желтый цвет радуги какой по счету
Радуга с точки зрения физики
Простое и наглядное объяснение природного оптического феномена
Радуга похожа на настоящую магию. Она такая красивая и волшебная в небе после дождя, когда выглядывает солнце, что заставляет нас чувствовать себя счастливыми, не так ли?
Но, как происходит это магическое волшебство? Как в небе появляются эти разноцветные дуги? Давайте разберемся.
Начнем с основ физики. Белый солнечный свет состоит из множества различных световых волн разной длины. В зависимости от длины волны он воспринимается нашим глазом как определенный цвет — от красного (самые длинные волны) до фиолетового (самые короткие). При смешении все эти цвета и дают видимый белый свет.
Принято выделять семь основных цветов, которые мы называем цветами радуги: красный, оранжевый, желтый зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Эти цвета легко запоминаются по первым буквам известной всем из детства фразы:
Кроме того, в белом солнечном свете присутствуют волны, которые наш глаз не видит — ультрафиолетовые (короче фиолетовых) и инфракрасные (длиннее красных). Первые известны тем, что вызывают загар на нашем теле, а вторые — это тепловое излечение или попросту тепло, которое мы чувствуем, когда солнечные лучи падают на наше лицо и тело.
Проходя через границу неоднородных сред (например воздуха и воды или воздуха и стекла) белый свет преломляется и разлагается на отдельные цвета, которые мы называем спектром. Чтобы увидеть цвета спектра, можно использовать трехгранную призму, которая преломляя солнечный свет, выделяет из него все цветовые составляющие.
Эффект разложения белого света на цветные составляющие (спектр) называется дисперсией. Именно из-за преломления света бриллианты играют цветными огнями.
Но, вернемся к нашей радуге. Цвета спектра и есть цвета радуги. Как же происходит дисперсия солнечного света, порождающая радугу?
Когда солнечный свет сталкивается с каплей дождя, часть света от неё отражается, а остальная часть попадает во внутрь капли. Луч света преломляется на ближайшей к нему поверхности капли дождя, потом этот свет попадает на дальнюю поверхность капли и отражается от неё. Когда этот внутренне отраженный свет вновь достигает поверхности капли, он снова преломляется при выходе. Вот как это выглядит на схеме:
Как видим, часть падающего на каплю солнечного света отражается обратно под некоторым углом. Этот угол не зависит от размера капли, но зависит от показателя преломления воды капли. Для дождевой воды показатель преломления равен 1,333, поэтому угол отражения получается около 42°. А морская вода имеет более высокий показатель преломления, чем дождевая, поэтому угловой радиус радужной дуги в морских брызгах меньше, чем у дождевой.
Фактически, угол отражения света в капле — это угол между солнцем, каплей дождя и глазом наблюдателя. Однако, поскольку дождевых капель много, лучи преломленного и отраженного света от разных капель образуют конус с вершиной в зрачке глаза наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и солнце. Окружность в основании этого конуса и будет радугой. Но, поскольку наблюдатель находится на поверхности земли, он видит только часть окружности — дугу. Из этого также следует, что для образования радуги само солнце должно находиться не выше 42° над горизонтом. Вот почему радугу невозможно увидеть в летний полдень, когда солнце высоко в зените. Вообще, чем ниже над горизонтом находится солнце, тем большей будет дуга радуги.
Если же наблюдателя поднять над землей, например на воздушном шаре или самолете, то при определённых обстоятельствах он сможет увидеть радугу в форме полной окружности.
Сама радуга не находится в одном конкретном месте. Существует множество радуг, однако, только одну из них может видеть наблюдатель в зависимости от местоположения его и солнца.
Все капли дождя преломляются и отражают солнечный свет одинаковым образом, но только свет от некоторых капель дождя достигает глаза наблюдателя. Этот свет и есть радуга для этого наблюдателя.
Поэтому легенда о том, что в месте, где радужная дуга касается поверхности земли скрыт золотой клад гномов, лишена смысла.
Вернемся к схеме преломления солнечного света. На картинке с призмой видно, что фиолетовый и синий свет (короткие волны) преломляются под б ольшим углом, чем красный свет, но за счет отражения световых лучей от задней поверхности капли воды, фиолетовые и синие лучи выходят из капли под меньшим углом к входящему лучу солнечного света, чем лучи красного света. Из-за этого синий цвет виден на внутренней стороне дуги радуги, а красный — снаружи.
Но, бывают двойные радуги у которых порядок цветов второй, наружной дуги обратный. Эта вторая дуга образована лучами двойного преломления солнечного света в каплях воды. Поэтому наружная радуга всегда бледнее основной внутренней.
Схема поясняет, как образуется двойная радуга.
Угловой радиус вторичной радуги — 50–53°. Небо между двумя радугами обычно заметно более тёмное, эту область называют полосой Александра.
Сколько цветов на самом деле в радуге?
Спросите любого ребенка, какие цвета и сколько цветов в радуге. И вы получите уверенное повторение цифры 7 и поговорки про фазана. Большинство детей узнают о цветах радуги еще до того, как узнают, что такое радуга и как она образуется.
Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан, конечно, означает красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, и фиолетовый или семь цветов радуги. Это самый простой способ запомнить цвета, а также наименее раздражающий способ.
Правда в том, что это не совсем правда. В радуге больше цветов, чем семь в знаменитой поговорке. Радуга – это метеорологическое явление, когда капли воды отражают свет. Свет состоит из множества различных цветов. Поэтому, когда капли воды попадают на свет, вода рассеивает цвета.
Когда вы оставляете стакан с водой, и свет из окна попадает на него определенным образом. Вы можете увидеть маленькую радугу, созданную из воды. Кроме того, вы также можете светить светом через призму, и она рассеивает цвета таким же образом.
Итак, мы знаем, как образуются радуги. Но почему мы видим эти семь цветов и даже создали для них аббревиатуру? Не говоря уже о множестве детских стишков о цветах радуги из детских шоу.
Самое научное объяснение
Цвета, которые выбрасывает радуга, – это цвета в видимом спектре. Наши глаза видят только небольшой процент цветов, составляющих белый свет. Люди могут воспринимать только длины волн от 400 до 700 нанометров. Что означает, что наши глаза могут различать цвета только в пределах этой частоты.
Но свет, даже солнечный свет, состоит из цветов различной частоты. Например, люди не могут видеть ультрафиолетовый или инфракрасный свет. В пределах тех длин волн, которые формируют видимый свет, есть также несколько различных цветов. Различные оттенки цветов, которые, кажется, есть в коробке с 64 карандашами.
Радуга на самом деле состоит из множества перекрывающихся полос цветов. А не только из семи полос, с которыми все знакомы. Итак, то, что мы видим, когда смотрим на радугу, это смесь различных цветов. Которые формируют то, что люди обычно считают радугой.
Ученые даже сделали исследование, чтобы попытаться выяснить, сколько цветов может содержать радуга. Вполне возможно, что человеческие глаза могут видеть чуть более миллиона цветов. Представьте, что вам нужно назвать миллион цветов. В научных блогах говорилось, что каждая колбочка в глазу может распознавать 100 оттенков цвета. У большинства людей есть три колбочки, поэтому они видят миллион цветов, дальтоники могут видеть 10 000 цветов. А те, у кого есть четыре колбочки, могут даже видеть 100 миллионов цветов!
Кого мы благодарим за КОЖЗГСФ?
Итак, это научный ответ на вопрос, сколько цветов в радуге. Но почему мы придерживаемся семи известных сегодня? За это люди могут поблагодарить первооткрывателя гравитации Исаака Ньютона.
Ньютону было любопытно узнать больше о цвете и о том, как цвет существует. Он экспериментировал с призмами и пытался понять, как смешиваются разные цвета. Но то, что Ньютон хотел сделать, это объяснить идею цветов отдельно от ее художественных достоинств.
Художники всегда понимали, что если смешать цвета, например синий и красный, то получится другой, в данном случае фиолетовый. Поэтому художники разработали основные цвета, которые мы сегодня знаем как красный, синий и желтый. Это базовые цвета, которые при смешивании начинают создавать вторичные цвета и так далее.
Но Ньютон считал, что существуют не только три важных цвета. Поэтому он создал идею спектра цветов, в котором цвета расположены как бы на ступенях. Он видел цвета, похожие на музыку. Каждый цвет опирается на другой, образуя полную октаву. Сначала он предположил, что существует пять базовых цветов. Но потом он передумал.
Идея Ньютона заключается в том, что в его спектре есть семь основных цветов. Красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, и фиолетовый или семь цветов радуги. Ньютон, конечно, не был первым человеком, который думал о цветах как о спектре. Древние греки также считали, что существует только семь цветов. Но именно работа Ньютона остается с нами и сегодня.
Вот почему образуются радуги
Радуга была великолепно символична на протяжении всей истории человечества. В Библии радуга является символом Божьего обещания Ною никогда больше не наводнять Землю. С 1970-х годов радужный флаг широко использовался в качестве символа гей-прайда.
Хотя они относительно редки, почти все видели радугу в тот или иной момент. Но мало кто из нас действительно понимает, почему эти красивые дуги появляются в небе. Конечно, это как-то связано с солнечным светом и каплями воды, но как именно?
Чтобы понять радугу, нам придется вернуться к физике средней школы. Помните, как электромагнитные волны существуют в спектре? Многие части этого спектра совершенно невидимы для человека. Но ближе к середине спектра находится видимый свет, который люди могут воспринимать. Он варьируется от красного (с самой длинной длиной волны) до фиолетового (с самой короткой длиной волны).
Капли дождя преломляют и отражают свет солнца, разбивая его на цвета
Солнце излучает все цвета видимого света одновременно. Наши глаза воспринимают этот комбинированный свет как белый. Но он может быть разделен на составляющие его цвета. Это именно и происходит, когда солнечный свет проходит через капли дождя. Но солнечный свет не проходит прямой путь через каплю воды. Согласно популярной науке, прежде чем стать радугой, солнечный свет на самом деле преломляется, отражается и снова преломляется.
Преломление — это то, что происходит, когда свет переходит из одного вещества в другое, как из воздуха в воду. Поскольку свет может двигаться быстрее в воздухе, чем в воде, его путь фактически искривляется, преломляется. Кроме того, каждая длина волны света изгибается по-разному, поэтому красный свет будет выходить под немного другим углом, чем фиолетовый. Вот как белый свет может быть разделен на различные цвета.
Солнечный свет преломляется, когда он переходит из воздуха в каплю дождя. Часть этого преломленного света на самом деле отражается, когда он попадает на заднюю часть капли дождя. То есть он отскакивает от задней части, а затем снова начинает двигаться к передней части капли.
Как только он достигает передней части, свет преломляется еще раз, когда он переходит из воды обратно в воздух. После этого второго преломления цвета света теперь заметно отличаются друг от друга.
Но почему дуга?
Мы описали путь, по которому солнечный свет проходит через отдельную каплю воды. Но почему мы видим большую дугообразную “радугу” в небе, когда солнечный свет проходит через множество капель дождя?
При одновременном преломлении и отражении солнечного света многочисленными каплями дождя только часть этого света будет преломляться под углом, который попадет в наши глаза. И, как следует из геометрии, капли дождя, которые идеально расположены, чтобы посылать свет прямо в ваши глаза, занимают дугообразную часть неба.
Каждая из этих капель дождя излучает все цвета видимого света. Но поскольку этот свет преломляется, каждый цвет излучается из каждой капли дождя под разным углом. Хотя капли дождя в верхней части дуги излучают свет всех цветов, но только красный свет появляется под углом, который на самом деле ударит вам в глаза. Точно так же вы можете видеть только фиолетовый свет, исходящий от капель дождя в нижней части дуги.
Радуги на самом деле круглые
Забавный факт. Радуги на самом деле имеют круглую, а не дугообразную форму. Главная причина, по которой мы видим только арку, заключается в том, что нам мешает земля. Если вы подниметесь достаточно высоко, на гору или на самолете, вы иногда можете увидеть весь круг радуги. Кроме того, повторяющиеся радуги, такие как знаковая двойная радуга, возникают, когда солнечный свет отражается несколько раз в капле дождя.
Радуга может появиться только при определенных условиях. Во-первых, небо должно быть достаточно чистым, чтобы солнце светило сквозь дождь. Поэтому вы не увидите радуги, если небо все еще покрыто грозовыми облаками. Во-вторых, солнце должно быть относительно низко в небе. И оно должно быть позади вас (т.е. в противоположном направлении от самой радуги).
Как выучить цвета радуги?
Радуга представляет собой огромное количество переходов от одного оттенка к другому, однако человек видит только семь основных цветов.
Цвета в радуге расположены в определенной последовательности. Если ребенок запомнит эту волшебную фразу, то всегда будет точно знать порядок, по которому они располагаются.
В этой фразе начальная буква каждого слова соответствует начальной букве названия определённого цвета.
О хотник — Оранжевый
Ф азан — Фиолетовый
К от О вце, Ж ирафу, З айке Г олубые С шил Ф уфайки
Цветоведение
Наука об изучении цвета называется цветоведением . Цветоведение должен знать каждый художник, иначе он не сможет нарисовать хорошую картину.
Цвета делятся на две категории: хроматические и ахроматические.
Ахроматические – не содержат цвета (бесцветные). Это черный, белый и серый цвета и их оттенки. Хроматические – цветные. Это все остальные.
Смешивая основные цвета, мы получаем новые, которые называются составными или дополнительными.
При смешивании основных цветов с дополнительными получаются третичные цвета.
Если в чистые цвета добавить черный или белый, то получатся цвета разной насыщенности: темные или светлые тона. Если разбавлять краски водой, то тон их будет бледнее. Чем больше воды добавить в краску, тем светлее будет тон. Эти светлые тона красок называются оттенками, или полутонами.
Желтый цвет радуги какой по счету
Радуга — атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое при освещении Солнцем (иногда Луной) множества водяных капель (дождя или тумана). Радуга выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из цветов спектра (от внешнего края: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый). Это те семь цветов, которые принято выделять в радуге в русской культуре (возможно, вслед за Ньютоном, см. ниже), но следует иметь в виду, что на самом деле спектр непрерывен, и его цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.
Чаще всего наблюдается простая радуга-дуга, но известно много других оптических феноменов, которые возникают по похожим причинам или похоже выглядят. Среди них, например, туманная радуга, возникающая на капельках тумана, и огненная радуга (один из видов гало), возникающая на перистых облаках. Ночью можно увидеть лунную радугу.
Явления, ошибочно принимаемые за радугу
При определённых обстоятельствах можно увидеть двойную, перевёрнутую или даже кольцевую радугу. На самом деле это явления другого процесса — преломления света в кристаллах льда, рассеянного в атмосфере, и относятся к гало. Для появления в небе перевернутой радуги (околозенитной дуги, зенитной дуги — одного из видов гало) необходимы специфические погодные условия, характерные для Северного и Южного полюсов. Перевернутая радуга образуется за счет преломления света, проходящего через льдинки тонкой завесы облаков на высоте 7 — 8 тысяч метров. Цвета в такой радуге располагаются тоже наоборот: фиолетовый вверху, а красный — внизу.
Персидский астроном Кутб ад-Дин аш-Ширази (1236—1311), а возможно, его ученик en:Kamal al-din al-Farisi (1260—1320), видимо, был первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена. Примерно одновременно аналогичное объяснение радуги предложил и немецкий учёный Дитер Фрейбургский (англ.)русск..
Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом в книге «De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride». На основании опытных наблюдений он пришёл к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления — при входе в каплю и при выходе из неё.
И. Ньютон в своём трактате «Оптика» дополнил теорию Декарта и де Доминиса тем, что разъяснил причины возникновения цветов радуги и объяснил противоположный порядок расположения цветов в радугах первого и второго порядков. В радуге при этом И. Ньютон выделял семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий, индиго и фиолетовый.
Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, во многих странах в нём выделяют 7 или 6 (например, в англоязычных странах) цветов. Считают, что первым выбрал число 7 И. Ньютон.
Разделению солнечного спектра на отдельные цвета может способствовать то, что на непрерывный спектр в солнечном свете наложен дискретный линейчатый спектр поглощения некоторых атомов во внешних слоях солнечной атмосферы (фраунгоферовы линии), причём некоторые из этих линий поглощения достаточно интенсивны, чтобы быть заметными, то есть способствовать впечатлению, что солнечный спектр состоит из полосок «отдельных цветов». Возможно, попытка привязать к наиболее интенсивным фраунгоферовым линиям традиционное (ньютоново) деление солнечного спектра на семь основных цветов и была бы несколько искусственной, но усиливая общее впечатление «разделённости» цветов спектра, вместе с другими психологическими механизмами, восприятие такой разделённости довольно правдоподобно могло бы быть одним из оснований традиционного деления цветов радуг
Цвета в радуге расположены в последовательности, соответствующей спектру видимого света. В русском языке существуют такие мнемонические фразы для запоминания этой последовательности:
Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь
Каждый охотник желает знать, где сидит фазан.
В этих фразах начальная буква каждого слова соответствует начальной букве названия определённого цвета.
Цвета во фразе перечисляются в соответствии с порядком цветов в радуге, от красного (видимый свет с наибольшей длиной волны) до фиолетового (видимый свет с наименьшей длиной волны).
Радуга в истории, мифологии и культуре
· В скандинавской мифологии радуга — это мост Биврёст, соединяющий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов); красная полоса радуги — вечный огонь, который безвреден для Асов, но сожжёт любого смертного, который попытается подняться по мосту. Охраняет Биврёст Ас Хеймдалль.
· В древнеиндийской мифологии — лук Индры, бога грома и молнии.
· В древнегреческой мифологии — дорога Ириды, посланницы между мирами богов и людей.
· В армянской мифологии радуга — это пояс Тира (первоначально бог солнца, потом — бог письменности, искусств и наук).
· По славянским поверьям, радуга пьёт воду из озёр, рек и морей, которая потом проливается дождём. Иногда она заглатывает вместе с водою рыб и лягушек, поэтому порою они с неба падают. Появление радуги предвещало несчастье, а если человеку удастся пройти под радугой, то мужчина станет женщиной, а женщина — мужчиной.
· Согласно поверьям многих африканских народов, в тех местах, где радуга касается земли, можно найти клад (драгоценные камни, раковины каури или бисер).
· В мифологии австралийских аборигенов Радужный змей считается покровителем воды, дождя и шаманов.
· Ирландский лепрекон прячет горшок золота в месте, где радуга коснулась земли.
· В Библии радуга появилась после всемирного потопа как символ прощения человечества, союза Бога и человечества (в лице/через Ноя) и того, что потопа никогда больше не будет (Быт. 9:12-17).
· «Я полагаю радугу Мою в облаке, чтоб она была знамением завета между Мною и между землею. И будет, когда сгущу Я тучи над землею, покажется радуга в облаке». Эту фразу толкователь Пятикнижия РаШИ объясняет так: «Когда сгущу Я тучи над землею», — когда Мой Атрибут Суда будет подсказывать Мне навести на землю тьму и гибель, тогда… «появится радуга в облаке». То есть радуга показывается на небе тогда, когда человечество заслуживает гибели за свои грехи. «И будет, когда Я наведу облако на землю, то явится радуга в облаке; и Я вспомню завет Мой, который между Мною и между вами и между всякою душею живою во всякой плоти; и не будет более вода потопом на истребление всякой плоти». Согласно Талмуду, при жизни больших праведников нет нужды в этом знаке, так как Вселенная защищена от гибели их присутствием.
· В японской мифологии боги Идзанаги и Идзанами стояли на небесном мосту, окуная с него копье, капли с которого стали островами.
· Изображение радуги было личной эмблемой Екатерины Медичи.
· В книге Фрэнка Баума «Удивительный волшебник из страны Оз» и в фильме, снятом на её основе, девочка Дороти, пройдя под радугой, попадает в Волшебную страну.
· В XX веке флаг цветов радуги (шестицветной) стал символом гомосексуального движения.
· Семицветная радуга изображена на флаге Еврейской автономной области.
· Корабли всемирной природоохранной организации «Гринпис» носят название «Rainbow Warrior» (англ. Воин Радуги).
· В 1970-х годах семицветный радужный флаг стал символом движения коренных народов Южной Америки в Боливии, Перу, Чили и Эквадоре. Он также является официальным флагом перуанского города Куско.
Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды (дождя или тумана), парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому слабее всего отклоняется красный свет — на 137°30’, а сильнее всего фиолетовый — на 139°20’). В результате белый свет разлагается в спектр (происходит дисперсия света). Наблюдатель, который стоит спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим окружностям (дугам).
Радуга представляет собой каустику, возникающую при преломлении и отражении (внутри капли) плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке (для пучка монохроматического света), отражённый свет имеет максимальную интенсивность для определённого угла между источником, каплей и наблюдателем (и этот максимум весьма «острый», то есть бо́льшая часть света выходит из капли, развернувшись практически точно на один и тот же угол). Дело в том, что угол, под которым уходит из капли отражённый и преломлённый ею луч, немонотонно зависит от расстояния от падающего (первоначального) луча до оси, параллельной ему и проходящей через центр капли (эта зависимость довольно проста, и её нетрудно явно вычислить), и зависимость эта имеет гладкий экстремум. Поэтому больше всего света капля разворачивает именно на этот угол и близкие к нему. При этом угле (значения которого немного различаются для разных показателей преломления, соответствующих лучам разного цвета) и возникает отражение-преломление максимальной яркости, составляющее (от разных капель) радугу («яркие» лучи от разных капель образуют конус с вершиной в зрачке наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и Солнце).
Для одного отражения внутри капли такой угол имеет одно значение, для двух — другое, и т. д. Этому соответствует первичная (радуга первого порядка), вторичная (радуга второго порядка) и т. д. радуга. Первичная — самая яркая, она уносит из капли большинство света. Радугу большего порядка обычно не удаётся увидеть, так как она очень слаба.
Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40-42°.
Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, которая образована светом, отражённым в каплях два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50-53°. Небо между двумя радугами обычно заметно более тёмное, эту область называют полосой Александра.
Появление радуги третьего порядка в естественных условиях случается чрезвычайно редко. Считается, что за последние 250 лет было только пять научных сообщений о наблюдении данного феномена. Тем более удивительным представляется появление в 2011 г. сообщения о том, что удалось не только наблюдать радугу четвёртого порядка, но и зарегистрировать её на фотографии. В лабораторных условиях удаётся получать радуги гораздо более высоких порядков. Так, в статье, опубликованной в 1998 г., утверждалось, что авторам, используя лазерное излучение, удалось получить радугу двухсотого порядка.
Свет первичной радуги поляризован на 96% вдоль направления дуги. Свет вторичной радуги поляризован на 90%.
В яркую лунную ночь можно наблюдать и радугу от Луны. Поскольку рецепторы человеческого глаза, работающие при слабом освещении, — «палочки» — не воспринимают цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы — «колбочки»).