綠藍(lán)靛紫,最外圈是紅色,最里圈是紫色,由于被地球遮擋,通??吹降牟屎缰皇巧喜康囊徊糠?,如果乘坐飛機(jī)時(shí),趕巧出現(xiàn)彩虹,會(huì)看到彩虹是圓形的。
2、天上雨后的彩虹是怎么形成的,需要什么條件?
彩虹是因?yàn)殛柟馍涞娇罩薪咏鼒A型的小水滴,造成色散及反射而成,陽光射入水滴時(shí)會(huì)同時(shí)以不同角度入射,在水滴內(nèi)亦以不同的角度反射。當(dāng)中以40至42度的反射最為強(qiáng)烈,造成我們所見到的彩虹,造成這種反射時(shí),陽光進(jìn)入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后離開水滴時(shí)再折射一次。因?yàn)樗畬?duì)光有色散的作用,不同波長(zhǎng)的光的折射率有所不同,藍(lán)光的折射角度比紅光大,
由于光在水滴內(nèi)被反射,所以觀察者看見的光譜是倒過來,紅光在最上方,其他顏色在下。其實(shí)只要有空氣中有水滴,而陽光正在觀察者的背后以低角度照射,便可能產(chǎn)生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象,彩虹最常在下午,雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)出現(xiàn)。這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴,天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫^暗,而觀察者頭上或背后已沒有云的遮擋而可見陽光,這樣彩虹便會(huì)較容易被看到。
另一個(gè)經(jīng)常可見到彩虹的地方是瀑布附近,在晴朗的天氣下背對(duì)陽光在空中灑水或噴灑水霧,亦可以人工制造彩虹。空氣里水滴的大小,決定了虹的色彩鮮艷程度和寬窄,空氣中的水滴大,虹就鮮艷。也比較窄;反之,水滴小,虹色就淡,也比較寬,我們面對(duì)著太陽是看不到彩虹的,只有背著太陽才能看到彩虹,所以早晨的彩虹出現(xiàn)在西方,黃昏的彩虹總在東方出現(xiàn)。
可我們看不見,只有乘飛機(jī)從高空向下看,才能見到,虹的出現(xiàn)與當(dāng)時(shí)天氣變化相聯(lián)系,一般我們從虹出現(xiàn)在天空中的位置可以推測(cè)當(dāng)時(shí)將出現(xiàn)晴天或雨天。東方出現(xiàn)虹時(shí),本地是不大容易下雨的,而西方出現(xiàn)虹時(shí),本地下雨的可能性卻很大,彩虹的明顯程度,取決于空氣中小水滴的大小,小水滴體積越大,形成的彩虹越鮮亮,小水滴體積越小,形成的彩虹就不明顯。
一般冬天的氣溫較低,在空中不容易存在小水滴,下陣雨的機(jī)會(huì)也少,所以冬天一般不會(huì)有彩虹出現(xiàn),造成彩虹的光學(xué)原理很多時(shí)候會(huì)見到兩條彩虹同時(shí)出現(xiàn),在平常的彩虹外邊出現(xiàn)同心,但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是陽光在水滴中經(jīng)兩次反射而成,兩次反射最強(qiáng)烈的反射角出現(xiàn)在50°至53°,所以副虹位置在主虹之外,因?yàn)橛袃纱蔚姆瓷洌焙绲念伾涡蚋骱绶崔D(zhuǎn),外側(cè)為藍(lán)色,內(nèi)側(cè)為紅色。