Розмір і форма крапель та їх вплив на вигляд веселки
Розрахунки за формулами дифракційної теорії, виконані для різних крапель
розміру, показали, що весь вид веселки - ширина дуг, наявність, розташування та
яскравість окремих колірних тонів, положення додаткових дуг дуже сильно
залежить від розміру крапель дощу. Наведемо основні характеристики зовнішнього
вид веселки для крапель різних радіусів.
Радіус крапель 0,5-1 мм. Зовнішній край основної веселки яскравий,
темно-червоний, за ним йде світло-червоний і далі чергуються всі кольори веселки.
Особливо яскравими здаються фіолетовий та зелений. Додаткових дуг багато (до
п'яти), у них чергуються фіолетово-рожеві тони із зеленими. Додаткові дуги
безпосередньо примикають до основних веселок.
Радіус крапель 0,25 мм. Червоний кран веселки став слабшим. Інші кольори
видно, як і раніше. Декілька фіолетово-рожевих додаткових дуг змінюються
Радіус крапель 0,10-0,15 мм. Червоного кольору в основній веселці більше немає.
Зовнішній край веселки помаранчевий. В іншому веселка добре розвинена.
Додаткові дуги стають дедалі жовтішими. Між ними між основною
веселкою та першою додатковою з'явилися просвіти.
Радіус крапель 0,04-0,05 мм. Веселка стала помітно ширшою і блідішою.
край її блідо-жовтий. Найяскравішим є фіолетовий колір. Перша
додаткова дуга відокремлена від основної веселки досить широким проміжком,
колір її білястий, трохи зеленуватий і білувато-фіолетовий.
Радіус крапель 0,03 мм. Основна веселка ще ширша з дуже слабко
забарвленим трохи жовтуватим краєм, містить окремі білі смуги.
Радіус крапель 0,025 мм і менше. Веселка стала зовсім білою. Вонаприблизно
вдвічі ширше звичайної веселки і має вигляд блискучої білої смуги. Усередині неї
можуть бути додаткові пофарбовані дуги, спочатку блідо-блакитні або зелені,
Таким чином, на вигляд веселки можна приблизно оцінити розміри крапель дощу,
утворили цю веселку. Загалом, чим більше краплі дощу, тим веселка
виходить вже і яскравіше, особливо характерним для великих крапель
наявність насиченого червоного кольору в основній веселці. Численні
додаткові дуги також мають яскраві тони та безпосередньо, без
проміжків, що примикають до основних веселок. Чим краплі дрібніші, тим веселка
стає ширшою і бляклою з помаранчевим або жовтим краєм.
Додаткові дуги далі відстоять один від одного і від основних веселок.
Вид веселки залежить і від форми крапель. При падінні в повітрі великі краплі
сплющуються, втрачають свою сферичність. Вертикальний переріз таких крапель
наближається до еліпсу. Розрахунки показали, що мінімальне відхилення червоних
променів при проходженні через сплющені краплі радіусом 0,5 мм становить 140 °.
Тому кутовий розмір червоної дуги буде не 42 °, а тільки 40 °. Для більш
великих крапель, наприклад радіусом 1,0 мм, мінімальне відхилення червоних
променів складе 149 °, а червона дуга веселки матиме розмір 31 °, замість
42 °. Таким чином, чим сильніше сплющування крапель, тим менше радіус.
утвореної ними веселки.
Розгаданий „секрет” додаткових дуг!
А. Фразер, розглянувши одночасно вплив розміру та форми крапель на вигляд
веселки, зумів розкрити «секрет» виникнення додаткових дуг. Як тільки що
було сказано, зменшення розміру переважних крапель і сплющування великих
діють у протилежних напрямках. Що ж пересилить? Коли та яке
вплив буде переважним?
Наочною ілюстрацією взаємодії обох факторів та спільного їх впливу
на вигляд веселки є рис. 3аіб, складені А. Фразером,
на підставі розрахунків: На цих малюнках показано розподіл інтенсивності
світла в основній веселці та додаткових дугах залежно від розміру крапель.
Складна хвилеподібна поверхня на передньому плані (рис.3а)
складена із багатьох індивідуальних кривих. Кожна крива дає розподіл
та інтенсивність світла у веселці від однієї краплі. Кожна п'ята крива проведена
потовще, цифри праворуч означають радіус краплі, що відповідає кривій,
міліметрів. Всі криві починаються зліва з дуже малої інтенсивності (поза
веселка), потім швидко піднімаються до максимуму між 138° і 139° (перша
веселка). Наступний гребінь праворуч - перша додаткова дуга, за нею друга
додаткова дуга і т. д. Відстань між дугами, як видно з малюнка,
швидко зменшується зі збільшенням радіуса крапель. Це дія першого чинника.
Веселка стає вузькою зі збільшенням розміру крапель.
Верхня крива S - це результуюча складання вкладів крапель усіх розмірів.
Вона характеризує розподіл інтенсивності світла в остаточній веселці,
яку ми бачимо.
137 138 139 140 141 142
Кутова відстань від Сонця
137 138 139 140 141 142
Кутова відстань від Сонця
Мал. 3. Розподіл інтенсивності світла в основній веселці та додаткових
дуги в залежності від розміру крапель.
а — без урахування сплющуваннякрапель; б - з урахуванням сплющування крапель. S -
На рис.3бпоказані ті ж криві, але тепер враховано вплив сплющування
крапель, тим сильніше, чим більше краплі. Індивідуальні криві для великих
сплющених крапель зміщені у бік великих мінімальних кутів відхилення від
Сонця (або, що те саме, у бік зменшення радіусів веселка), і в результаті
вся хвилеподібна поверхня виявилася вигнутою вправо (індивідуальні
максимуми пішли праворуч). Це призвело до того, що на результуючій сумарній
кривою з'явилися, крім основної веселки, ще додаткові дуги, на кутових
відстанях від Сонця: перша -140,5 °, друга -141,3 °, третя - 142,4 °,
Додаткові дуги видно лише поблизу вершини основної веселки, оскільки вони
утворені тільки вертикальними або близькими до них променями, що пройшли через
еліптичні перетину крапель.
Розрахунками показано, але це можна простежити і за рис.3б, що
додаткові, дуги створюються переважно краплями розміром від 0,2 до 0,3 мм.
Більші і дрібніші краплі дають максимуми, що накладаються один на
друга і занадто далеко віддалені від основної веселки (вони йдуть праворуч). Веселки
крапель діаметром 0,2-0,3 мм знаходяться у переважному положенні, оскільки
їхні максимуми нікуди не змістилися. Таким чином, можна зробити висновок, що
додаткові дуги видно, якщо у зливі присутні в значному,
кількості краплі радіусом 0,25 мм і мало більших крапель, що змащують
картину. Тому додаткові дуги частіше видно і найбільш барвисті не дуже
інтенсивні літні зливи. Вони з'являються також на тлі завіси з
дрібних крапель,утворюються при розбризкуванні води в поливальних
Чи можна бачити ціле коло веселки?З поверхні Землі ми можемо спостерігати
веселку в кращому випадку у вигляді половини кола, коли Сонце знаходиться на
горизонті. При піднятті Сонця веселка йде під горизонт. Першу веселку можна,
бачити при висотах Сонця більше 42 °, а другу - більше 50 °. З літака, а ще
краще з вертольота (більше огляд) можна спостерігати веселку у вигляді цілого кола!
Опис такої кругової веселки (її і веселкою, тобто дугою, вже незручно)
називати!) було поміщено в журналі „Природа”. Її бачили пасажири літака,
що летів у районі Новосибірська на висоті 1000 м-коду.
Поляризація світла веселка. Світло веселки характеризується надзвичайно високою
ступенем поляризації. У першій веселці вона досягає 90%, у другій-близько 80%. У
цьому легко переконатися, якщо подивитися на веселку через поляризаційну призму
Ніколя. При невеликих кутах повороту призми веселка повністю пропадає.
Веселка без дощу?
Чи бувають веселки без дощу чи без смуг падіння дощу? Виявляється, бувають
в лабораторії. Штучні веселки створювалися внаслідок заломлення
світла в одній підвішеній крапельці дистильованої води, води з сиропом або
прозорої олії. Розміри крапель варіювали від 1,5 до 4,5 мм. Тяжкі краплі
витягувалися під дією сили тяжіння, та їх перетин у вертикальній
площині являло собою еліпс. При освітленні крапельки променем гелій-
неонового лазера (з довжиною хвилі 0,6328 мкм) з'являлися не тільки перша та
друга веселки, але й надзвичайно яскраві третя та четверта, з центром навколо
джерела світла (у разі лазера). Іноді вдавалосяотримувати навіть
п'яту та шосту веселки. Ці веселки, як перша і друга, снопа були осторонь,
Отже, одна крапелька створила стільки веселок! Щоправда, ці веселки не були
райдужними. Всі вони були одноколірними, червоними, тому що утворені не білим.
джерелом світла, а монохроматичним червоним променем.
Туманна веселка
У природі зустрічаються білі веселки, про які йшлося вище. Вони з'являються
при освітленні сонячним промінням слабкого туману, що складається з крапельок
радіусом 0,025 мм або менше. Їх називають туманними веселками. Крім основної
веселки у вигляді блискучої білої дуги з ледь помітним жовтуватим краєм
спостерігаються іноді забарвлені додаткові дуги: дуже слабка блакитна або
зелена дуга, а потім білувато-червона.
Аналогічного вигляду білу веселку можна побачити, коли промінь прожектора,
розташованого позаду вас, освітлює інтенсивну серпанок або слабкий туман перед
вами. Навіть вуличний ліхтар може створити, хоч і дуже слабку, білу веселку,
видимий на темному тлі нічне небо – Стокове зображення
Місячні веселки
Аналогічно сонячним можуть виникнути і місячні веселки. Вони слабші і
з'являються при повному Місяці. Місячні веселки явище рідкісніше, ніж
сонячні. Для їх виникнення необхідне поєднання двох умов: повна
Місяць, не закритий хмарами, та випадання зливового дощу або смуг його падіння
(що не досягають Землі). Зливи, зумовлені денними конвективними
рухами повітря, значно рідше випадають уночі.
Місячні веселки можуть спостерігатися в будь-якому місці земної кулі, де здійсняться
перелічені дві умови.
Денні, сонячні веселки, навіть утворені найдрібнішими краплямидощу
або туману, досить білі, світлі, і все-таки зовнішній край їх хоча б
слабко, але пофарбований у помаранчевий чи жовтий колір. Веселки, утворені місячними
променями, зовсім не виправдовують своєї назви, тому що вони не райдужні та
виглядають як світлі, абсолютно білі дуги.
Відсутність червоного кольору у місячних веселок навіть при великих краплях зливи.
дощу пояснюється низьким рівнем освітлення вночі, при якому повністю
втрачається чутливість ока до променів червоного кольору. Інші кольорові
промені веселки також втрачають значною мірою свій колірний тон через
ахроматичність (незабарвленість) нічного зору людини.
Міністерство загальної та професійної освіти України