Номер 5, страница 207 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

5. Что такое радуга? Как она образуется?

Что такое радуга?

Радуга — это атмосферное оптическое и метеорологическое явление, которое наблюдается в виде разноцветной дуги или окружности на небе. Она возникает, когда солнечный свет преломляется и отражается в каплях воды (дождя или тумана), взвешенных в атмосфере.

Свет, из которого состоит радуга, является спектром солнечного света. Цвета в радуге располагаются в определённой последовательности, соответствующей спектру видимого излучения: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. В русской культуре для запоминания последовательности цветов используется мнемоническая фраза: «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан».

Как она образуется?

Механизм образования радуги связан с физическими явлениями дисперсии, преломления и отражения света в водяных каплях.

Решение:

Процесс можно разбить на несколько этапов:

1. Преломление и дисперсия при входе в каплю. Солнечный луч, состоящий из света разных длин волн (разных цветов), попадает на поверхность сферической капли воды. При переходе из воздуха в воду свет преломляется. Поскольку показатель преломления воды немного различается для разных цветов (это явление называется дисперсией), белый свет разлагается в спектр. Фиолетовый свет (самая короткая длина волны в видимом спектре) преломляется сильнее, а красный (самая длинная) — слабее.

2. Внутреннее отражение. Пройдя внутри капли, разложенный на цвета пучок света достигает её задней стенки. Здесь происходит полное внутреннее отражение, и свет направляется обратно к передней части капли.

3. Второе преломление при выходе из капли. При выходе из капли в воздух свет преломляется ещё раз, что усиливает разделение цветов.

В результате этих процессов из каждой капли выходит расходящийся веер цветных лучей. Однако наблюдатель видит свет только одного определённого цвета от каждой конкретной капли. Это зависит от угла между направлением на Солнце и направлением на каплю.

Для основной (первичной) радуги красный цвет виден под углом примерно $42^\circ$ к направлению, противоположному Солнцу, а фиолетовый — под углом около $40^\circ$. Поэтому мы видим красную полосу выше (на внешней стороне дуги), а фиолетовую — ниже (на внутренней). Все капли, которые находятся на дуге окружности под углом $42^\circ$, будут посылать наблюдателю красный свет. Аналогично, все капли на дуге под углом $40^\circ$ будут посылать фиолетовый свет. Капли между этими углами посылают свет других цветов спектра.

Важным условием для наблюдения радуги является то, что Солнце должно находиться за спиной наблюдателя, а дождь или водяная взвесь — перед ним. Центр дуги радуги всегда находится в точке, противоположной Солнцу (антисолярной точке).

Иногда можно увидеть и вторую, более бледную радугу — вторичную. Она образуется в результате двух внутренних отражений света в каплях и расположена выше основной. В ней порядок цветов обратный: красный внутри, а фиолетовый снаружи.

Ответ: Радуга — это оптическое явление, вызванное преломлением (дисперсией) и отражением солнечного света в каплях дождя или тумана. Белый солнечный свет разлагается на спектр цветов при прохождении через капли, и наблюдатель видит разноцветную дугу на небе, когда солнце находится за его спиной. Красный цвет виден под углом около $42^\circ$, а фиолетовый — под углом около $40^\circ$ от антисолярной точки.