Szivárvány a kémia hallgatói szótár tanulási segítőiben
A szivárvány a legismertebb légköri természeti jelenség. Megfigyelhető, amikor a nap mögött van, és a visszavonuló esőfelhőt megvilágítja a nap. A vörös, narancs, sárga, zöld, kék és ibolya színű színsáv a szivárványra jellemző, ahol a színek mindig ugyanabban a sorrendben jelennek meg.
Néha egy második, gyengébb másodlagos szivárvány figyelhető meg a szivárvány felett, amelyben fordított színsor látható.
A legismertebb légköri jelenség a szivárvány. Mindenki látta már, és elbűvöli a színek játéka. A szivárványt azonban általában véletlenül látják. Ha kifejezetten szivárványt akar keresni, akkor tudnia kell, hogy milyen körülmények között található szivárvány. A szivárvány csak akkor látható, ha a nap süt, ha esik.
A szivárvány egy ív része, amelynek középpontja a nap által a megfigyelő szemén keresztül húzott egyenesen fekszik. Kívülről piros, narancssárga, sárga, zöld, kék és lila színű, áramló átmenetekkel.
DESCARTES megállapította, hogy a fény elhajlása nagyon függ a párhuzamos napsugár beesési szögétől. A feltörő és a beeső sugarak közötti szög soha nem nagyobb 42 ° -nál.
Ez azt jelenti, hogy a nap magasságának 42 ° alatt kell lennie. Ha a nap magasabb, akkor szivárvány nem látható. Nyáron a nap 60 ° -ra emelkedik. A szivárvány megfigyelésének legjobb körülményei tehát az esti és a reggeli órákban vannak, amikor a nap alacsony, 42 ° alatt van. Akkor a szivárvány különösen magasan van a láthatár felett. A téli hónapokban viszont a nap soha nem emelkedik 42 ° -nál magasabbra, így egész nap szivárvány jelenhet meg.
Ha az esőcseppekre esik a napfény, akkor a fény egy része lehetőleg újra megjelenik egy bizonyos szögben.
Amikor eléri az esőcseppet, a fénysugár részben visszaverődik, részben megtörik, a törött rész ekkor átsüt a cseppen, és ismét kis mértékben visszaverődik a csepp "hátoldalán" (a szemlélőtől elfelé néző oldalon), miközben a fény nagy része visszaverődik megújult fénytöréssel hagyja el a cseppet, és a megfigyelő számára nem látható. A visszavert nyaláb még egyszer keresztezi az esést, és a törést is megtörik. Ez a sugárzás, amely egyetlen visszaverődés után jelenik meg, létrehozza a fő szivárványt (3. ábra).
Néha a szivárvány felett látható egy második, gyengébb szivárvány, a másodlagos szivárvány, amelyet fő szivárványnak is neveznek (1. ábra). A szekunder szivárvány kb. 52 ° -os szögben figyelhető meg.
Másodlagos szivárvány azért merül fel, mert a sugárzás egy kis része nem közvetlenül a visszaverődés után távozik, hanem másodszor is visszaverődik, és csak azután hagyja el a cseppet a törés után. Ez a kétszer visszavert sugárzás hozza létre a második, gyengébb ívet, a másodlagos szivárványt. A színsor ellentétes a fő szivárványéval, mert a második visszaverődés megfordítja a szekvenciát. Ezt a folyamatot folytatni lehet, mert a sugárzás kis hányada újra és újra visszaverődik, míg a többi megjelenik. Ez valójában sok, egyre gyengébb szivárványhoz vezethet. A harmadik ív azonban már olyan alacsony intenzitású, hogy szabad szemmel nem látható.
GEORGE AIRY (1801-1892) brit matematikus és csillagász kidolgozott egy módosított szivárványelméletet, mert DESCARTES megközelítése nem tudta megmagyarázni, hogy a szivárványok miért intenzívebbek, hol gyengébbek, hol szélesebbek, hol keskenyebbek, hol tisztábbak, hol homályosabbak. Míg a DESCARTES modell tiszta sugároptikán alapult, az AIRY a fény hullámtermészetével is foglalkozik. Először a cseppvel párhuzamosan eső sugarakra figyel, amelyek törés, visszaverődés és törés után elhagyják a cseppet. Mivel a sugarak különböző magasságokban érik el a zuhanást, a kilépés után mindegyik sugár más-más távolságot tett meg, és a hullámok között van egy útkülönbség, így a hullámhegyek egymás felé tolódnak.
Fénytörés és teljes visszaverődés egy esőcseppben
Interferencia lép fel, vagyis a hullámok gyengítik egymást, kivéve azokat, amelyek útbeli különbsége a hullámhossz többszöröse. Az intenzitásmaximumok ezekben a szögekben fordulnak elő. A maximák teljes száma a cseppek felületi görbületétől és így azok sugarától függ. A kis görbület, amely nagy cseppek esetén van, gyakran csak maximumot eredményez. Kisebb cseppek mellett több csökkenő intenzitású maximum létezik. A maximák helyzete a különböző színeknél is eltér. Relatív helyzetük ismét a cseppek méretétől függ: nagy cseppek esetén a maximumok távolabb vannak egymástól, és szélesebb, tisztább csíkokat kap, mint a kis vízcseppeknél. Ez megmagyarázza azt a megfigyelést, hogy néha a szivárvány belső oldalán lévő piros színt másodszor, esetleg többször követik a spektrális színek.