Как научиться делать радугу¶
Радуга — оптическое явление, при котором солнечный свет, преломляясь и отражаясь внутри капель воды, раскладывается на спектр цветов и виден в виде цветной дуги на небе. Сделать радугу искусственно можно несколькими способами — от простого опыта с водой и солнцем до сложных лазерных инсталляций. Ниже рассмотрены основные методы, доступные для самостоятельного воспроизведения.
¶Физические принципы
Чтобы получить радугу, необходимо три условия: источник света (обычно солнце или яркая лампа), капли воды в воздухе и наблюдатель, находящийся под определённым углом к свету. Капля воды работает как маленькая призма: луч входит в неё, преломляется, отражается от задней поверхности и снова преломляется при выходе. При этом разные длины волн света отклоняются по-разному — красный свет отклоняется сильнее синего, и белый свет раскладывается в спектр.
Угол между направлением на солнце и лучом, идущим от капли к наблюдателю, составляет около 42° для красного края и около 40° для фиолетового. Именно поэтому радуга всегда видна в противоположной от солнца стороне неба, а её центр геометрически расположен в точке, противоположной солнцу.
¶Способы создания радуги
¶Опыт с водой и солнцем
Самый простой способ увидеть радугу — создать водяной туман в солнечный день. Для этого подойдёт садовый шланг с распылителем или обычный пульверизатор. Стоя спиной к солнцу, нужно распылять воду перед собой: радуга появится в каплях на фоне тёмной поверхности (тени дома, деревьев). Чем мельче капли и равномернее распыление, тем чётче получится спектр.
¶Призма
Классический способ получения спектра — стеклянная призма. Луч белого света, проходя через призму, преломляется и разлагается на составляющие цвета. Для получения радуги в комнате достаточно направить узкий луч фонарика или солнечный луч через призму на белую стену. Призмы продаются в магазинах оптики и научных игрушек.
¶Диск Ньютона
Диск Ньютона — физический прибор, демонстрирующий обратный процесс: смешение спектральных цветов в белый. На круглый диск нанесены сектора семи цветов радуги (красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый) с нелинейно нарастающими площадями. При быстром вращении диск выглядит почти белым. Диск легко изготовить из картона и фломастеров.
¶Лазер и капли воды
Экспериментальный способ: лазерный луч направляется через струю воды из крана или через прозрачный сосуд с водой. Луч отражается внутри капли и раскладывается на спектр. Опыт требует осторожности — нельзя направлять лазер в глаза.
¶Мыльные пузыри и плёнка
Тонкая плёнка мыльного раствора или масляная плёнка на воде даёт интерференционную радугу: цвета возникают из-за интерференции световых волн, отражённых от внешней и внутренней поверхности плёнки. Цвета меняются при изменении толщины плёнки.
¶Солнечные очки-поляризаторы и дисперсионные гранёные стёкла
Гранёное стекло (например, стакан «Гранёный») при взгляде через него на источник света создаёт эффект, напоминающий радугу, за счёт многократного преломления на гранях.
¶Радуга в искусстве и дизайне
Спектральные цвета широко используются в оформлении, графике и световых инсталляциях. Для имитации радуги в интерьере применяются призматические плёнки, которые, наклеенные на окно, разлагают солнечный свет и создают радужные блики. Специальные лампы-«радуги» (RGB-проекторы) проецируют спектральные полосы на стены.
¶Интересные факты
- Полная радуга имеет форму круга, но наблюдатель видит только дугу, так как вторая часть скрыта горизонтом.
- Иногда наблюдаются двойные радуги: вторая, более слабая, имеет обратный порядок цветов и ширину около 9°.
- Русское слово «радуга» восходит к праславянскому *orędьga, связанному с корнем «рад-» (веселье).
- Исаак Ньютон впервые экспериментально показал, что белый свет состоит из смеси спектральных цветов, используя призму (1666 год).
Источники:
- Ньютон И. «Оптика»
- Френель О. «Трактат об интерференции»
- Бродский Л. И. «Лекции по общей физике»
- Большая Российская энциклопедия, статья «Радуга»
- Физическая энциклопедия, статья «Радуга атмосферная»