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

1. Как объяснить появление радуги после дождя? Почему радуга имеет форму дуги?

1. Как объяснить появление радуги после дождя? Почему радуга имеет форму дуги?

Появление радуги после дождя — это оптическое явление, вызванное взаимодействием солнечного света с каплями воды, взвешенными в атмосфере. Процесс можно объяснить в несколько этапов:

1. Дисперсия света. Белый солнечный свет на самом деле представляет собой спектр, то есть совокупность лучей разного цвета (разной длины волны). Когда солнечный луч входит в сферическую каплю дождя, он преломляется на её поверхности. Поскольку показатель преломления воды немного зависит от длины волны света, белый свет разлагается на составляющие его цвета. Это явление называется дисперсией. Красный свет, имеющий наибольшую длину волны, отклоняется меньше всего, а фиолетовый, с наименьшей длиной волны, — больше всего.

2. Внутреннее отражение. Пройдя внутрь капли, разделённые по цветам лучи достигают её задней стенки и отражаются от неё, как от зеркала.

3. Вторичное преломление. После отражения лучи направляются к передней стенке капли и, выходя из неё обратно в воздух, преломляются ещё раз. Это вторичное преломление дополнительно усиливает разделение цветов.

В результате этих процессов из каждой капли выходит целый веер цветных лучей. Наблюдатель, чтобы увидеть радугу, должен находиться спиной к Солнцу, а перед ним должен быть дождь.

Почему радуга имеет форму дуги?

Форма дуги обусловлена геометрией наблюдения. Свет, образующий радугу, выходит из капель под определёнными углами относительно линии, соединяющей Солнце, глаз наблюдателя и точку на небе, противоположную Солнцу (антисолнечную точку). Все капли, от которых свет определённого цвета (например, красного) доходит до глаза наблюдателя, находятся на окружности. Для основной радуги красный цвет виден под углом примерно $42^\circ$ к антисолнечной линии, а фиолетовый — под углом $40^\circ$.

Таким образом, все капли воды, находящиеся под нужным углом от наблюдателя, формируют в небе огромную окружность. Однако, поскольку Земля (линия горизонта) обычно закрывает нижнюю часть этой окружности, мы видим только её верхнюю часть — дугу. Если смотреть на радугу с большой высоты, например с борта самолёта или с высокой горы, можно увидеть и полную круговую радугу.

Ответ: Радуга появляется из-за дисперсии, преломления и внутреннего отражения солнечного света в каплях дождя. Свет разлагается на спектр, и мы видим его в виде разноцветной полосы. Форму дуги радуга имеет потому, что мы видим свет, отражённый от капель, находящихся под определённым углом к нам. Совокупность этих капель образует окружность, но из-за горизонта мы чаще всего видим только её часть — дугу.

2. Можно ли увидеть одновременно две, три радуги? Ответ аргументируйте.

Да, увидеть одновременно две радуги можно, и это довольно распространённое явление.

Двойная радуга. Вторая, более слабая радуга, называемая вторичной, появляется над основной (первичной). Она возникает, когда солнечный свет претерпевает не одно, а два внутренних отражения в каплях дождя. Из-за дополнительного отражения свет выходит из капли под другим, большим углом (около $50^\circ–53^\circ$), поэтому вторичная радуга располагается выше первичной. Также второе отражение "переворачивает" порядок цветов, поэтому у вторичной радуги красный цвет находится на внутренней стороне дуги, а фиолетовый — на внешней, в отличие от первичной. Вторичная радуга всегда бледнее, так как при каждом внутреннем отражении часть света теряется. Область неба между двумя радугами часто кажется темнее, и её называют полосой Александра.

Тройная радуга и радуги высших порядков. Теоретически возможно существование и третьей (третичной), и четвертой (четвертичной) радуги, которые образуются в результате трёх и четырёх внутренних отражений света в каплях соответственно. Однако увидеть их практически невозможно по нескольким причинам:

1. Исключительная бледность. С каждым последующим отражением теряется всё больше световой энергии, поэтому радуги высших порядков становятся экспоненциально тусклее.

2. Расположение. Третичная и четвертичная радуги формируются не напротив Солнца, как первые две, а вокруг него. Это означает, что для их наблюдения нужно смотреть в сторону Солнца, и их очень слабый свет полностью теряется в ярком свете неба.

Хотя были единичные научные сообщения о фотографической фиксации третичной радуги в идеальных условиях (например, при наличии очень тёмной тучи рядом с Солнцем), увидеть её невооружённым глазом — событие крайне маловероятное.

Ответ: Да, можно увидеть две радуги одновременно. Вторая (вторичная) радуга образуется из-за двойного внутреннего отражения света в каплях и видна над основной, с обратным порядком цветов. Увидеть три или более радуги теоретически возможно, но на практике почти нереально из-за их чрезвычайной тусклости и невыгодного расположения на небе (рядом с Солнцем).