為什麼彩虹是弧形的科學故事
夏日午後,太陽位於西方,暴雨過後,空氣中還留有大量的小水滴。當我們面向東方,便看到了天空中圓弧狀的彩虹。這是因為陽光穿越了大氣,向東通過了我們的頭頂,碰到了從暴風雨落下的水滴,發生了色散。白色的陽光其實是多種顏色的光混合而成,通過小水滴折射以後,不同顏色光因偏折角度不同而被分開,形成了七色彩虹。如果我們再看仔細一點,就會發現當一道光束碰到了小水滴時,會有兩種可能的路徑:一種可能是直接透射過去,還有一種更有趣的可能,光束從小水滴的前表面邊緣入射到小水滴內部,在進入時水滴內部由於折射而產生偏折,當光束到達小水滴的後表面發生全反射,又折回水滴內部,再從小水滴前表面離開,而這束面對我們已經發生了色散的光束就是形成彩虹的光。
光穿越水滴時偏折的程度,由光的波長,也就是光的顏色決定的。其中紅色光的波長最長,它在水中的折射率最小,經過反射後偏折角度最大,是42°。橙色光與黃色光次之,依此類推,偏折角度最小的是紫色光,只有40°。所以每種顏色在天空中出現的位置都不同。
2為什麼彩虹是弧形的科學故事點評
如果我們用一條假想線,連線我們的眼睛和太陽,那麼在空間中與這條線呈42°夾角的點,就是紅色光所在的位置。這些不同的點連線在一起,會勾勒出一個圓圈。既然藍色與假想線只呈40°夾角,所以彩虹的內側總是藍色的,而外側總是紅色的。事實上如果條件正確的話,可以看到整圈圓形的彩虹。我們所看到的圓弧是被地平線遮擋了彩虹圓圈的下半部分。站在地上看不到圓形的彩虹,但當天空出現彩虹的時候,你迅速乘上飛機或熱氣球等飛行器騰空而起的時候,可以看到彩虹和你一起騰空而起,展現出一個完美的七彩圓圈。
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