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彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

最佳答案

最近大家可能会经常在网上看到关于“彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的”的相关问题,总能引起大家广泛讨论,下面就和小编一起来了解一下吧。

彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

炎热的夏天的季节,一场大雨,天空开始放晴后,咱们时常会发现天空出现了一条弯弯的、连续的彩色光带,也便是咱们俗称的“彩虹”。

彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

就如为什么天空是蓝色的一样,人们对待日常生活中司空见惯的局面,很少会主动发出疑问。但话又说回去了,天空蓝色是因为大气分子对光的散射作用,那么彩虹为何弯曲,又为何坐拥七彩颜色呢?

透过局面看本质,彩虹这样的局面很显然属于光学局面,于是想要说明这样的局面的成因,必定离不开光及其传播性质。于是咱们紧接着就来详细的谈一谈这种问题。

彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

从牛顿使用三棱镜发现太阳光是复合光(能分解出多种单色光),而彩虹的颜色刚好对应着太阳光色散后的多种颜色,于是彩虹的形成应当离不开一个被称为“折射”的过程。科学家们发现,天空中的小水珠恰好起到了这种折射作用(这仍是为什么彩虹比较容易出现的雨后的晴天)。

于是咱们先从单个小水珠出发,见下面这张图片

彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

图中的圆圈代表一个小水珠,而实线则代表光线。从入射光开始,当光线穿过水珠表面时,会出现折射局面(也会有一部分被反射走),咱们会发现光线的方向发生了偏折,而这种偏折的角度可以由明白且确定的物理定律给出(与折射率有关)。

当第一次折射结束后,光线继续在水珠内传播,当第二次遇见水珠边缘时,就会出现反射的局面(也有一部分被折射出去,全反射除此之外);而反射后的光线结尾会第三次碰到水珠边缘,此岁月线又会出现第二次的状况,一部分反射、一部分折射。由于最后咱们能看将彩虹,于是咱们需要研究的是光线在水珠内经历折射、反射、再折射的过程。

既然牛顿的色散实验叮嘱咱们太阳光是复合光,那么一束光线入射小水珠时,咱们就可以研究里面的一种单色光的作为,由于水珠内对不一样单色光的折射率是不一致的,于是先研究一种单色光,比较方便。

例如咱们先从红光开始,由于不或许只有一个光子进入水珠,而是无数条平行红光会入射水珠,因此水珠的一面上的各点都在发生折射,而因为各点入射角的差异,致使结尾光线从水珠出来时,光线的密集程度也不一样,即强度不一致(可以见接下来的动图)

彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

咱们发现,在里面一个角度上,光线是较为密集的(强度大),因此这种角度上的光就最容易被感知。那么这种角度是怎么得来的呢?(或者说那里光线比较密集是怎么发现的)

第一种方法便是画图,但为了准确就需要画出十分多的光线,同时结尾也只好给出一个模糊的范围。于是,咱们就采用最精确的数学计算,从几何关系咱们可以得到一些角度当中的函数方程和图案,结尾发现,假如是红色光,那么光线密集处就集中在42.5度周边(前一幅图中的γ角)

然而另有一点是动图所没有给出的,便是立体性

由于动图给出的是二维画面,但实际上水珠是球形立体的,于是可以想象当光线照射水珠时,结尾出来的光线应当是向四周散去,而里面光线最为密集的就形成了一个近似光锥的形状(见下面这张图片)

彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

只要人眼处于这种光锥面上的任意一点,都可以看到水珠折射出的红光。可以想象,当天空中小水珠比较充足且均匀时,各个小水珠都可以变成折射光源,但因为咱们人只有一个,且只好处于空间中指定的一点,于是人只好处于一部分角度恰当的水珠光锥面上。

在这种光锥面上的任何一个小水珠都成了彩虹的一分子,但咱们无法分辨出各个小水珠离咱们的距离,但因为处在一个光锥面(也便是角度相同),于是结尾给咱们的感触便是在天空中某个距离的平面上形成了一条弯曲的光带,这便是彩虹为什么是弯的原因。

彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

但上图这样的彩虹应当是不或许出现的,彩虹的边面是不存在的,从综上所述的说明可以看出,咱们只好从彩虹的正前方观看。

但综上所述只说了单色红光的状况,那么彩虹中其它颜色的光又是怎么样的呢?又是如何按照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 的顺序排列出的呢?

在之前那个小水珠的图上,咱们看到了α、β、γ三个代表角度的字母,里面α是光线结尾偏折的角度,β是入射角,γ是180度减去α后其余的角度,这种角度代表着该方向的光线将被人眼观测到。

因为各单色光的在水珠中的折射率不一致,于是结尾形成的γ角也不一致,里面红色光最大,约42.5度,而蓝紫光在41度左右。因为角度的不一致,进而致使彩虹的颜色由上而下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等等。

于是乎,彩虹为什么是弯的,色彩的由来等就这样被光学规律明白且确定的说明了。

彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的

结尾还得叮嘱各位一点便是,因为大家站的空间地点都是不一致的,那么发出彩虹颜色的小水珠也都不相同,于是大家看到的彩虹都是不可复制的,大家都具有属于他自己的彩虹。

综上所述,以上就是关于“彩虹的形状为什么是弯的?彩虹为什么是弧形的”的全部内容了,希望大家看完这篇由小编精心整理的内容后,能对相关知识有所了解,解决你的困惑。

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