Номер 6, страница 111 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

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

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

Радуга — это оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое при освещении Солнцем (или другим источником света) множества водяных капель (дождя или тумана). Образование радуги объясняется физическими процессами преломления, дисперсии и отражения света в этих каплях.

Образование основной радуги:

Для появления радуги необходимо, чтобы источник света (Солнце) находился за спиной наблюдателя, а перед ним в воздухе были капли воды. Когда солнечный луч, представляющий собой белый свет, попадает в сферическую каплю воды, происходят следующие процессы:

1. Преломление и дисперсия. При переходе из воздуха в воду свет преломляется. Поскольку показатель преломления воды немного различается для света разной длины волны (это явление называется дисперсией), белый свет разлагается в спектр. Фиолетовый свет (с меньшей длиной волны) преломляется под большим углом, чем красный свет (с большей длиной волны).

2. Внутреннее отражение. Пройдя сквозь каплю, разделённый на цвета пучок света отражается от её внутренней задней поверхности.

3. Второе преломление. После отражения свет снова выходит из капли в воздух, преломляясь ещё раз. Это второе преломление усиливает разделение цветов.

В результате свет выходит из капли под определённым углом к первоначальному направлению. Для основной радуги этот угол составляет примерно $40^\circ$ для фиолетового света и $42^\circ$ для красного. Наблюдатель видит радугу как дугу, потому что его глаз улавливает свет только от тех капель, которые находятся под этими конкретными углами относительно линии "Солнце - голова наблюдателя". Поэтому красный цвет, выходящий под большим углом, формирует внешнюю дугу, а фиолетовый — внутреннюю.

Почему радуга бывает двойной?

Двойная радуга возникает, когда солнечный свет испытывает в каплях воды не одно, а два внутренних отражения. Это приводит к появлению второй, менее яркой радуги над основной.

Особенности вторичной радуги:

1. Обратный порядок цветов. Из-за второго внутреннего отражения порядок цветов в ней инвертируется: красный цвет находится на внутренней стороне дуги, а фиолетовый — на внешней.

2. Больший угловой размер. Вторичная радуга видна под большими углами — примерно от $50^\circ$ до $53^\circ$. Поэтому она располагается выше основной.

3. Меньшая яркость. При каждом отражении часть света выходит из капли, а не отражается. Поэтому после двух отражений интенсивность света, формирующего вторую радугу, значительно слабее, чем у света, формирующего первую радугу после одного отражения.

Пространство между двумя радугами часто выглядит темнее остального неба. Эта область называется полосой Александра. Её темнота объясняется тем, что капли в этой зоне не могут направить свет к глазу наблюдателя ни после одного, ни после двух отражений.

Ответ: Радуга образуется в результате дисперсии (разложения в спектр) солнечного света при его преломлении и внутреннем отражении в каплях дождя. Свет разных цветов выходит из капель под разными углами ($40^\circ-42^\circ$), формируя цветную дугу с красным цветом снаружи и фиолетовым внутри. Двойная радуга появляется, когда свет испытывает в каплях два внутренних отражения. Это создаёт вторую, более тусклую дугу выше первой, с обратным порядком цветов (красный внутри) и видимую под углами $50^\circ-53^\circ$.