14616_tęcza

TĘCZA
Nie każdy wie, że tak często podziwiana na niebie tęcza jest po
prostu jednym ze zjawisk optycznych. Opiera się na efekcie odbicia
i rozszczepienia światła w pryzmacie. W atmosferze znajdują się
liczne krople deszczu i grudki lodu. Światło słoneczne widoczne
jako światło białe dostając się do atmosfery ulega rozszczepieniu i
odbiciu wewnątrz kropelek deszczu i cząsteczek lodu. Zachowują
się one jak małe pryzmaty. Efektem tych zjawisk jest rozkład
światła białego na wielobarwne widmo. Każdej barwie odpowiada
inna długość fali.
Tęcza pojawia się na niebie zawsze po przeciwnej stronie niż
znajduje się Słońce. Składa się z dwóch łuków, z tym, że
przeważnie widoczny jest tylko łuk pierwszy. Jego promień
zewnętrzny wynosi 42.5 stopnia.
Widmo składa się z siedmiu kolorów, od czerwonego na zewnątrz
do fioletowego wewnątrz łuku. Natomiast w drugim łuku kolory są
odwrócone, czyli od fioletowego do czerwonego. Dzieje się tak na
skutek dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła. Promień
tego łuku to 54 stopnie.
Z powierzchni Ziemi tęcza widziana jest zawsze jako kolorowy łuk.
Okazuje się, że obserwator ziemski widzi tylko jej część. W
rzeczywistości powstaje bowiem wielobarwny okrąg i właśnie tak
jest widziana z pokładu samolotu.
Rozszczepienie światła jest wynikiem zjawiska dyspersji,
powodującego różnice w kącie załamania światła o różnej długości
fali przy przejściu z powietrza do wody i z wody do powietrza.
Światło białe jest mieszaniną wszystkich barw. Każda barwa ma
inną długość fali. Kolor czerwony ma największą długość sięgającą
do 700 nm, a fioletowe najkrótszą (około 400nm). Jeśli światło
przechodzi przez granicę substancji przezroczystych o różnych
prędkościach rozchodzenia się fali to część wiązki odbija się (około
jednej trzeciej), a część załamuje się czyli zmienia kierunek
rozchodzenia się fali. Jeżeli światło przechodzi z powietrza do
wody to kąt załamania jest mniejszy niż promień padający, jeśli
przechodzi z wody do powietrza to kąt załamania jest większy od
kąta padania.
Okazuje się, że każdy kolor załamuje się nieco inaczej. Najbardziej
załamuje się kolor fioletowy (ma największy współczynnik
załamania), a najmniej czerwony. Po przejściu przez granicę
dwóch ośrodków światło białe ulega więc rozszczepieniu na
poszczególne kolory tworząc kolorowe widmo. Po jednokrotnym
załamaniu rozszczepienie jest słabo widoczne dlatego do
otrzymania widma używamy pryzmatu gdzie następuje dwukrotne
załamanie.
Przy powstawaniu tęczy głównej światło słoneczne najpierw
załamuje się w kropli deszczu, a potem część wiązki część odbija
się od tylnej warstwy (około jednej trzeciej), a część załamuje się
na niej, ale tej wiązki nie widzimy ponieważ ginie w blasku Słońca.
Po odbiciu światło załamuje się powtórnie i wychodzi na zewnątrz
w postaci pasma barw.
Czasami pojawia się słaba tęcza wtórna na zewnątrz tęczy głównej.
Barwy tej drugiej tęczy ułożone są odwrotnie. Powstaje ona z tych
promieni, które dwukrotnie ulegną odbiciu wewnątrz kropli
deszczu i dopiero potem wychodzą na zewnątrz. Ponieważ
dwukrotnie tylko około jednej trzeciej wiązki odbija się od
powierzchni kropli, to tęcza wtórna jest słabsza lub niewidoczna.
Podobnie jak w zwykłej tęczy, światła załamanego na tylnej ścianie
nie obserwujemy.