Seno tautu reliģiskajos uzskatos varavīksne tika attiecināta uz tilta lomu starp zemi un debesīm. Grieķu-romiešu mitoloģijā ir zināma pat īpaša varavīksnes dieviete - Irisa. Grieķu zinātnieki Anaksimēns un Anaksagors uzskatīja, ka varavīksnes radīja Saules atspīdums tumšā mākonī. Aristotelis īpašā meteoroloģijas sadaļā izklāstīja idejas par varavīksni. Viņš uzskatīja, ka varavīksne rodas gaismas atstarošanas dēļ, bet ne tikai no visa mākoņa, bet arī no tā pilieniem.

1637. gadā slavenais franču filozofs un zinātnieks Dekarts sniedza matemātisko varavīksnes teoriju, kuras pamatā ir gaismas laušana. Pēc tam šo teoriju papildināja Ņūtons, pamatojoties uz viņa eksperimentiem par gaismas sadalīšanos krāsās, izmantojot prizmu. Dekarta teorija, ko papildināja Ņūtons, nevarēja izskaidrot vairāku varavīksņu vienlaicīgu pastāvēšanu, to atšķirīgo platumu, obligātu noteiktu krāsu neesamību krāsu svītrās, mākoņu pilienu lieluma ietekmi uz izskats parādības. Precīzu varavīksnes teoriju, kas balstīta uz priekšstatiem par gaismas difrakciju, 1836. gadā sniedza angļu astronoms D. Airijs. Uzskatot lietus plīvuru kā telpisku struktūru, kas nodrošina difrakcijas rašanos, Airijs izskaidroja visas varavīksnes pazīmes. Viņa teorija ir pilnībā saglabājusi savu nozīmi mūsu laikam.

Varavīksne ir optiska parādība, kas parādās atmosfērā un izskatās kā daudzkrāsains loks debesīs. To novēro gadījumos, kad saules stari izgaismo lietus priekškaru, kas atrodas debesu pusē pretī Saulei. Varavīksnes loka centrs atrodas taisnas līnijas virzienā, kas iet cauri Saules diskam (pat ja to slēpj no novērošanas mākoņiem) un novērotāja aci, t.i. punktā, kas atrodas pretī Saulei. Varavīksnes loks ir daļa no apļa, kas aprakstīts ap šo punktu ar rādiusu 42°30" (leņķa dimensijā).

Novērotājs dažkārt var redzēt vairākas varavīksnes vienlaikus – galveno, sekundāro un sekundāro. Galvenā varavīksne ir krāsaina loka uz atkāpjoša lietus segas lāsēm, un tā vienmēr parādās no debesu puses, kas ir pretī Saulei. Kad Saule atrodas pie horizonta, galvenās varavīksnes augšējās malas augstums ir leņķiski 42°30". Saulei paceļoties virs horizonta, varavīksnes redzamā daļa samazinās. Saulei sasniedzot 42° augstumu. 30", varavīksne nebūs redzama novērotājam uz zemes virsmas, bet, ja tajā brīdī, kad tā pazūd, uzkāpiet tornī vai kuģa mastā, tad varavīksni varēs redzēt atkal.

Skatoties no augsta kalna vai no lidmašīnas, var izskatīties varavīksne pilns aplis. Aristotelis matemātiski pierādīja, ka Saule, novērotāja atrašanās vieta un varavīksnes centrs atrodas uz vienas taisnes. Tāpēc, jo augstāk Saule paceļas virs horizonta, jo zemāk nokrīt varavīksnes centrs. Nelīdzenā apvidū uz ainavas fona var redzēt arī varavīksnes.

Interesants ir krāsu izkārtojums varavīksnē. Tas vienmēr ir nemainīgs. Galvenās varavīksnes sarkanā krāsa atrodas tās augšējā malā, violetā - apakšējā malā. Starp šīm galējām krāsām atlikušās krāsas seko viena otrai tādā pašā secībā kā saules spektrā. Principā varavīksne nekad nesatur visas spektra krāsas. Visbiežāk zilā, tumši zilā un bagātīgi tīri sarkanā krāsa nav vai ir vāji izteikta. Palielinoties lietus lāsēm, varavīksnes krāsu svītras sašaurinās, un pašas krāsas kļūst piesātinātākas. Zaļo toņu pārsvars parādībā parasti norāda uz vēlāku pāreju uz labiem laikapstākļiem. Varavīksnes krāsu kopējais attēls ir izplūdis, jo to veido paplašināts gaismas avots.

Virs galvenās varavīksnes ir sānu varavīksne ar krāsu maiņu pretēji galvenajai. Sekundārās varavīksnes augšējās malas leņķiskais augstums ir 53°32". Turklāt no galvenās varavīksnes violetā gala dažkārt var novērot sekundārās varavīksnes; to dominējošās krāsas ir zaļa un rozā. Retos gadījumos sekundārās varavīksnes. tiek novērotas arī no sekundārās varavīksnes violetās malas Sekundārā Varavīksnes ir platākas augstākos lietus segas slāņos, kur lietus lāses ir mazākas.

Mākslīgi atveidojot parādību laboratorijā, izdevās iegūt līdz pat 19 varavīksnēm. Virs rezervuāra var novērot papildu varavīksnes, kas nav koncentriski izvietotas viena pret otru. Vienai no tām gaismas avots ir Saule, otrai - tās atspīdums no ūdens virsmas. Šādos apstākļos var rasties arī varavīksnes, kas atrodas "otrādi".

Naktīs mēness gaismā un miglainā laikā kalnos un jūru krastos redzama balta varavīksne. Šāda veida varavīksne var rasties arī tad, ja migla ir pakļauta saules gaismai. Tas izskatās kā spīdīgs balts loks, kas no ārpuses ir krāsots dzeltenīgi un oranži sarkanā krāsā, bet iekšpusē - zili violets.

Ja varavīksne veidojas, mēness gaismai iedarbojoties uz lietus lāsēm, tad tā šķiet balta. Dažos gadījumos tas šķiet balts tikai zemas gaismas intensitātes dēļ. Šāda veida varavīksne var pārvērsties par krāsainu varavīksni, kad lietus lāses kļūst lielākas. Un otrādi, krāsaina varavīksne var zaudēt krāsu, ja lietus pārvēršas smalkā miglā. Parasti mazu pilienu klātbūtnē varavīksnes krāsa ir vāji izteikta.

Varavīksnes ir redzamas ne tikai lietus plīvurā. Mazākā mērogā to var redzēt uz ūdens pilieniem pie ūdenskritumiem, strūklakām un sērfošanā. Šajā gadījumā par gaismas avotu var kalpot ne tikai Saule un Mēness, bet arī prožektors.

Varavīksnes struktūra.

Varavīksni var uzskatīt par milzu riteni ar asi, kas piestiprināta iedomātai taisnei, kas iet caur Sauli un novērotāju.

Attēlā šī taisne ir apzīmēta kā taisne OO 1; O ir novērotājs, OCD ir zemes virsmas plakne, ?AOO 1 = j ir Saules leņķiskais augstums virs horizonta. Lai atrastu tan(j), pietiek ar novērotāja augumu dalīt ar viņa metās ēnas garumu. Punktu O 1 sauc par antisolāro punktu; tas atrodas zem horizonta līnijas CD. No attēla ir skaidrs, ka varavīksne attēlo konusa pamatnes apli, kura ass ir OO 1; j ir leņķis, ko veido konusa ass ar jebkuru no tā ģeneratoriem (konusa atvēršanās leņķis). Protams, novērotājs neredz visu norādīto apli, bet tikai to tā daļu (attēlā, sadaļā SVD), kas atrodas virs horizonta līnijas. Ņemiet vērā, ka AOB = Ф ir leņķis, kurā novērotājs redz varavīksnes virsotni, un AOD = a ir leņķis, kurā novērotājs redz katru no varavīksnes pamatiem. Ir skaidrs, ka

Ф + j = g (2.1.).

Tādējādi varavīksnes stāvoklis attiecībā pret apkārtējo ainavu ir atkarīgs no novērotāja stāvokļa attiecībā pret Sauli, savukārt varavīksnes leņķiskos izmērus nosaka Saules augstums virs horizonta. Novērotājs ir konusa virsotne, kura ass ir vērsta pa līniju, kas savieno novērotāju ar Sauli. Varavīksne ir šī konusa pamatnes apkārtmēra daļa, kas atrodas virs horizonta līnijas. Novērotājam pārvietojoties, noteiktais konuss un līdz ar to arī varavīksne attiecīgi pārvietojas.

Šeit ir jāveic divi precizējumi. Pirmkārt, runājot par taisnu līniju, kas savieno novērotāju ar Sauli, mēs domājam nevis patieso, bet gan novēroto virzienu uz Sauli. Tas atšķiras no patiesā ar refrakcijas leņķi.

Otrkārt, runājot par varavīksni virs horizonta, mēs domājam salīdzinoši tālu varavīksni – kad lietus priekškars atrodas vairāku kilometru attālumā no mums.

Varat arī novērot tuvumā esošu varavīksni, piemēram, varavīksni, kas parādās uz lielas strūklakas fona. Šajā gadījumā šķiet, ka varavīksnes gali nonāk zemē. Varavīksnes attāluma pakāpe no novērotāja acīmredzami neietekmē tās leņķiskos izmērus. No (2.1) izriet, ka Ф = g - j.

Primārajai varavīksnei leņķis y ir aptuveni 42° (varavīksnes dzeltenajai daļai), bet sekundārajai varavīksnei šis leņķis ir 52°. Tas skaidri parāda, kāpēc zemes novērotājs nevar apbrīnot primāro varavīksni, ja Saules augstums virs horizonta pārsniedz 42°, un neredzēs sekundāro varavīksni, ja Saules augstums pārsniedz 52°.

Varavīksnes veidošanās.

Galveno varavīksni veido gaismas atstarošana ūdens pilienos. Sānu varavīksne veidojas dubultā gaismas atstarošanas rezultātā katrā pilē. Šajā gadījumā gaismas stari iziet no piliena citos leņķos nekā tie, kas rada galveno varavīksni, un sekundārās varavīksnes krāsas ir apgrieztā secībā.

Staru ceļš ūdens pilē: a - ar vienu atspulgu, b - ar diviem atspīdumiem

Mēs varam apsvērt vienkāršāko gadījumu: ļaujiet paralēlu saules staru kūlim nokrist uz pilieniem, kas veidoti kā bumba. Uz piliena virsmas krītošais stars tajā tiek lauzts saskaņā ar laušanas likumu:

n1 sin b=n2 sin c

Kur n 1 =1, n 2 =1,33 - attiecīgi gaisa un ūdens laušanas koeficienti, b- krišanas leņķis un V- gaismas laušanas leņķis.

Piliena iekšpusē tas iet taisnā līnijā. Tad stars tiek daļēji lauzts un daļēji atstarots. Jāņem vērā, ka jo mazāks krišanas leņķis, jo mazāka ir atstarotā stara intensitāte un lielāka ir lauztā stara intensitāte. Stars pēc atstarošanas sasniedz citu punktu, kur notiek arī gaismas daļēja atstarošana un daļēja laušana. Lūzušais stars atstāj pilienu noteiktā leņķī, un atstarotais stars var virzīties tālāk utt. Tādējādi pilē esošais gaismas stars daudzkārt atstarojas un laužas. Ar katru atspīdumu daži gaismas stari izplūst un to intensitāte piliena iekšpusē samazinās. Visintensīvākais no stariem, kas izplūst gaisā, ir pirmais stars, kas izplūst no piliena. Bet to ir grūti novērot, jo tas tiek zaudēts uz spilgtas tiešas saules gaismas fona.

Apsverot varavīksnes veidošanos, jāņem vērā vēl viena parādība - dažāda garuma gaismas viļņu, tas ir, gaismas staru, nevienmērīga laušana. dažāda krāsa. Šo parādību sauc par dispersiju. Izkliedes dēļ staru laušanas un novirzes leņķi pilē ir atšķirīgi dažādu krāsu stariem. Jo vairāk iekšējo atstarojumu stari piedzīvo pilē, jo vājāka ir varavīksne. Varat novērot varavīksni, ja Saule atrodas aiz novērotāja. Tāpēc spilgtākais primārā varavīksne veidojas no stariem, kas piedzīvojuši vienu iekšējo atspulgu. Tie krusto krītošos starus aptuveni 42° leņķī. Punktu ģeometriskais lokuss, kas atrodas 42° leņķī pret krītošo staru, ir konuss, ko acs uztver tā virsotnē kā apli. Apgaismojot ar baltu gaismu, tiks izveidota krāsu josla, kuras sarkanā loka vienmēr ir augstāka par violeto loku.

Pašvaldības izglītības iestāde “8.vidusskola”

Praktiskais darbs fizikā

Refrakcijas fenomens ir refrakcijas teleskopu darbības pamatā (zinātniskiem un praktiskiem mērķiem, tostarp lielākajai daļai tālskatu, binokļu un citu novērošanas ierīču), foto, filmu un televīzijas kameru lēcu, mikroskopu, palielināmo stiklu, brilles, projekcijas ierīču , uztvērēji un optisko signālu raidītāji, lieljaudas gaismas staru koncentratori, prizmu spektroskopi un spektrometri, prizmu monohromatori un daudzi citi optiskie instrumenti, kas satur lēcas un/vai prizmas. Tas ir jāņem vērā, aprēķinot gandrīz visu optisko ierīču darbību. Tas viss attiecas uz dažādiem elektromagnētiskā spektra diapazoniem.

Akustikā skaņas laušana ir īpaši svarīga, lai to ņemtu vērā, pētot skaņas izplatīšanos neviendabīgā vidē un, protams, uz dažādu mediju robežas. Tāpat tehnoloģijās var būt svarīgi ņemt vērā dažāda rakstura viļņu laušanu, piemēram, viļņi uz ūdens, dažādi viļņi aktīvajā vidē utt.
Refrakcija ikdienas dzīvē

Refrakcija notiek ik uz soļa un tiek uztverta kā pilnīgi parasta parādība: var redzēt, kā karote, kas atrodas tējas tasē, tiks “salauzta” uz ūdens un gaisa robežas. Šeit ir lietderīgi atzīmēt, ka šis novērojums, ja tas tiek uztverts nekritiski, sniedz nepareizu priekšstatu par efekta zīmi: šķietamā karotes pārrāvums notiek pretējā virzienā pret reālo gaismas staru laušanu.

Gaismas laušana un atstarošana ūdens lāsēs rada varavīksni.

M Daudzkārtēja refrakcija (daļēja atstarošana) mazos caurspīdīgos konstrukcijas elementos (sniegpārslas, papīra šķiedras, burbuļi) izskaidro matētu (ne spoguļu) atstarojošo virsmu īpašības, piemēram, balts sniegs, papīrs, baltas putas.

Refrakcija atmosfērā izskaidro daudzus interesantus efektus. Piemēram, noteiktos meteoroloģiskos apstākļos Zeme (no maza augstuma) var izskatīties kā ieliekta bļoda (nevis izliektas bumbiņas daļa).

Mirāža.

M irāža (fr. mirage)- optiskā parādība atmosfērā: gaismas atstarošana robežās starp gaisa slāņiem, kuru blīvums ir krasi atšķirīgs. Novērotājam šāds atspulgs nozīmē, ka kopā ar tālu objektu (vai debess daļu) tā virtuālais attēls ir redzams, nobīdīts attiecībā pret objektu.
Klasifikācija

Mirāžas ir sadalītas apakšējās, redzamās zem objekta, augšējās, virs objekta un sānu.

Inferior Mirage

To novēro ar ļoti lielu vertikālu temperatūras gradientu (tas samazinās līdz ar augstumu) virs pārkarsušas līdzenas virsmas, bieži vien tuksnesī vai asfaltēta ceļa. Virtuālais debess attēls rada ūdens ilūziju uz virsmas. Tātad ceļš, kas stiepjas tālumā karstā vasaras dienā, šķiet slapjš

Superior Mirage

Novērots virs aukstās zemes virsmas ar apgrieztu temperatūras sadalījumu (tā palielinās līdz ar augstumu)

Sānu mirāža

Dažreiz novērots pie ļoti sakarsušām sienām vai akmeņiem.

Fata Morgana

Sarežģītas mirāžas parādības ar krasiem objektu izskata izkropļojumiem sauc par Fata Morgana.

Halucinācijas

Dažas mirāžas var izraisīt halucinācijas, ko izraisa pārkaršana un dehidratācija.

Polārās gaismas.

Polārās gaismas- planētu atmosfēras augšējo slāņu ar magnetosfēru spīdums (luminiscence) to mijiedarbības dēļ ar lādētām saules vēja daļiņām.
Polārblāzmu daba

P Polārblāzmas rodas atmosfēras augšējo slāņu bombardēšanas rezultātā ar lādētām daļiņām, kas virzās uz Zemi pa ģeolauka līnijām. magnētiskais lauks no zemei ​​tuvās telpas reģiona, ko sauc par plazmas slāni. Plazmas slāņa projekcijai pa ģeomagnētiskā lauka līnijām uz Zemes atmosfēru ir gredzenu forma, kas ieskauj ziemeļu un dienvidu magnētiskos polus (aurālo ovālu). Kosmosa fizika ir iesaistīta to cēloņu noteikšanā, kas izraisa lādētu daļiņu nogulsnēšanos no plazmas slāņa. Eksperimentāli ir noskaidrots, ka starpplanētu magnētiskā lauka orientācijai un saules vēja plazmas spiedienam ir galvenā loma nokrišņu stimulēšanā.

Ļoti ierobežotā augšējā atmosfēras slānī polārblāzmas var izraisīt zemas enerģijas lādētas saules vēja daļiņas, kas caur ziemeļu un dienvidu polārajiem ceļiem nonāk polārajā jonosfērā. Ziemeļu puslodē pēcpusdienas stundās virs Špicbergenas var novērot kaspenu polārblāzmas.

Plazmas slāņa enerģētiskajām daļiņām saduroties ar atmosfēras augšējiem slāņiem, tiek ierosināti tā sastāvā ietilpstošo gāzu atomi un molekulas. Uzbudināto atomu starojums ir redzamā diapazonā un tiek novērots kā polārblāzma. Polārblāzmu spektri ir atkarīgi no planētu atmosfēru sastāva: piemēram, ja Zemei spilgtākās ir ierosinātā skābekļa un slāpekļa emisijas līnijas redzamajā diapazonā, tad Jupiteram - ūdeņraža emisijas līnijas ultravioletajā starā.

Tā kā jonizācija ar lādētām daļiņām visefektīvāk notiek daļiņu ceļa beigās un atmosfēras blīvums samazinās līdz ar augstumu saskaņā ar barometrisko formulu, polārblāzmu parādīšanās augstums ir diezgan lielā mērā atkarīgs no planētas atmosfēras parametriem; jo Piemēram, Zemei ar tās diezgan sarežģīto atmosfēras sastāvu skābekļa sarkanais mirdzums ir novērojams 200-400 km augstumā, bet slāpekļa un skābekļa apvienotais mirdzums - ~110 km augstumā. Turklāt šie faktori nosaka polārblāzmu formu – izplūdušas augšējās un diezgan asās apakšējās robežas. (skat. 3. att.).
P zemes auroras

Polārblāzmas galvenokārt novērojamas abu pusložu augstajos platuma grādos ovālās zonās-joslās, kas ieskauj Zemes magnētiskos polus - polārblāzmas ovālos. Aurālo ovālu diametrs klusā Saulē ir ~ 3000 km, dienas pusē zonas robeža ir 10-16° no magnētiskā pola, nakts pusē - 20-23°. Tā kā Zemes magnētiskos polius no ģeogrāfiskajiem atdala ~12°, tad polārblāzmas ir novērojamas 67-70° platuma grādos, savukārt Saules aktivitātes laikā polārblāzmas ovāls paplašinās un polus var novērot zemākos platuma grādos - 20- 25° uz dienvidiem vai ziemeļiem no to robežām parasta izpausme.

Auroras pavasarī un rudenī parādās ievērojami biežāk nekā ziemā un vasarā. Maksimālais biežums notiek periodos, kas ir vistuvāk pavasara un rudens ekvinokcijas. Polārblāzmas laikā īsā laikā izdalās milzīgs enerģijas daudzums (vienā no 2007. gadā reģistrētajiem traucējumiem - 5x1014 džouli, apmēram tikpat, cik 5,5 magnitūdas zemestrīces laikā.

Vērojot no Zemes virsmas, polārblāzma parādās kā vispārējs, strauji mainīgs debesu spīdums vai kustīgi stari, svītras, vainagas vai “aizkari”. Polārblāzmas ilgums svārstās no desmitiem minūšu līdz vairākām dienām.

Citu planētu polārās gaismas Saules sistēma

M Saules sistēmas milzu planētu magnētiskie lauki ir daudz spēcīgāki par Zemes magnētisko lauku, kas nosaka šo planētu polārblāzmu lielāku mērogu, salīdzinot ar Zemes polārblāzmu. Milzu planētu novērojumu īpatnība no Zemes (un kopumā no Saules sistēmas iekšējiem apgabaliem) ir tāda, ka tās ir vērstas pret novērotāju Saules apgaismoto pusi un redzamajā diapazonā to polārblāzmas tiek zaudētas atstarotajā saules gaismā. Tomēr, ņemot vērā augsto ūdeņraža saturu to atmosfērā, jonizētā ūdeņraža starojumu ultravioletajā diapazonā un milzu planētu mazo albedo ultravioletajā starā, tika iegūti diezgan skaidri šo planētu polārblāzmu attēli, izmantojot ārpus atmosfēras teleskopus ( Habla kosmiskais teleskops).

Jupitera īpatnība ir tā pavadoņu ietekme uz polārblāzmu: magnētiskā lauka līniju staru “projekciju” zonās uz Jupitera polārblāzmas ovālu tiek novēroti spilgti polārblāzmas laukumi, ko ierosina satelītu kustības radītās straumes. tā magnetosfēra un jonizētā materiāla izmešana ar pavadoņiem - pēdējo īpaši ietekmē Io ar tā vulkānismu.

N un Jupitera polārblāzmas attēlā, ko uzņēmis Habla kosmiskais teleskops (4. att.), ir redzamas šādas projekcijas: Io (punkts ar “asti” gar kreiso ekstremitāti), Ganimēds (centrā) un Eiropa (tieši zem un uz pa labi no Ganimīda takas).

Ekoloģija

Daudzās kultūrās ir leģendas un mīti par varavīksnes spēku, un cilvēki tai velta mākslas, mūzikas un dzejas darbus.

Psihologi saka, ka cilvēki apbrīno šo dabas parādību, jo varavīksne ir gaišas, “varavīksnes” nākotnes solījums.

Tehniski runājot, varavīksne rodas, kad gaisma iet caur ūdens pilieniem atmosfērā, un gaismas laušana rada mums visiem pazīstamu dažādu krāsu izliektas arkas izskatu.

Šie un citi Interesanti fakti par varavīksni:

7 fakti par varavīksnēm (ar fotogrāfijām)

1. Varavīksnes pusdienlaikā var redzēt reti

Visbiežāk varavīksnes parādās no rīta un vakarā. Lai veidotos varavīksne, saules gaismai ir jātrāpa lietus lāsei aptuveni 42 grādu leņķī. Maz ticams, ka tas notiks, kad Saule debesīs ir augstāka par 42 grādiem.

2. Varavīksnes parādās arī naktī

Varavīksnes var redzēt pat tumsā. Šo parādību sauc par Mēness varavīksni. Šajā gadījumā gaismas stari tiek lauzti, atstarojot no Mēness, nevis tieši no Saules.

Parasti tas ir mazāk spilgts, jo jo spilgtāka ir gaisma, jo krāsaināka ir varavīksne.

3. Divi cilvēki nevar redzēt vienu un to pašu varavīksni

No atsevišķām lietus lāsēm atstarotā gaisma katram no mums atstaro citas lietus lāses no pilnīgi atšķirīga leņķa. Tas rada un atšķirīgs attēls varavīksnes.

Tā kā divi cilvēki nevar atrasties vienā vietā, viņi nevar redzēt vienu un to pašu varavīksni. Turklāt pat katra mūsu acs redz atšķirīgu varavīksni.

4. Mēs nekad nevaram sasniegt varavīksnes galu

Kad mēs skatāmies uz varavīksni, šķiet, ka tā kustas kopā ar mums. Tas notiek tāpēc, ka to veidojošā gaisma to dara no noteikta attāluma un leņķa novērotājam. Un šis attālums vienmēr paliks starp mums un varavīksni.

5. Mēs nevaram redzēt visas varavīksnes krāsas

Daudzi no mums no bērnības atceras atskaņu, kas ļauj atcerēties 7 klasiskās varavīksnes krāsas (Katrs mednieks vēlas zināt, kur sēž fazāns).

Visi ir sarkani

Hunter - oranžs

Vēlmes - dzeltenas

Ziniet - zaļš

Kur ir zils

Sēžu - zils

Fazāns – violets

Tomēr varavīksni patiesībā veido vairāk nekā miljons krāsu, tostarp tādas, kuras cilvēka acs neredz.

6. Varavīksnes var būt dubultā, trīskāršā un pat četrkāršā

Mēs varam redzēt vairāk nekā vienu varavīksni, ja gaisma tiek atspoguļota pilienu iekšpusē un sadalīta tā sastāvdaļu krāsās. Divkārša varavīksne parādās, kad tas notiek pilienā divas reizes, trīskārša varavīksne, kad tas notiek trīs reizes, un tā tālāk.

Izmantojot četrkāršu varavīksni, katru reizi, kad stars tiek atstarots, gaisma un līdz ar to arī varavīksne kļūst bālāka, un tāpēc pēdējās divas varavīksnes ir ļoti vāji redzamas.

Lai redzētu šādu varavīksni, vienlaikus jāsakrīt vairākiem faktoriem, proti, pilnīgi melnam mākonim un vai nu vienmērīgam lietus lāses izmēra sadalījumam, vai stipram lietum.

7. Tu pats vari likt varavīksnei pazust

Polarizētu saulesbriļļu izmantošana var neļaut jums redzēt varavīksnes. Tas ir tāpēc, ka tie ir pārklāti ar ļoti plānu molekulu kārtu, kas ir sakārtotas vertikālās rindās, un no ūdens atstarotā gaisma ir polarizēta horizontāli. Šo parādību var redzēt video.

Kā izveidot varavīksni?

Jūs varat arī izveidot īstu varavīksni mājās. Ir vairākas metodes.

1. Metode, izmantojot glāzi ūdens

Piepildiet glāzi ar ūdeni un novietojiet to uz galda loga priekšā saulainā dienā.

Novietojiet uz grīdas balta papīra gabalu.

Samitriniet logu ar karstu ūdeni.

Noregulējiet stiklu un papīru, līdz redzat varavīksni.

2. Spoguļa metode

Novietojiet spoguli glāzē, kas piepildīta ar ūdeni.

Telpai jābūt tumšai, un sienām jābūt baltām.

Iedegiet kabatas lukturīti ūdenī, pārvietojot to, līdz redzat varavīksni.

3. CD metode

Paņemiet kompaktdisku un noslaukiet to, lai tas nebūtu putekļains.

Novietojiet to uz līdzenas virsmas, zem gaismas vai loga priekšā.

Paskaties uz disku un izbaudi varavīksni. Varat griezt ciparripu, lai redzētu, kā mainās krāsas.

4. Miglas metode

Izmantojiet ūdens šļūteni saulainā dienā.

Aizveriet caurumu šļūtenē ar pirkstu, radot dūmaku

Pavērsiet šļūteni pret sauli.

Skatieties cauri dūmakai, līdz redzat varavīksni.

Lūdzam nesūtīt rakstus no interneta – tos var atrast meklētājprogrammās. Uzrakstiet savu, interesantu un unikālu rakstu. Nofotografē un apraksti laboratorijas darbus fizikā vai ķīmijā, sūti sava paštaisītā izstrādājuma fotogrāfijas....
sūtīt rakstus uz [aizsargāts ar e-pastu]

Varavīksne

Pamatprocess, kurā parādās varavīksne, ir gaismas laušana (refrakcija) vai “locīšana”. Gaisma saliecas, pareizāk sakot, maina virzienu, pārvietojoties no vienas vides uz otru. Varavīksnes rodas tāpēc, ka gaisma dažādās vidēs pārvietojas ar dažādu ātrumu.

Lai saprastu, kā gaisma liecas, sniegsim vienkāršu piemēru. Iedomājieties, ka stumjat ratiņus gar autostāvvietu. Autostāvvieta ir viena no ratu “vidēm”. Ja pārvietosiet ratus ar nemainīgu spēku, to ātrums būs atkarīgs no vides, kurā tie pārvietojas – šajā gadījumā stāvlaukuma asfalta. Bet kā mainās ātrums, ja šos ratus novieto citā vidē, piemēram, braucot pāri apmalei un uz zāli? Zāle ratiem ir cita “vide”. Rati pa zāli pārvietojas daudz lēnāk nekā pa asfaltu. Tas viss ir saistīts ar pretestību, un, tā kā pretestība uz zāles ir daudz lielāka nekā uz ietves, jums jāpieliek lielāks spēks, lai pārvietotu ratus.

Bet, ja stumj ratus pa zāli slīpi, mainās tā ripošana. Ja labais ritenis pirmais atsitas pret zāli, tas palēninās, bet kreisais ritenis pa ietvi pārvietojas vēl ātrāk. Sakarā ar to rati sāk sasvērties kreisā puse kamēr viņa brauc pa zāli. Bet, tiklīdz jūs pārvietojat ratiņus no zāles laukuma uz ietves, viens ritenis sāk griezties ātrāk par otru un rati apgriežas.

Pēc tāda paša principa gaismas stars saliecas, saskaroties ar caurspīdīgu prizmu. Viena gaismas viļņa puse ir nedaudz lēnāka par otru, tāpēc stars iet cauri gaisa un stikla saskarnei citā leņķī (būtībā gaismas stars tiek atstarots no prizmas virsmas). Gaisma atkal pagriežas, kad tā atstāj prizmu, jo viena gaismas puse kustas ātrāk nekā otra.

Papildus pašam gaismas saliekšanas procesam prizma sadala balto gaismu tās sastāvdaļu krāsās. Katrai baltās gaismas krāsai ir sava raksturīgā frekvence, kas liek krāsām pārvietoties dažādos ātrumos, kad tās iet caur prizmu.

Krāsa, kas stiklā laužas lēni, vairāk izliecas, iekļūstot prizmā no gaisa, jo krāsa dažādās vidēs pārvietojas ar atšķirīgu ātrumu. Krāsa, kas stiklā pārvietojas ātrāk, būtiski nepavājinās, līdz ar to tik ļoti neliecas. Sakarā ar to visas varavīksnes krāsas, kas veido balto gaismu, tiek atdalītas pēc frekvences, ejot cauri stiklam. Ja stikls lauž gaismu divas reizes, kā to dara prizma, cilvēks daudz labāk redz visas baltās gaismas atdalītās krāsas. To sauc par dispersiju.

Lietus lāses var lauzt un izkliedēt gaismu tāpat kā prizmas iekšpusē. Noteiktos apstākļos šādas gaismas laušanas rezultātā debesīs parādās varavīksne.

Kā starp caurspīdīgiem mākoņainiem vantiem

Virs sīpola ir ziedkopa un apaļš sīpols

Juno sūtņa paaugstināts,

Un veido iekšējais ārējais.

Varavīksne ir skaidri redzama - to parasti novēro divu krāsainu loku formā (divas ziedkopas, par kurām raksta Dante), un augšējā lokā krāsas ir sakārtotas šādā secībā no augšas uz leju: violeta, zila, gaiša. zila, zaļa, dzeltena, oranža, sarkana , un apakšējā lokā, gluži pretēji, no sarkanas līdz purpursarkanai. Lai atcerētos to secību, ir mnemoniskas frāzes, kur katra vārda pirmie burti atbilst krāsas nosaukuma pirmajiem burtiem. Piemēram, šī ir frāze “Katrs mednieks vēlas zināt, kur sēž fazāns” vai cita. , ne mazāk slavenais, “Kā Žans Belers reiz ar galvu nogāza laternu”. Tiesa, tradīcija noteikt 7 krāsas varavīksnē nav universāla. Piemēram, bulgāriem varavīksnē ir 6 krāsas.

Varavīksnes sniedz unikālu iespēju novērot dabas apstākļi baltās gaismas sadalīšanās spektrā.

Varavīksnes parasti parādās pēc lietus, kad Saule ir diezgan zemu. Kaut kur starp Sauli un novērotāju joprojām līst. Saules gaisma, ejot cauri ūdens pilieniem, tajās atkārtoti atspoguļojas un laužas, piemēram, mazās prizmās, un no pilieniem dažādos leņķos izplūst dažādu krāsu stari. Šo parādību sauc par gaismas izkliedi (t.i., sadalīšanos). Rezultātā veidojas spilgtas krāsas loks (un patiesībā tas ir stāvs; visu to var redzēt no lidmašīnas).

Dažreiz tiek novēroti uzreiz divi, retāk trīs daudzkrāsaini loki. Pirmo varavīksni veido stari, kas vienreiz atstarojas pilēs, otro – divreiz atstarojošie stari utt. 1948. gadā Ļeņingradā (tagad Sanktpēterburga) starp mākoņiem virs Ņevas parādījās četras varavīksnes.

Varavīksnes izskats, krāsu spilgtums un svītru platums ir atkarīgs no ūdens pilienu izmēra un skaita gaisā. spilgta varavīksne notiek vasarā pēc pērkona negaisa, kura laikā nokrīt lieli pilieni. Parasti šāda varavīksne nozīmē labus laikapstākļus.

Spilgtā mēness naktī var redzēt varavīksni no Mēness. Pilnmēness gaismā, kad līst, parādās varavīksne. Tā kā cilvēka redze ir veidota tā, ka vājā apgaismojumā acs jutīgākie receptori - "stieņi" - neuztver krāsu, Mēness varavīksne izskatās bālgana; Jo spilgtāka gaisma, jo “krāsaināka” varavīksne (krāsu receptori - “konusi”) ir iekļauta tās uztverē.

uguns varavīksne

Zviedrijas iedzīvotājam Marianam Eriksonam laimējās viņu ieraudzīt. Varavīksne stiepās pāri naksnīgajām debesīm un kādu minūti stāvēja zem pilnmēness.

Zīmes un leģendas.

Reiz cilvēks sāka brīnīties, kāpēc debesīs parādās varavīksnes. Tajos laikos viņi nekad nebija pat dzirdējuši par optiku. Tāpēc cilvēki nāca klajā ar mītiem un leģendām, kā arī bija daudz māņticību. Šeit ir daži no tiem:

• Skandināvu mitoloģijā varavīksne ir Bifrost tilts, kas savieno Midgardu (cilvēku pasauli) un Asgardu (dievu pasauli).
• Senindiešu mitoloģijā - pērkona un zibens dieva Indras loks.
• Sengrieķu mitoloģijā – Īrisas ceļš, vēstnesis starp dievu un cilvēku pasaulēm.
• Saskaņā ar slāvu uzskatiem varavīksne, tāpat kā čūska, dzer ūdeni no ezeriem, upēm un jūrām, kas pēc tam līst.
• Īru rūķītis paslēpj zelta podu vietā, kur varavīksne pieskārās zemei.
• Saskaņā ar čuvašu uzskatiem, ja jūs ejat caur varavīksni, jūs varat mainīt savu dzimumu.
• Bībelē varavīksne parādījās pēc globālajiem plūdiem kā cilvēces piedošanas simbols.
• Māņticīgi cilvēki uzskatīja, ka varavīksnes ir slikta zīme. Viņi uzskatīja, ka mirušo dvēseles pāriet uz citu pasauli pa varavīksni, un, ja varavīksne parādījās, tas nozīmēja kāda nenovēršamu nāvi.

Varavīksnes skaidrojuma vēsture.

Jau sengrieķu filozofs Aristotelis mēģināja izskaidrot varavīksnes cēloni. Un persiešu astronoms Kutb al-Din al-Širazi (1236-1311) un, iespējams, viņa students Kamal al-din al-Farisi (1260-1320), acīmredzot bija pirmie, kas sniedza diezgan precīzu šīs parādības skaidrojumu.

Varavīksnes vispārējo fizisko attēlu jau bija skaidri aprakstījis Marks Antonijs de Dominiss (1611).

M.A. de Dominis

Pamatojoties uz eksperimentāliem novērojumiem, viņš nonāca pie secinājuma, ka varavīksne veidojas atstarošanas rezultātā no lietus lāses iekšējās virsmas un dubultās refrakcijas - pie ieejas pilē un pie izejas no tā. Renē Dekarts sniedza pilnīgāku skaidrojumu par varavīksni savā darbā "Meteora" nodaļā "Par varavīksni" (1635).

Renē Dekarts

Dekarts raksta:

“Pirmkārt, kad ņēmu vērā, ka varavīksne var parādīties ne tikai debesīs, bet arī gaisā pie mums ikreiz, kad tajās ir saules apspīdētas ūdens lāses, kā dažkārt var redzēt strūklakās, es jūtu plkst. viegli secināts, ka tas ir atkarīgs no tā, kā gaismas stari iedarbojas uz šiem pilieniem un no tiem nonāk mūsu acīs; tālāk, zinot, ka šie pilieni ir sfēriski, un redzot, ka gan ar lieliem, gan maziem pilieniem vienmēr parādās varavīksne tādā pašā veidā ", es izvirzīju sev mērķi izveidot ļoti lielu pilienu, lai varētu to labāk izpētīt. Lai to izdarītu, es piepildīju lielu stikla trauku, pilnīgi apaļu un pilnīgi caurspīdīgu, ar ūdeni un nonācu pie sekojošs secinājums..."

Šis secinājums atkārto un precizē Dominis iegūto rezultātu. Jo īpaši Dekarts atklāja, ka otrā (ārējā) varavīksne rodas no divām refrakcijām un diviem atstarojumiem. Viņš arī kvalitatīvi skaidroja varavīksnes krāsu izskatu, salīdzinot gaismas laušanu pilē ar laušanu stikla prizmā. 1. attēls, kas izskaidro stara ceļu pilē, ir ņemts no iepriekš minētā Dekarta darba. Bet Dekarta galvenais nopelns bija tas, ka viņš kvantitatīvi izskaidroja šo parādību, pirmo reizi izmantojot gaismas laušanas likumu:

“Es joprojām nezināju, kāpēc krāsas parādās tikai noteiktos leņķos, līdz paņēmu pildspalvu un sīki aprēķināju visu to staru ceļu, kas krīt dažādos ūdens lāses punktos, lai noskaidrotu, kādos leņķos tie var iekļūt acs pēc diviem refrakcijas un viena vai diviem atspīdumiem.Tad es atklāju, ka pēc viena atstarošanas un divām refrakcijām ir daudz vairāk staru, ko var redzēt leņķī no 41° līdz 42° (attiecībā pret saules staru) nekā tie, kas var ir redzams jebkurā mazākā leņķī, un nav neviena, kas būtu redzams lielākā leņķī. Turklāt es arī atklāju, ka pēc diviem atstarojumiem un divām refrakcijām acī krīt daudz vairāk staru leņķī no 51° līdz 52 ° nekā tie, kas nokristu jebkurā lielākā leņķī, un vispār nav tādu, kas kristu mazākā leņķī.

Tādējādi Dekarts ne tikai aprēķina staru ceļu, bet arī nosaka pilienu izkliedētās gaismas intensitātes leņķisko sadalījumu.

Attiecībā uz krāsām teoriju paplašināja Īzaks Ņūtons.

Īzaks Ņūtons

Lai gan varavīksnes daudzkrāsu spektrs ir nepārtraukts, saskaņā ar tradīciju tas ir sadalīts 7 krāsās. Tiek uzskatīts, ka Īzaks Ņūtons bija pirmais, kurš izvēlējās skaitli 7, kuram skaitlim 7 bija īpaša simboliska nozīme (pitagorisku, teoloģisku vai nāves iemeslu dēļ).

Slavenajās Optikas lekcijās, kas tika uzrakstītas 16. gadsimta 70. gados, bet publicētas pēc Ņūtona nāves 1729. gadā, ir sniegts šāds kopsavilkums:
"No stariem, kas iekļūst bumbiņā, daži to atstāj pēc viena atspīduma, citi pēc diviem atspīdumiem; ir stari, kas izplūst pēc trim atspīdumiem un vēl vairāk atspulgu. Tā kā lietus lāses ir ļoti mazas attiecībā pret attālumu līdz novērotāja acij, tas nav vērts. tas vispār ņem vērā to izmērus, bet tikai leņķus, ko veido krītošie stari ar izplūstošajiem stariem. Kur šie leņķi ir vislielākie vai mazākie, izplūstošie stari ir visvairāk koncentrēti. Tā kā dažāda veida stari (dažādu krāsu stari) veido dažādus lielākos un mazākos leņķus, tad stari ir visblīvākie, tiem, kas pulcējas dažādās vietās, ir vēlme parādīt savas krāsas."

Neprecīzs izrādījās Ņūtona apgalvojums par iespēju neņemt vērā piliena lielumu, kā arī Dekarta vārdi, ka ar lieliem un maziem pilieniem varavīksne vienmēr parādās vienādi. Pilnīgu varavīksnes teoriju, ņemot vērā gaismas difrakciju, kas ir atkarīga no gaismas viļņa garuma un piliena lieluma attiecības, tikai 19. gadsimtā uzbūvēja Dž.B. Ērija (1836) un Dž. Pērnters (1897).

Stara laušana un atstarošana ūdens pilē.

Dekarta zīmējumam, kuru esam atveidojuši kā relikviju, ir viena "metodoloģiska" nepilnība. Neapmācītam lasītājam var šķist, ka gan ārējās, gan iekšējās varavīksnes izraisa dažādi atspulga veidi vienā pilē. Labāk būtu attēlot divus pilienus: viens pieder pie apakšējās varavīksnes, otrs augšējai, atstājot katram vienu atstarošanas metodi, kā parādīts attēlā. 2. Lai atvieglotu uztveri, abos gadījumos par abscisu asi tiek ņemts saules stara virziens, kas krīt uz pilienu. Y koordinātu, kas raksturo staru kūļa krišanas punktu uz kritiena, sauks par trieciena parametru.

No att. 2, a redzams, ka krītošu staru ar vienu atspulgu novērotājs var uztvert, ja tikai krišanas punkts attiecas uz piliena augšdaļu (y > 0). Gluži pretēji, ar diviem atspīdumiem tas būs iespējams tiem stariem, kas krīt uz piliena apakšējo daļu (y< 0).

Vispirms pieņemsim, ka piliens atrodas vertikālā plaknē, kas iet caur Saules stāvokli un novērotāja acīm. Tad incidents, lauztie un atstarotie stari atrodas vienā plaknē. Ja α 1 ir krišanas leņķis, bet α 2 ir laušanas leņķis, tad no att. 2, a un b, topošā stara leņķis attiecībā pret krītošo pirmajā gadījumā būs vienāds ar φ 1 = 4α 2 -2α 1 (1)
un otrajā - φ 2 = π - 6α 2 + 2α 1 (2)
un saskaņā ar refrakcijas likumu: sin α 2 = sin α 1 /n
kur n mūsu gadījumā ir ūdens laušanas koeficients. Turklāt, ņemot piliena rādiusu kā garuma vienību, mums ir:

Attiecīgi pirmajā un otrajā gadījumā. Tāpēc no (1) un (2) mēs iegūstam
φ 1 = 4 arcsin(y/n) - 2 loksins y, y>0 (3)
φ 2 = π+6 arcsin(y/n) - 2 loksins y, y<0 (4)

Šie divi vienādojumi ir galvenie tālākai izskatīšanai. Nav grūti attēlot leņķus φ 1 un φ 2 kā y funkcijas. Tie ir parādīti attēlā. 3 refrakcijas indeksam n=1,331 (sarkans). Mēs redzam, ka, ja trieciena parametrs ir y≈0,85, tiek sasniegts maksimālais leņķis φ 1, kas ir aptuveni vienāds ar 42°, un leņķim ir vismaz ~53° pie y≈-0,95. Parādīsim, ka šie galējie punkti atbilst maksimālajai gaismas intensitātei, ko atstaro piliens.

Apskatīsim noteiktu nelielu trieciena parametra izmaiņu intervālu (lai tas būtu specifisks pirmajā gadījumā) y, y + Δy. Izmantojot grafiku, jūs varat atrast leņķa φ izmaiņas šajā intervālā Δφ. Attēlā 3 var redzēt, ka Δφ=Δy*tg β, kur β ir leņķis, ko grafika pieskares dotajā punktā veido ar abscisu asi. Vērtība Δy ir proporcionāla gaismas intensitātei ΔI, kas rodas, samazinoties šī trieciena parametra intervālam. Tāda pati gaismas intensitāte (precīzāk, tai proporcionāla vērtība) tiek izkliedēta ar leņķiskā intervāla Δφ kritumu. Varam uzrakstīt ΔI ~ Δy =Δy*ctg β. Tāpēc gaismas intensitāti, kas izkliedēta ar kritumu uz izkliedes leņķa vienību, var izteikt kā I(φ) = ΔI/Δφ ~ cot β (5)

Tā kā galējos punktos ctg β = ∞, daudzums (5) iet uz bezgalību. Ņemiet vērā, ka šo galējo punktu pozīcijas dažādām krāsām ir nedaudz atšķirīgas, kas ļauj mums novērot varavīksni.

Kā uzzīmēt varavīksni

Tagad mēs varam uzzīmēt varavīksnes novērošanas diagrammu. Šī konstrukcija ir parādīta attēlā. 4. Vispirms uzzīmējam Zemes virsmu un uz tās stāvošo novērotāju. Novērotāja priekšā ir lietus priekškars (pelēkā krāsā). Tad mēs attēlojam saules starus, kuru virziens ir atkarīgs no Saules augstuma virs horizonta. Caur novērotāja aci mēs vadām sarkanos un violetos starus iepriekšminētajos leņķos attiecībā pret saules stariem. No iepriekšējās sadaļas rezultātiem varam būt pārliecināti, ka šie stari radīsies attiecīgo lietus pilienu izkliedes rezultātā. Tajā pašā laikā, kā izriet no att. 2, apakšējo varavīksni izraisa izkliedes procesi ar vienu atspulgu, bet augšējo - ar diviem atspīdumiem. Ievērojiet krāsu maiņu: violetie stari ir ārēji, bet sarkanie ir iekšējie. Acīmredzot citu krāsu stari katrā varavīksnē ir novietoti starp sarkano un violeto atbilstoši refrakcijas koeficientu vērtībām.

Atcerēsimies, ka līdz šim esam aplūkojuši varavīksnes attēlu vertikālā plaknē, kas iet caur novērotāja aci, un Saules stāvokli. Novelkam taisnu līniju, kas iet caur novērotāja aci paralēli saules staram. Ja vertikālo plakni pagriež ap norādīto taisni, tad tās jaunā pozīcija varavīksnes novērošanai būs pilnīgi līdzvērtīga sākotnējai. Tāpēc varavīksnei ir apļa loka forma, kuras centrs atrodas uz konstruētās ass. Šī apļa rādiuss (kā redzams 4. attēlā) ir aptuveni vienāds ar novērotāja attālumu līdz lietus priekškaram.

Ņemiet vērā, ka, novērojot varavīksni, Saule nedrīkst atrasties pārāk augstu virs horizonta – ne vairāk kā 53,48°. Pretējā gadījumā staru raksts attēlā griezīsies pulksteņrādītāja virzienā, tā ka pat augšējās varavīksnes violetais stars nevarēs sasniegt uz Zemes stāvoša novērotāja aci. Tiesa, tas būs iespējams, ja novērotājs pacelsies līdz noteiktam augstumam, piemēram, lidmašīnā. Ja novērotājs pacelsies pietiekami augstu, viņš varēs redzēt varavīksni pilna apļa formā.

Varavīksnes veidošanās diagramma

Varavīksnes veidošanās diagramma
1) sfērisks piliens 2) iekšējais pārdomas 3) primārā varavīksne
4) refrakcija 5) sekundārā varavīksne 6) ienākošais gaismas stars
7) staru gaita primārās varavīksnes veidošanās laikā

8) staru gaita sekundārās varavīksnes veidošanās laikā
9) novērotājs 10) primārās varavīksnes veidošanās zona
11) sekundārās varavīksnes veidošanās zona 12) pilienu mākonis

Šis varavīksnes apraksts būtu jāprecizē, ņemot vērā faktu, ka saules stari nav stingri paralēli. Tas ir saistīts ar faktu, ka stariem, kas krīt uz pilienu no dažādiem Saules punktiem, ir nedaudz atšķirīgi virzieni. Maksimālo staru leņķisko novirzi nosaka Saules leņķiskais diametrs, kas, kā zināms, ir aptuveni 0,5°. Pie kā tas noved? Katrs piliens izstaro novērotāja acī gaismu, kas nav tik vienkrāsains, kā tas būtu gadījumā, ja krītošie stari būtu stingri paralēli. Ja Saules leņķiskais diametrs būtu ievērojami lielāks par leņķisko attālumu starp violetajiem un sarkanajiem stariem, tad varavīksnes krāsas nebūtu atšķiramas. Par laimi, tas tā nav, lai gan dažāda viļņa garuma staru pārklāšanās neapšaubāmi ietekmē varavīksnes krāsu kontrastu. Interesanti, ka Saules galīgais leņķiskais diametrs tika ņemts vērā jau Dekarta darbā.