» » » » » » » Curcubeul

Curcubeul

postat în: Lumina 0
Curcubeu dublu
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Double-alaskan-rainbow.jpg 

(Curcubeu dublu și curcubeu supernumerar în interiorul arcului primar. Umbra capului fotografului de pe fundal marchează centrul cercului curcubeului (punctul antisolar). )

Un curcubeu este un fenomen meteorologic cauzat de reflexia, refracția și dispersia luminii în picăturile de apă, rezultând un spectru de lumină care apare pe cer. Are forma unui arc circular multicolor. Curcubeele cauzate de lumina soarelui apar întotdeauna în secțiunea de cer vizavi de soare.

Curcubeele pot fi cercuri complete. Cu toate acestea, observatorul vede în mod normal numai un arc format din picături iluminate deasupra solului și centrat pe o linie de la soare la ochiul observatorului.

Într-un curcubeu primar, arcul arată roșu pe partea exterioară și violet pe partea interioară. Acest curcubeu este cauzat de reflexia luminii atunci când intră într-o picătură de apă, apoi se reflectă în interior pe spatele picăturii și se reface din nou când o părăsește.

Într-un curcubeu dublu, un al doilea arc este văzut în afara arcului primar și are ordinea culorilor inversate, cu roșu pe partea interioară a arcului. Acest lucru este cauzat de faptul că lumina se reflectă de două ori pe interiorul picăturii înainte de a o părăsi.

Prezentare generală

Curcubeu în Parcul Național Jasper
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:WhereRainbowRises.jpg

(Imaginea capătului unui curcubeu în Parcul Național Jasper. )

Un curcubeu nu este localizat la o anumită distanță de observator, ci provine dintr-o iluzie optică cauzată de picăturile de apă privite dintr-un anumit unghi în raport cu o sursă de lumină. Astfel, un curcubeu nu este un obiect și nu poate fi abordat fizic. Într-adevăr, este imposibil ca un observator să vadă un curcubeu din picăturile de apă în orice unghi diferit de cel obișnuit de 42 de grade față de direcția opusă sursei de lumină. Chiar dacă un observator vede un alt observator care pare „sub” sau „la capătul” unui curcubeu, al doilea observator va vedea un curcubeu diferit – mai departe – în același unghi considerat de primul observator.

Curcubeele acoperă un spectru continuu de culori. Orice benzi distincte percepute sunt un artefact de viziune a culorii umane și nicio bandă de niciun tip nu este văzută într-o fotografie alb-negru a unui curcubeu, doar o gradare netedă a intensității la maximum, care apoi se estompează spre cealaltă parte. Pentru culorile văzute de ochiul uman, secvența cea mai frecvent citată și amintită este cea de șapte culori a lui Newton, roșu, oranj, galben, verde, albastru, indigo și violet, amintită de mnemonicul ROGVAIV.

Curcubeele pot fi cauzate de multe forme de apă în aer. Acestea includ nu numai ploaia, ci și ceața, pulverizarea și roua în aer.

Numărul de culori în spectru sau curcubeu

Un spectru obținut utilizând o prismă de sticlă și o sursă punctuală este un continuum de lungimi de undă fără benzi. Numărul de culori pe care ochiul uman le poate distinge într-un spectru este de ordinul a 100. În consecință, sistemul de culori Munsell (un sistem din secolul XX pentru descrierea numerică a culorilor, bazat pe pași egali pentru percepția vizuală umană) distinge 100 nuanțe. Dispersia aparenta a culorilor principale este un artefact al perceptiei umane, iar numărul exact al culorilor principale este o alegere oarecum arbitrară.

  •      Roșu
  •      Oranj
  •      Galben
  •      Verde
  •      Albastru
  •      Indigo
  •      Violet

Newton, care a recunoscut că ochii lui nu erau foarte sensibili în diferențierea culorilor, inițial (1672) a împărțit spectrul în cinci culori principale: roșu, galben, verde, albastru și violet. Mai târziu a inclus oranj (portocaliu) și indigo, oferind șapte culori principale prin analogie cu numărul de note pe o scară muzicală. Newton a ales să împartă spectrul vizibil în șapte culori dintr-o credință derivată din convingerile greco-sofiste antice, care considerau că există o legătură între culori, notele muzicale, obiectele cunoscute din Sistemul Solar și zilele săptămânii.

Curcubeu
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Prism_compare_rainbow_01.png

(Curcubeu (mijloc: real, jos: calculat) comparativ cu spectrul real (sus): culori nesaturate și profil de culoare diferit. )

Potrivit lui Isaac Asimov, „Este obișnuit să enumărăm indigo ca o culoare situată între albastru și violet, dar niciodată nu mi s-a părut că indigo merită demnitatea de a fi considerată o culoare separată.”

Modelul de culoare al unui curcubeu diferă de un spectru, iar culorile sunt mai puțin saturate. Există o distorsionare spectrală într-un curcubeu datorită faptului că pentru o anumită lungime de undă există o distribuție a unghiurilor de ieșire, mai degrabă decât un unghi unic de înclinație. În plus, un curcubeu este o versiune neclară a arcului obținut dintr-o sursă punctuală, deoarece diametrul discului soarelui (0,5 °) nu poate fi neglijat în comparație cu lățimea unui curcubeu (2 °). Prin urmare, numărul de benzi de culoare ale unui curcubeu poate fi diferit de numărul de benzi dintr-un spectru, în special dacă picăturile sunt deosebit de mari sau mici. Prin urmare, numărul de culori ale unui curcubeu este variabil. Dacă, totuși, cuvântul curcubeu este folosit inexact pentru a înțelege spectrul, el este în acest caz numărul de culori principale din spectru.

Întrebarea dacă toată lumea vede șapte culori într-un curcubeu este legată de ideea de relativitate lingvistică. S-au făcut sugestii că există universalitate în modul în care este perceput un curcubeu. Cu toate acestea, cercetările mai recente sugerează că numărul de culori distincte observate și cum sunt numite depind de limbajul care se folosește , de persoanele al căror limbaj are mai puține cuvinte de culoare, de cei care văd mai puține benzi colorate discrete, etc.

Explicaţie

Razele de lumină intră într-o picătură de ploaie
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Rainbow_single_reflection.svg

(Razele de lumină intră într-o picătură de ploaie dintr-o direcție (de obicei, o linie dreaptă de la soare), se reflectă pe partea din spate a picăturii de ploaie și se răsfiră când părăsesc picăturile de ploaie, având intensitatea maximă la unghiurile de 40,89-42° (Notă: între 2 și 100% din lumină este reflectată la fiecare dintre cele trei suprafețe întâlnite, în funcție de unghiul de incidență.) Această diagramă arată doar căile relevante pentru curcubeu.) )

Când lumina soarelui întâlnește o picătură de ploaie, o parte a luminii se reflectă, iar restul intră în picăturile de ploaie. Lumina este refractată la suprafața picăturii de ploaie. Când această lumină ajunge la partea din spate a picăturii de ploaie, o parte din ea se reflectă înapoi. Când lumina reflectată intern ajunge din nou la suprafață, încă o dată unele sunt reflectate intern și unele sunt refractate în momentul în care ies din picătură. (Lumina care se reflectă pe picătură, iese prin spate sau care continuă să circule în interiorul picăturii după cea de-a doua întâlnire cu suprafața, nu este relevantă pentru formarea curcubeului primar.) Efectul global este acela că o parte din lumina primită este reflectată înapoi în intervalul de la 0° la 42°, cu cea mai intensă lumină la 42°. Acest unghi este independent de dimensiunea picăturii, dar depinde de indicele său de refracție. Apa de mare are un indice de refractie mai mare decât apa de ploaie, deci raza unui „curcubeu” în stropii de mare este mai mică decât a unui curcubeu adevărat. Acest lucru este vizibil cu ochiul liber printr-o aliniere necorespunzătoare a acestor arcuri.

Motivul pentru care lumina care se întoarce este cea mai intensă la aproximativ 42° este că acesta este un punct de cotitură – lumina ajungând la învelișul exterior al picăturii se întoarce la mai puțin de 42°, precum lumina care intră în picătură aproape de centrul ei. Există o bandă circulară de lumină care se întoarce complet în jurul valorii de 42°. Dacă soarele ar fi un laser care emite raze paralele, monocromatice, atunci luminanța (luminozitatea) arcului ar avea tendința să crească spre infinit la acest unghi (ignorând efectele de interferență). Dar, deoarece luminanța soarelui este finită, iar razele sale nu sunt paralele (acoperă aproape jumătate din cer), luminanța nu tinde la infinit. În plus, valoareaq refractată a luminii depinde de lungimea de undă și, prin urmare, de culoarea sa. Acest efect se numește dispersie. Lumina albastră (lungimea de undă mai mică) este refractată la un unghi mai mare decât lumina roșie, dar datorită reflexiei razelor luminoase din spatele picăturii lumina albastră iese din picătură într-un unghi mai mic decât raza de lumină albă incidentă originală, față de lumina roșie. Datorită acestui unghi, albastrul este văzut pe interiorul arcului curcubeului primar și roșu în exterior. Rezultatul este nu numai acela că dă culori diferite diferitelor părți ale curcubeului, ci și că diminează luminozitatea. (Un „curcubeu” format din picături de lichid fără dispersie ar fi alb, dar mai luminos decât un curcubeu normal.)

Lumina albă se separă în diferite culori la intrarea în picătură datorită dispersiei,(Lumina albă se separă în diferite culori la intrarea în picătură datorită dispersiei, cauzând astfel lumina roșie să fie refăcută mai puțin decât lumina albastră.)

Lumina din spatele picăturii de ploaie nu suferă o reflecție internă totală și o parte din lumină iese prin spate. Cu toate acestea, lumina care iese prin spatele picăturii de ploaie nu creează un curcubeu între observator și soare, deoarece spectrele emise din partea din spate a picăturii de ploaie nu au o intensitate maximă, așa cum este cazul la celelalte curcubee vizibile, și astfel culorile se amestecă, în loc să formeze un curcubeu.

Nu există un singur curcubeu într-o anumită locație, ci mai multe; totuși, numai unul poate fi văzut în funcție de locația și direcția privirii observatorului când picăturile sunt iluminate cu lumină de la Soare. Toate picăturile de ploaie refractă și reflectă lumina Soarelui în același mod, dar numai lumina de la unele picături de ploaie ajunge la ochiul observatorului. Această lumină este ceea ce constituie curcubeul pentru acel observator. Întregul sistem compus din razele Soarelui, capul observatorului și picăturile de apă (sferice) are o simetrie axială în jurul axei prin capul observatorului și paralel cu razele Soarelui. Curcubeul este curbat deoarece setul tuturor picăturilor de ploaie care au unghiul drept între observator, picătură și soare, se află pe un con, cu vârful spre Soare, cu observatorul în vârf. Baza conului formează un cerc la un unghi de 40-42° față de linia dintre capul observatorului și umbrele acestora, dar 50% sau mai mult din cerc este sub orizont, cu excepția cazului în care observatorul este suficient de sus deasupra suprafeței pământului și vede totul, de exemplu într-un avion. În mod alternativ, un observator cu punctul de observație adecvat poate vedea cercul complet într-o fântână sau în picăturile unei cascade.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *