Туманная радуга
Тума́нная ра́дуга (бе́лая ра́дуга, тума́нная дуга́) — радуга, представляющая собой широкую блестящую белую дугу, обусловленную преломлением и рассеянием света в очень мелких капельках воды.
Она появляется при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из капелек радиусом около или меньше 25 мкм.
Внутренняя сторона белой радуги может быть немного окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя — в оранжевый. Иногда белой радугой неверно называют лунную радугу.
Механизм образования править
Белая радуга образуется в результате рассеяния света на каплях воды, существенно меньших, чем те, что присутствуют в воздухе при образовании обычной радуги. Исчезновение цветов при этом вызывается дифракцией света, влияние которой возрастает при уменьшении размеров капель[1][2].
Дифракция представляет собой явление, обусловленное волновой природой света. Одно из её проявлений состоит в том, что уменьшение поперечного сечения пучка света приводит к увеличению его расходимости, то есть пучок после уменьшения его сечения расширяется по мере дальнейшего распространения сильнее, чем пучок с исходным сечением.
Вызванное дифракцией увеличение угла, который образуют крайние лучи пучка друг с другом, называют дифракционной расходимостью [3]. Она связана с длиной волны света и диаметром пучка приближённым соотношением[2]:
где выражается в радианах.
В нашем случае размер пучка определятся той частью поверхности капли, которая отражает свет, формирующий радугу, и поэтому меньше диаметра капли. Как видно из формулы, расходимость тем больше, чем больше длина волны света. Соответственно, дифракционные эффекты наиболее сильно сказываются на красном свете, а на фиолетовом — в наименьшей степени.
При больших размерах капель расходимость мала, и пучок света каждого цвета распространяется по своему направлению, не смешиваясь с пучками других цветов. Уменьшение капель приводит к тому, что ситуация изменяется: расходящиеся пучки начинают смешиваться, и цвета радуги становятся менее выраженными (блеклыми). При дальнейшем уменьшении размеров капель перемешивание пучков становится полным, а свет, рассеянный каплями, — белым. Такое исчезновение цветов радуги происходит, когда размеры капель составляют 20-25 мкм. Кроме того, увеличение расходимости рассеянного света приводит и к возрастанию угловой ширины радуги: у туманной радуги она приблизительно в два раза больше, чем у обычной[1].
Таким образом, можно сказать, что если благодаря преломлению и дисперсии света в каплях воды происходит разделение белого света солнца на составляющие разного цвета, то из-за дифракции происходит противоположный процесс: соединение пучков света с различными цветами в один пучок белого цвета.
Примечания править
- ↑ 1 2 Миннарт М. Свет и цвет в природе. — М.: «Наука», 1969. — С. 188-189, 193-194.
- ↑ 1 2 Трифонов Е. Д. Ещё раз о радуге // Соросовский образовательный журнал. — 2000. — Т. 6, № 7. — С. 53-58. Архивировано 29 сентября 2015 года.
- ↑ Дифракционная расходимость — статья из Физической энциклопедии
Литература править
- Уокер Дж. Физический фейерверк (вопросы и ответы по физике). — 2-е. — 1989. — 297 с. — ISBN 5-03-001232-X.