Номер 7, страница 183, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

7. Как можно объяснить образование радуги? Почему иногда радуга бывает двойной?

Как можно объяснить образование радуги?

Радуга — это оптическое явление, которое возникает в результате преломления, дисперсии и отражения солнечного света в каплях воды (дождя или тумана). Каждая капля воды в воздухе работает как крошечная призма.

Процесс формирования основной, или первичной, радуги происходит в несколько этапов:

1. Преломление и дисперсия. Солнечный луч, попадая на поверхность капли воды, преломляется. Поскольку показатель преломления воды зависит от длины волны света, белый свет разлагается в спектр (это явление называется дисперсией). Фиолетовый свет, имеющий более короткую длину волны, преломляется сильнее, чем красный свет с более длинной волной.

2. Внутреннее отражение. Пройдя внутрь капли, световые лучи разных цветов достигают её задней стенки и отражаются от неё. Этот процесс является полным внутренним отражением.

3. Второе преломление. После отражения свет выходит из капли обратно в воздух, снова преломляясь на границе вода-воздух.

В итоге свет, вышедший из капли, разложен на составляющие его цвета. Наблюдатель, стоящий спиной к солнцу и лицом к дождю, видит радугу. Разные цвета приходят к нему от разных капель, находящихся под определёнными углами. Красный свет виден под углом примерно $42^\circ$ к направлению, противоположному Солнцу, а фиолетовый — под углом $40^\circ$. Поэтому внешняя дуга радуги всегда красная, а внутренняя — фиолетовая.

Ответ: Образование радуги объясняется разложением (дисперсией) белого солнечного света на спектр при его преломлении и внутреннем отражении в каплях дождя. Каждая капля работает как призма, и совокупность света от множества капель создает видимую дугу.

Почему иногда радуга бывает двойной?

Двойная радуга возникает, когда солнечный свет испытывает не одно, а два полных внутренних отражения внутри капель воды. Это приводит к появлению второй, менее яркой дуги над основной.

Вторичная радуга имеет несколько характерных отличий от первичной:

1. Порядок цветов. Из-за второго отражения путь света внутри капли изменяется, и порядок цветов во вторичной радуге оказывается обратным: красный цвет находится на внутренней стороне дуги, а фиолетовый — на внешней.

2. Яркость. При каждом внутреннем отражении часть света теряется (выходит из капли или поглощается). Поэтому после двух отражений интенсивность света значительно уменьшается, и вторичная радуга всегда заметно тусклее и бледнее первичной.

3. Расположение. Вторичная радуга видна под большим углом к наблюдателю, чем первичная. Если угол для первичной радуги составляет $40^\circ-42^\circ$, то для вторичной — около $50^\circ-53^\circ$. Поэтому она всегда располагается на небе выше и дальше (снаружи) от основной.

Между двумя радугами часто можно заметить более тёмную полосу неба, известную как полоса Александра. Она образуется потому, что в этот угловой промежуток (между $42^\circ$ и $50^\circ$) капли воды не отражают свет в сторону наблюдателя ни при однократном, ни при двукратном отражении.

Ответ: Двойная радуга появляется из-за того, что в части капель дождя свет претерпевает два внутренних отражения вместо одного. Это формирует вторую, более тусклую радугу, расположенную над основной и имеющую обратный порядок цветов.