Сообщение о радуге – что это, почему возникает, цвета по порядку

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.

Радуга — сообщение для детей о природном явлении

Описание явления

Узнать, как выглядит радуга, можно после дождя, когда выходит солнце. На небе появляется огромная дуга или окружность, сияющая семью плавно переходящими друг в друга красками. Цвета радуги по порядку выглядят так:

  • красный;
  • оранжевый;
  • жёлтый;
  • зелёный;
  • голубой;
  • синий;
  • фиолетовый.

Легко запомнить правильную последовательность даже ребёнку в первом классе можно при помощи фраз-подсказок, в которых каждое слово начинается с той же буквы, что и название цвета:

  • Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь.
  • Каждый охотник желает знать, где сидит фазан.

Однако стоит помнить, что эти цвета основные, но не единственные. Между ними есть множество промежуточных оттенков, так как спектр непрерывен.

Исследования оптического феномена

Почему возникает радуга, люди точно узнали уже в XIII—XIV вв. еках. Историки ставят это в заслугу сразу нескольким исследователям:

  • персидским астрономам аш-Ширази и аль-Фариси;
  • немецкому учёному Д. Фрейбургскому.

В XVII веке размышления и наблюдения деятелей науки вновь были направлены на это явление. В 1611 году хорватским учёным и теологом М. А. де Доминисом была написана книга, в которой разъяснялось, что в основе возникновения радуги лежит физическое явление, связанное с солнечным светом, по следующей схеме:

  • он преломляется при входе в дождевую каплю в воздухе;
  • отражается от её внутренней поверхности;
  • вновь преломляется при выходе из капли.

Через некоторое время это описание было дополнено новыми фактами. Французский физик Р. Декарт установил преобладающие углы преломления солнечных лучей при выходе из капли:

  • 41,5 градуса для первичной радуги;
  • 51−52 градуса для вторичной.
Читайте также:
Что такое снег, как он образуется, почему тает - читать онлайн

Получить такие данные учёный смог, проведя большой эксперимент, в рамках которого он рассмотрел десять тысяч лучей в капле. В XVIII веке английский физик И. Ньютон сделал ещё одно дополнение, выделив несколько цветов в радуге и объяснив причину их возникновения. Она заключается в том, что белый свет разлагается в спектр из-за разного угла отклонения водяными капельками света. Физик оказался абсолютно прав, однако его современники не приняли его открытия. Им была чужда идея, что самый чистый белый цвет является всего лишь смешением «грязных» цветных лучей.

Каков механизм этого явления?

Простое объяснение появления радуги на небе заключается в том, что обычно мы видим солнечный свет. Белый свет, который попадает на нашу планету с огромной звезды Солнечной системы — собственно, в честь которой система и названа. Конечно же, это Солнце. Этот свет состоит из разных цветов, но пока он движется в одном направлении, он кажется белым.

Ученые выяснили, что в обществе вырабатывается коллективный иммунитет к COVID-19

Mercedes-Benz на последнем месте: авто, которые чаще всего выбирают мужчины

Заинтересовать и обаять: как флиртуют мужчины разных знаков зодиака

Однако во время дождей миллионы капель заставляют цвета в белом свете разделяться и преломляться через них. Каждая капля дождя на самом деле создает свою собственную радугу, но когда их очень много, радуга становится достаточно большой, и мы можем видеть ее невооруженным глазом.

Количество цветов

Не везде и не всегда в радуге выделялось семь цветов. Во времена Аристотеля их насчитывали всего три:

  • красный;
  • зелёный;
  • фиолетовый.

Представители африканских племен и вовсе ограничивались разделением оттенков на светлый и тёмный. Исаак Ньютон изначально разглядел в радуге пять цветов:

  • красный;
  • жёлтый;
  • зелёный;
  • синий;
  • пурпурный.

Чуть позже он обнаружил шестой цвет — оранжевый. Но на сознание учёных тех времён большое влияние имела церковь, и цифра 6 глубоко верующему Ньютону не понравилось. Другое дело 7, имеющий древнее мистическое значение, символизирующий количество дней недели и смертных грехов. Поэтому физику пришлось буквально высмотреть седьмой цвет: он определил его как индиго.

Однако со временем в некоторых государствах понимание количества цветов в радуге снова сократилось до шести. Сейчас голубой и синий, которые различают в России, объединяются в один в следующих странах:

  • Англия;
  • Америка;
  • Германия;
  • Франция.

В Японии цветов тоже шесть, но голубой и синий они различают. Зато зелёного в их языке нет. Он воспринимается японцами как оттенок синего.

Популярные сочинения

  • Сочинение Молодежь — будущее страны
    Говорят, что молодость — лучший период человеческой жизни, потому что тогда человек беззаботен и ему не о чем беспокоиться — он не кормит семью, не воспитывает детей … Но верно ли это утверждение?
  • Дружба и вражда сочинение 11 класс
    Как приятно иметь друзей. Дружба — одна из лучших вещей, таково мое мнение. Человек не может оставаться один, он не сможет выжить.
  • Сочинение Темные аллеи Бунина (разум и чувство и тема любви)
    Борьба разума с чувствами, как и борьба добра со злом была и будет актуальна во все времена. Споры на эту тему могут продолжаться бесконечно, художники, писатели, поэты в своих произведениях до

Виды радуги

Чаще всего на небе видна одна первичная радуга, но иногда вокруг неё показывается и вторичная, менее яркая. Она образуется, когда свет отражается в дождевых каплях дважды, поэтому порядок цветов у нее обратный (от фиолетового, который расположен снаружи, к красному). Разделяет два семицвета тёмная полоса неба.

В естественных условиях невооружённым глазом очень редко видна радуга третьего порядка, но с помощью специального оборудования возможно зарегистрировать до семи небесных дуг. А в лабораторных условиях их можно получить вплоть до 200 штук.

Но природа не ограничивается образованием нескольких простых радуг. Они бывают ещё и необычными, например:

  • Лунная. Её можно увидеть ночью: в качестве источника освещения выступает не солнце, а луна. Но из-за особенностей человеческого зрения (цветовые рецепторы невосприимчивы при слабом освещении) такая радуга кажется белесой.
  • Туманная. Выглядит как широкая блестящая белая дуга. Образуется при прохождении света через очень мелкие капли воды (радиусом до 25 мкм).
  • Огненная. Её особенность состоит в расположении по горизонтали, а не дугой, как у обычной радуги. Увидеть её можно на фоне высоких перистых облаков, которые она как будто зажигает.
  • Отражённая. Появляется над водой или мокрым песком, поверхность которых отражает солнечные лучи до того, как они попадают на дождевые капли в воздухе.
  • Паргелий и парселена — светлые, местами радужные круги на уровне солнца и луны соответственно.

Кроме того, существуют двойные, перевёрнутые и круглые формы радуги. Солнечный свет при этом преломляется не через водяные капли, а через кристаллы льда, рассеянные в воздухе, поэтому обязательным условием для таких оптических явлений является холодная погода.

Значение и наименование в истории

Сейчас люди прекрасно понимают, как образовывается радуга. Но много лет назад с этим красивым явлением было связано множество мифом и легенд:

  • древние скандинавы и греки верили, что это дорога, соединяющая миры людей и высших сил;
  • индийцы называли её луком повелителя небесного царства;
  • армяне — поясом бога знаний;
  • австралийские аборигены — Радужным змеем, покровительствующим воде, дождю и шаманам;
  • славяне считали, что появление семицвета в небе означает, что скоро случится беда, а если пройти под ним, мужчина превратится в женщину, и наоборот (к счастью, приблизиться к радуге нельзя, как и к горизонту);
  • африканские и ирландские народы, в свою очередь, придавали более позитивное значение этому природному явлению и считали, что оно указывает на те места на земле, где зарыт клад.

Называл радугу каждый народ тоже по-своему. Греки считали, что по ней спускается крылатая посланница богов Ирида, и в честь неё именовали небесную тропу словом iris. В древнееврейской традиции она называется qäšät, что означает божий лук. Этимология русского слова достаточно проста. Оно сложено из двух:

  • рай;
  • дуга.

В буквальном смысле это означает «пёстрая дуга». И если в русском языке слово немного переиначено, то в украинском используется в первозданном виде — райдуга.

Упоминание в Библии

О семицвете есть упоминание и в Библии. Там он появился после всемирного потопа как символ прощения, данного Богом человечеству. Кстати, эта версия имеет научное обоснование. Есть предположение, что потоп, уничтоживший огромное количество живых организмов, действительно случился за много веков до нашей эры. До него небо застилали густые облака, ультрафиолет не воздействовал на людей, и они жили гораздо дольше, чем сейчас.

Читайте также:
Почему ночью темно - подробное объяснение детям простыми словами

Но это не могло продолжаться вечно. Огромное количество паров и осадков на земле привело к потопу, из-за которой сместилась земная ось, и появилась смена времён года. Кроме того, облака стали значительно реже, и только в них теперь стало возможным увидеть радугу.

Природа дарит человечеству множество удивительных явлений и феноменов. Одни из них люди могут объяснить, другие до сих пор остаются загадками.

Сочинение-рассуждение про радугу

Любо и весело смотреть на радугу. Когда хмурая, ненастная погода сменяется солнечной, а перед взором возникает яркий разноцветный мост — радуется и стар, и млад. Не зря в украинском языке радугу называют «веселка». Иногда можно заметить две или несколько разноцветных дуг, которые наблюдаются на фоне облака, если оно расположено напротив солнца. При этом красный цвет мы видим с внешней стороны радуги, а фиолетовый — с внутренней.

Образ радуги нашёл широкое отражение в устном народном творчестве, литературе, поэзии и живописи. Множество песен, стихотворений, загадок и пословиц посвящено этому восхитительному оптическому явлению. А сколько связано с ним народных примет и суеверий! Вот лишь некоторые из них, самые благоприятные и многообещающие. Кто пройдёт под радугой, его жизнь обновит свои краски, станет ярче, насыщенней. Радуга, упирающаяся концами в землю, указывает на места, где будет хороший урожай или спрятаны сокровища — «горшок золота». Вода, из которой «растёт» разноцветный полукруг, обладает целебными свойствами. Она подарит долгожданного ребёнка женщине, считавшейся бесплодной, и выздоровление тяжелобольному. Человек, увидевший радугу зимой, непременно будет очень счастлив, так как удача будет сопутствовать ему во всех начинаниях.

Не только в Древнем Египте, но и у древних ариев-праславян бога солнца звали Ра. Если верить преданиям, он вывозил солнце на небесный свод на своей колеснице. Возможно, именно отсюда и пошло такое название радуги — дуга бога Ра. Во многих культурах это явление служит символом преображения, небесной славы, трона Бога, границы между мирами. Согласно Библии, этот мост между небом и землёй был создан Богом как знак обещания никогда больше не насылать на людей потоп, а также символ прощения человечества.

В условиях современного города довольно редко удаётся повстречать на своём пути семицветную небесную дорожку. Так давайте будем верить в радость и красоту, подаренную самой природой — в радугу! Если вам посчастливилось наблюдать это изумительное зрелище, порадуйтесь ему от всей души и вдоволь налюбуйтесь.

Восемь цветов радуги: о цвете с точки зрения математики

Определение цвета

Одним из самых удачных определений цвета можно считать определение Шрёдингера: цвет – это общее свойство света различного спектрального состава вызывать одинаковое зрительное ощущение. Важным в этом определении является понимание цвета не как некоторого абсолютного свойства света, а как феномена, зависящего от наблюдателя: если два луча света вызывают у наблюдателя одинаковые ощущения, то и цвет одинаковый, а иначе – разный.

Однако и это определение нельзя назвать совсем удачным. Ведь его можно использовать только в колориметрических условиях, то есть специально придуманных для того, чтобы человек мог выступать в качестве измерительного прибора. К примеру, вы смотрите в окуляр, и вам равномерно освещают глаз светом какого-то спектрального состава. Во всех же более сложных ситуациях, например, когда вы просто смотрите вокруг и видите красную рубашку или зеленый лужок, оказывается, что просто исследовать ощущения наблюдателя и строить на этом основании теорию цвета не получается.

Мы знаем из курса физики благодаря Ньютону, что в белом свете существует радуга. Её проявляет дисперсия преломления света в призме или на взвеси, которая возникает в воздухе при грибном дожде. Происходит это следующим образом: призма направляет свет разных длин волн в разных направлениях, и мы видим почти монохроматическое (т. е. единственной длины волны) излучение по каждому из направлений. Перебирая разные направления, мы видим свет разной длины волны, что вызывает у нас ощущение перехода от фиолетового цвета через синий, желтый и далее в красный. Каждому из цветов радуги прямо соответствует определенная длина волны, но это не значит, что отдельные длины волн можно приписать всем вообще цветам.

Как работает сенсор

Поскольку цвет зависит от восприятия наблюдателя, давайте разберемся, что такое сенсор. Сенсор – это тот орган, который поставляет наблюдателю исчерпывающую зрительную информацию. Для человека это глаз, а для робота – RGB-камера. Цветовой сенсор характеризуется набором светочувствительных элементов различных типов. В глазу, в условиях яркого света, активны три типа колбочек: «синие», «красные» и «зеленые», каждый из которых имеет свою спектральную чувствительность. Спектральная чувствительность – функция величины отклика на один квант, то есть на одну порцию света определенной длины волны. К примеру, «синяя» колбочка наиболее чувствительна к длине волн в районе 450 нанометров. Можно считать, что при падении излучения любого спектра на маленькую площадку сетчатки глаза, с этой области сетчатки идет три сигнала, три неотрицательных величины, которые показывают, насколько на этой площадке возбудились в среднем «синие», «красные» и «зеленые» колбочки. Таким образом, сетчатка человека или светочувствительная матрица камеры проецирует спектральный сигнал в трехмерное цветовое пространство, координаты в котором обозначаются , и . Началом координат («нулем») в нем будет отсутствие излучения – ситуация, когда ни один из трех видов рецепторов не возбудился.

Цветность

Расстояние от нуля в цветовом пространстве называется яркостью, это мощностная характеристика. Если мы возьмем источник света и будем увеличивать его мощность, соответствующая ему точка в цветовом пространстве RGB будет удаляться от нуля по прямой, проходящей через начало координат. Главная диагональ, то есть те значения троек, в которых цветовые компоненты равны – это ахроматическая ось, на ней лежат серые цвета.

Для дальнейшего разбора «уберем» из цвета яркость. Для этого центрально спроецируем (с центром проекции в нуле) всё цветовое пространство на любую плоскость, не проходящую через ноль. Все точки цветового пространства, отличающиеся только яркостью, спроецируются в одну и ту же точку плоскости. Мы получим плоскость цветности, а пару координат на этой плоскости будем называть цветностью, то есть той частью цвета, которая не связана с мощностью излучения.

Читайте также:
Правила поведения на природе - памятка для детей и их родителей

Сколько цветов в радуге?

Рассмотрим теперь всевозможные цвета, воспринимаемые человеческим глазом, и зададимся вопросом: как будет выглядеть это множество, если спроецировать его на плоскость цветности?

Для этого пробежим сначала все значения длин волн видимого спектра (от 380 до 700 нанометров) и нанесем соответствующие им точки (чистые спектральные цвета) на плоскость цветности. Мы получим изогнутую кривую (см. рисунок в самом начале статьи), называемую спектральным локусом.

Математикам будет интересно заметить, что в RGB-пространстве спектральный локус представляет собой замкнутую каплевидную кривую с единственным изломом в начале координат, которая при центральном проецировании с центром в том же самом начале координат превращается в незамкнутую кривую на плоскости цветности.

Поскольку сенсор обеспечивает линейную проекцию всевозможных спектров в видимом диапазоне в цветовое пространство, то любые достижимые комбинации (R, G, B) могут быть получены как выпуклая комбинация («смесь») тех реакций, которые порождаются чистыми цветами. Это касается и проекций на плоскость цветности. Таким образом, физически достижимы цвета, лежащие в выпуклой оболочке спектрального локуса. А, поскольку спектральный локус человека не имеет вогнутостей, то он дополняется до выпуклой оболочки одним единственным отрезком, соединяющим его концы. Получившуюся фигуру принято называть цветовым треугольником, хотя, как мы видим, угла у этого «треугольника» на самом деле всего два, а вместо третьего – закругление в районе 520 нанометров. Итак, цветности всех видимых человеком цветов составляют цветовой треугольник – выпуклую криволинейную фигуру с двумя вершинами.

Рассмотрим теперь точку пересечения ахроматической оси в RGB-пространстве с плоскостью цветности. Эта точка будет называться нейтральной и соответствовать белому цвету. Каждое направление от нейтральной точки до границы цветового треугольника задает цветовой тон. Цвет точки на границе называется насыщенным цветом данного тона, а все точки между нейтральной и насыщенной могут быть получены как смесь этого насыщенного цвета с белым в разных пропорциях.

Как видно из рисунка, большинство насыщенных цветов – это чистые спектральные цвета, то есть точки спектрального локуса, соответствующие монохромному излучению разных цветов радуги от 380 до 700 нанометров. Однако на прямолинейном отрезке границы цветового треугольника от 700 до 380 нанометров мы видим насыщенные цвета, которым не соответствует ни один чистый цвет спектра. Это пурпурные цвета, называемые неспектральными. Пурпурным цветам нельзя поставить в соответствие никакую одну длину волны, но они могут быть получены как реакция сенсора на смесь волн красного и фиолетового диапазонов.

Можно ли увидеть пурпурный цвет в радуге? Мы уже разобрались, что в одиночной радуге его нет. Но иногда на небе бывает видны двойные радуги различной природы. Среди них – отраженная радуга над поверхностью воды при очень низком солнце. В такой радуге после фиолетового цвета опять идет красный, оранжевый и так далее. А на стыке красного и фиолетового можно увидеть их смесь – пурпурный цвет. Получается, что в отраженной радуге может быть восемь цветов!

Как увидеть несуществующие цвета

У тех, кто внимательно следил за рассуждениями, может возникнуть вопрос: а что с той частью плоскости цветности, которая находится вне цветового треугольника? У этих точек могут быть даже вполне положительные координаты . Это – цвета? Может ли человек увидеть цвет, не вызываемый никакими спектральными излучениями, попавшими в его глаз? Трудно сказать, но возможно – да. К примеру, когда на голову падает кирпич, и возникают «птички» и «звёздочки», то вполне вероятно, что часть цветов, которые он при этом видит, физически недостижимы. Все потому, что в момент механического воздействия на нейроны головного мозга сигналы в них имеют достаточно случайный характер, и при этом может возникнуть такая комбинация сигналов, которая никогда не возникает в результате воздействия излучений на глаз человека. Аналогично можно предположить, что человек может видеть несуществующие цвета во сне.

Стандартный наблюдатель

Как было замечено выше, цветовое пространство зависит от наблюдателя. Если сенсоры двух наблюдателей дают разные отклики на излучение одинакового спектра, то и построенное ими цветовые пространства (а также – и цветовые треугольники) получатся разными. Поэтому для численных экспериментов был зафиксирован стандартный наблюдатель, кривые чувствительности рецепторов которого, как считается, хорошо моделируют человеческую биохимию и восприятие.

Также у стандартного наблюдателя кривые чувствительности нормированы так, что если возбудить все три типа светочувствительных элементов источником, который имеет одинаковую спектральную яркость на каждую из длин волн, то , и реакции сенсора будут равны между собой. Это означает, что белый дневной свет (который как раз содержит все длины волн с примерно одинаковой спектральной яркостью) попадает на ахроматическую ось цветового пространства.

О чем знает каждая девушка

Важными следствиями того, что цветовое восприятие человека трехмерно, а спектральный мир бесконечномерный, являются метамерия излучения и метамерия окрасок.

Рассмотрим два разных белых света – дневной и люминесцентный. В отличие от дневного, мощность люминесцентного света не распределена по всему спектру, а сосредоточена в нескольких узких его участках. Однако эти участки подобраны так, чтобы отклики «синих», «красных» и «зеленых» колбочек были равны между собой, т. е. так, чтобы наблюдатель воспринимал свет как белый.

Таким образом, мы видим, что и там, и там наблюдатель фиксирует белый цвет, хотя исходные спектры при этом не имеют ничего общего – это и называется метамерией. Именно понятие метамерии скрыто в определении Шрёдингера: зафиксировав сенсор, мы факторизуем пространство спектров таким образом, что какие-то спектры начинают характеризоваться одной и той же реакцией сенсора (и, соответственно, мы говорим, что они имеют одинаковый цвет), а какие-то – разной (мы говорим, что их цвет различается). Различить «два белых света» тем не менее можно – пропустив люминесцентный свет через призму, мы увидим «рваную» радугу.

На этом чудеса не заканчиваются. Могут существовать две окраски (обязательно с разными спектральными характеристиками), которые, отражая дневной свет, будут приводить к одинаковой реакции сенсора, а отражая люминесцентный – к разной. Или, наоборот. Т. е. для одних и тех же окрасок при одном освещении будет возникать метамерия, а при другом – нет. И в этом нет никакой психологии, лишь математика. И речь идет о вполне жизненных ситуациях. Наверное, каждая девушка знает, что не стоит подбирать купленные отдельно юбку и кофточку при люминесцентном освещении, в надежде, что они подойдут друг другу при естественном, хотя и не знает, почему.

Читайте также:
Почему бабье лето называется бабьим - славянская и немецкая версии

Все это уже слегка запутывает, но мы еще не добрались до самого страшного.

Так что же такое цвет?

Главная путаница в том, что мы называем цветом три разные вещи.

Во-первых, мы называем цветом ощущение окраски. Когда мы ищем рубашку в темном шкафу, мы говорим «я вижу красную рубашку», а не «я вижу черную рубашку», хотя, по сути, в темноте отраженное от рубашки излучение настолько слабо, что выглядит скорее черным. Красный цвет в данном случае – это характеристика красителя, нанесенного на ткань рубашки. Математически окраска может быть задана как спектральная характеристика – функция отражающей способности в зависимости от длины волны.

Во-вторых, цветом можно назвать ощущение освещенности, создаваемой источником света. Например, мы различаем, когда у человека зеленый цвет лица, а когда на лицо просто падает зеленый свет. Освещенность задается спектральной функцией интенсивности излучения в зависимости от длины волны.

И в-третьих, есть цвет в колориметрическом значении, то есть ощущение того излучения, которое «прилетело» к нам в глаз. Поскольку мы всегда наблюдаем отраженный свет, то это излучение источника света, отразившегося от наблюдаемого предмета и при этом изменившегося. Его спектральная функция по законам физики есть произведение спектральных функций освещенности и окраски:

где — спектральная функция попадающего в глаз излучения, — спектральная функция источника света, – спектральная характеристика окраски объекта.

Цветовая константность

У человека известен механизм цветовой константности – способность зрительной системы оценивать окраски при различном освещении. Это эволюционно важный навык: к примеру, обезьяне надо знать, покраснел ли фрукт или это свет заката упал на него. Для решения этой задачи зрительная система человека, получая даже разные сигналы от сенсоров, может тем не менее счесть две окраски одинаковыми, но по-разному освещенными. Это феномен более высокого порядка, чем метамерия. Он относится к области высшей нервной деятельности и до сих пор в достаточной степени не изучен.

Как мы говорили, можно считать, что от каждой точки поля зрения в мозг поступает 3 числа – реакции «синих», «красных» и «зеленых» рецепторов-колбочек. Их значения задаются как интеграл по длине волны:

где – вектор реакции сенсора , – вектор-функция чувствительностей «колбочек» трех типов.

Вычисление такого интеграла происходит физически, когда свет отражается от предмета, а затем электрохимически, когда свет вызывает отклик рецепторов сетчатки, в результате чего образуются три числа, характеризующие цвет.

Для определения окраски объекта зрительная система человека решает обратную задачу: для каждой точки изображения из этих трех чисел и, возможно, известных системе собственных характеристик, извлекается информация о спектральных распределениях отражающей способности и яркости освещения.

Эти две функции входят под интеграл как произведение, поэтому задача их определения выглядит форменным издевательством. Тем не менее, можно утверждать, что цветовая константность у человека работает. Разработка же алгоритмов цветовой константности для технического зрения является актуальной научной задачей.

Куда применить эти знания?

У нас в Smart Engines серьезная экспертиза не только в распознавании документов и проверки подлинности. Мы постоянно участвуем в заказных проектах на различные темы компьютерного зрения. Так, описанная в статье теория цвета применялась в рентгеновской области для того, чтобы сортировать алмазную руду в Якутии. Излучение, проходящее через породу, регистрировалось двумя детекторами, чувствительными к разным диапазонам длин волн. Оказалось, что все алмазы имеют одну и ту же цветность, отличную от цветности пустой руды. Такое «окрашивание» позволило легко выявлять алмазы, неотличимые от руды другими способами.

Статья подготовлена по материалам публичной лекции Дмитрия Николаева, к.ф.-м.н., технического директора ООО «Смарт Энджинс Сервис» под редакцией к.ф.-м.н. Сергея Гладилина.

Почему радуги бывают разными

Введение

Конечно, каждый читатель не раз видел на небе радугу. Лучше всего заметна самая яркая, так называемая первая радуга. Она видна в направлениях, составляющих угол 42° с линией, проходящей через центр солнца и глаз наблюдателя. При этом солнце расположено за спиной наблюдателя. Значительно менее яркая радуга видна в направлениях, составляющих угол 51° с той же линией. Порядки расположения цветов в этих двух радугах разные. Внутренняя часть (с меньшими углами) первой радуги фиолетово-синяя, а внешняя красная. У второй радуги — наоборот, внутренняя часть красная, а внешняя фиолетовая. Иногда кроме этих двух радуг видны еще и многочисленные дополнительные светлые дуги, расположенные внутри самой яркой первой радуги. Они есть и вне второй радуги, но их яркость очень мала.

Как возникает радуга? Почему не всегда видны дополнительные дуги? Попробуем ответить на эти вопросы.

Когда и как бы радуга ни возникала, она всегда образуется игрой света на каплях воды. Обычно это дождевые капли, изредка — мелкие капли тумана. Взаимодействие параллельного пучка солнечного света и круглой дождевой капли приводит к тому, что свет преломляется, отражается и очень слабо поглощается каплей. Использованные в этой фразе термины понятны и школьникам, закончившим восьмой класс и знающим только о геометрической оптике, и старшеклассникам, знакомым с волновой природой света.

В геометрической оптике рассматриваются три главных закона, которые описывают поведение лучей света. Это закон прямолинейного распространения света в однородной среде и законы отражения и преломления света на границе раздела двух сред. Закон отражения света в упрощенной форме формулируется так: угол падения луча равен углу отражения. А закон преломления лучей света на границе раздела утверждает, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в первой среде (из которой свет падает на границу раздела) к скорости света во второй среде (находящейся за границей раздела). Или, иными словами, отношение синусов углов падения и преломления равно относительному показателю преломления второй и первой сред.

Если пользоваться только законами геометрической оптики, то можно показать, что лучи света, прошедшие внутрь капли, отразившиеся внутри нее один или два раза и затем вышедшие наружу, собираются (группируются, или концентрируются) вблизи направлений, которые как раз соответствуют первой и второй радугам (рисунки 1 и 2 соответственно). (Можно аналогично найти направление для третьей и последующих радуг, но, поскольку они настолько слабы, что никогда не наблюдаются на фоне ярких первых двух радуг, мы их рассматривать не будем — в прямом и в переносном смысле!) Условия концентрации по некоторым направлениям в пространстве лучей, вышедших из капли, соответствуют экстремумам в зависимости угла поворота луча — будем обозначать его как 180 – φ — от так называемого прицельного угла падения α. Для первой радуги φ = 42°, а для второй радуги φ = 51°. В случае света разных цветов (длин волн) соответствующие углы поворота немного отличаются, так как каждой длине волны света (цвету) соответствует свой коэффициент преломления n. Связь между углом падения α, углом преломления β и углом φ для одного отражения света внутри капли такова: φ = 4β – α. Для двух отражений луча света внутри капли: φ = 180° – 2α + 6β. По закону преломления, sinα/sinβ = n. У воды коэффициент преломления для всех длин волн видимого света близок к величине n = 4/3.

Читайте также:
Сообщение для детей на тему: "Как появляются родники?" - определение

Графики зависимости углов φ от углов α (в градусах) показаны на рисунке 3. Видно, что экстремумы приходятся как раз на значения углов φ = 42° и φ = 51°. Поскольку разным цветам соответствуют разные коэффициенты преломления n — это свойство среды называется дисперсией, — направления в пространстве, вблизи которых концентрируются лучи света, для разных длин волн не совпадают, и мы видим радугу цветной. Например, первая яркая радуга имеет угловой «размах» около 3,5°. Из рисунка 3 видно, что для одного отражения внутри капли экстремум это максимум, а для двух отражений внутри капли — минимум, поэтому понятно, почему порядки цветов в первой и второй радугах (42° и 51°) противоположные.

Любопытно, что если бы космонавт оказался на орбите Меркурия и устроил внутри космической станции туман из водяных капелек, то он увидел бы вовсе не такие радуги, к которым мы привыкли. Для него и первая, и вторая радуги солнечных лучей представлялись бы белыми! И только края этих радуг были бы слегка окрашены. Это связано с тем, что угловой размер Солнца для наблюдателей на Земле гораздо меньше угловой ширины радуг и составляет около 0,5°, а для наблюдателя, находящегося на таком же расстоянии от Солнца, как Меркурий, угловой размер Солнца примерно в 2,5 раза больше.

Однако и в земных условиях тоже можно увидеть белую радугу. Фотография, приведенная на рисунке 4, сделана из окна каюты корабля в тумане. Слой тумана обеспечил существенное угловое расширение источника света — солнце сквозь туман выглядело отнюдь не маленьким светящимся диском с четкими краями, а большим белым пятном. Если внимательно присмотреться к фотографии, то можно отметить, что верхний край белой радуги имеет красноватый оттенок, а нижний — фиолетовый. Еще одна красивая фотография белой радуги приведена на рисунке 5.

Но вот для того чтобы объяснить, почему первая и вторая радуги получаются разными по яркости, законов геометрической оптики оказывается недостаточно. На любой границе раздела энергия Еотр отраженного света и энергия Епрош света, прошедшего через границу, в сумме равны энергии Епад падающего света. Пропорции между энергиями прошедшего и отраженного света определяются относительным показателем преломления сред по разные стороны от границы, углом падения на границу, а также поляризацией падающего света (кстати, именно поэтому свет радуги сильно поляризован). Формулы для расчета отношений Еотр/Епад и Епрош/Епад вывел еще в начале XIX века Огюстен Френель, и заинтересовавшиеся читатели могут отыскать их, например, в учебниках по оптике для студентов. Так, при перпендикулярном (α = 0) падении света на границу раздела сред с относительным показателем преломления n долю энергии отраженного света можно вычислить с помощью такой формулы:

Поскольку свет, образующий первую радугу, отразился внутри капли только один раз, а свет, образующий вторую радугу, отразился внутри капли два раза, то приближенно можно оценить отношение яркостей (интенсивностей света) этих радуг так:

На самом деле это отношение несколько меньше, так как внутренние отражения для больших углов падения характеризуются и большим коэффициентом отражения.

Но откуда берутся дополнительные радуги? Если какому-то направлению рассеяния солнечного света соответствует экстремум функции распределения по углам для одной капли, то и всем каплям такого же размера соответствует аналогичное направление концентрации энергии рассеянного света. При этом направлениям, расположенным рядом с экстремальным, отвечают два разных пути лучей света внутри капли. Им соответствуют разные углы падения на каплю и, естественно, немного отличающиеся длины этих путей. Если разность длин таких путей для выбранного направления пропорциональна целому числу волн света с длиной волны λ, или четному числу полуволн, то в этом направлении наблюдается максимум интенсивности света на этой длине волны. Если же разность длин путей пропорциональна нечетному числу полуволн, то в таком направлении наблюдается минимум интенсивности света на этой же длине волны. Самому экстремальному направлению, конечно же, соответствуют почти одинаковые оптические длины путей для разных углов падения вблизи максимума. Такое перераспределение энергии светового потока по разным направлениям называется интерференцией. Заметной в природе интерференция становится только в том случае, если размеры всех дождевых капель, во-первых, очень близки друг к другу, а во-вторых, настолько малы, что выполняется так называемое дифракционное соотношение: отношение длины волны света λ к диаметру капли D больше углового размера радуги. Для крупных капель, с диаметром больше 1 мм, увидеть в природе дополнительные радуги нельзя, а для малых капель — можно. Оказывается, что если размеры капель малы, то рассчитать явление без учета дифракции света, т. е. нарушения прямолинейности распространения, связанного с волновой природой света, невозможно. (Отсюда возникает «вилка» в терминологии: некоторые называют дополнительные радуги дифракционными, а некоторые — интерференционными.)

А можно ли наблюдать явления, аналогичные возникновению дополнительных радуг, в домашних условиях? Можно. Для этого, во-первых, нужно создать условия для рассеяния света не в пространственный конус, как это имеет место в каплях, а только в некоторых направлениях. Это возможно, если вместо круглых капель использовать почти цилиндрическую струю воды. Во-вторых, нужен источник света, который характеризуется значительно меньшими, чем Солнце, угловыми размерами. И в-третьих, этот источник должен создавать свет, близкий по свойствам к монохроматическому. Таким источником может быть, например, лазер. Сейчас доступны лазеры с разными длинами волн.

Приведем описание экспериментов, проведенных автором статьи в домашних условиях.

При одном и том же расположении лазеров разных цветов — красного с длиной волны λ = 630–650 нм, зеленого с λ = 532±10 нм и синего с λ = 405 нм (это — надписи на этикетках, наклеенных на корпусы лазеров) — на стене ванной комнаты были получены картинки (рис. 6), соответствующие «радуге» первого порядка (42°) от тонкой струи воды (диаметром d ≈ 1 мм). Причем во всех трех случаях струя сохраняла свои параметры, т. е. вода текла из крана непрерывно и равномерно и настройка крана при смене лазеров не менялась. На фотографиях видно, что положения главных максимумов для разных цветов отличаются, но максимумы располагаются все-таки близко друг к другу.

Читайте также:
Свойства почвы, состав, виды и структура - читать в нашей статье онлайн

Расстояние от струи до стены составляло 150 см, а смещение главного красного пятна по отношению к главному синему пятну оказалось равным 5 см. Это соответствует разнице углов отклонения лучей для синего и красного цветов примерно 1,9° . Такое отличие углов обусловлено дисперсией света в воде. А вот расстояния между минимумами картинок, отсчитываемыми от главного максимума, отличаются в количество раз, соответствующее длинам волн. Для синего цвета угловое расстояние между соответствующими минимумами меньше аналогичного углового расстояния для красного цвета примерно в 1,4 раза (630 нм/405 нм = 1,55), а для красного и зеленого цветов это отношение равно примерно 1,2 (630 нм/532 нм = 1,18). Если пустить из крана более толстую струю воды, то при тех же расположениях главных максимумов разных цветов расстояния между соответствующими дополнительными максимумами и минимумами уменьшаются.

Добиться устойчивого течения струи с диаметром меньше 1 мм, к сожалению, не удается, поэтому получить дифракционные или интерференционные радуги на струе воды с белым светом не получится. Это связано с тем, что полученные в эксперименте расстояния между дополнительными минимумами и максимумами для всех длин волн значительно меньше 3° — ширины первой радуги.

На водяных каплях в облаках это возможно, если все капли имеют одинаковые размеры, значительно меньшие 0,1 мм. Тогда угловые промежутки между соседними максимумами малых порядков (1–10) могут достигать 2–3 градусов, и поэтому первые несколько дополнительных радуг, расположенных в непосредственной близости от основной радуги, еще различаются как отдельные. Дело в том, что наиболее ярким воспринимается глазом желтый участок спектра излучения солнца. Именно этим длинам волн и соответствуют максимумы интенсивности света в дополнительных (дифракционных/интерференционных) радугах.

Когда угловое расстояние между соседними дополнительными радугами становится меньше 0,5°, их в принципе невозможно различить, так как угловой размер Солнца как раз равен этой величине. Угловое расхождение монохроматических лучей света лазера намного меньше 0,5°, поэтому можно увидеть множество максимумов разных порядков дифракции, возникающих при рассеянии света на тонкой струе воды.

В каждой «вложенной» в основную радугу (42°) дополнительной радуге угловое расположение цветов определяется двумя факторами, «действующими» в противоположных «направлениях», — рефракционным и дифракционным. При этом рефракционный поворот лучей не зависит от номера порядка дифракции, а дифракционный поворот зависит. Вот почему в дифракционных радугах цвета не разложены так же отчетливо, как в основной радуге. С увеличением номера светлые дуги разных цветов и разных порядков дифракции накрывают друг друга, и различить их уже невозможно — они вместе образуют светлый фон неба внутри основной радуги.

А теперь — из области фантастики. Вот если бы Солнце светило монохроматическим светом, то было бы заметно гораздо больше дифракционных радуг, вложенных в основную радугу, так как каждая из них имела бы угловой размер, равный угловому размеру Солнца. И насколько величественней выглядела бы радуга, если бы Солнце, в дополнение к монохроматичности света, характеризовалось еще и очень маленьким угловым размером, а все капельки воды в облаке были бы совершенно одинаковых размеров. Такое можно себе только представить: на небе было бы несколько десятков одноцветных дуг!

Сообщение о радуге – что это, почему возникает, цвета по порядку

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.

Необычные радуги

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.

История исследования

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.

Читайте также:
Сообщение о дельфине описание млекопитающего, характеристика

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

Мнемонические фразы

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.

Радуга как символ

· 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.

Читайте также:
Состав домашней аптечки - что обязательно должно входить в состав читать онлайн

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»).

Почему появляется радуга?

Люди с незапамятных времён пытались объяснить природу радуги. Жители Древней Руси верили, что разноцветные полосы в небе — это сияющее коромысло, с помощью которого Лада Перуница* черпает воду из моря-океана, чтобы потом оросить ею поля и нивы. Другой версии придерживались американские индейцы, которые были уверены, что радуга — это лестница, ведущая в мир иной. Ну а суровые скандинавы отождествляли небесную дугу с мостом, на котором днём и ночью несёт дозор страж богов Хеймдалль**.

АиФ.ru рассказывает, как объясняет образование этого природного явления современная наука, а также делится секретами того, как самому стать стражем радуги.

Почему появляется радуга?

Чтобы разобраться, почему появляется радуга, необходимо вспомнить о том, что представляет собой луч света. Из курса школьной физики известно, что он состоит из летящих с огромной скоростью частиц — отрезков электромагнитной волны. Короткие и длинные волны различаются по цвету, но все вместе в едином потоке они воспринимаются человеческим глазом как белый свет.

И только когда луч света «натыкается» на прозрачную преграду — каплю воды или стекло — он распадается на различные цвета.

Самые короткие электромагнитные волны красного цвета обладают наименьшей энергией, поэтому они отклоняются меньше других. Самые же длинные волны фиолетового цвета, напротив, отклоняются больше остальных. Таким образом, большая часть цветов радуги располагается в промежутке между красной и фиолетовой линиями.

Человеческий глаз различает семь цветов — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Но следует иметь в виду, что на самом деле цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.

При каких условиях образуется радуга?

Чтобы появилась радуга, необходим источник света и повышенная влажность. Цветные полосы видны на небе после дождя и в подсвеченных солнечными лучами капельках тумана. Разглядеть радугу можно и возле водопадов, а также в солнечную погоду на берегах водоёмов.

Почему радуга не всегда появляется после дождя?

Радугу видно только тогда, когда лучи света падают на капли под углом 42°. При этом источник света должен быть расположен за спиной наблюдателя.

От чего зависит ширина и яркость радуги?

Радуга может быть разной по ширине и яркости цвета: это напрямую зависит от размера капель, через которые преломляется свет. Если частицы воды крупные — сияющая дуга будет яркой и узкой. Если же капли мелкие, то радуга окажется широкой, но с блёклыми оранжевыми и жёлтыми краями.

Радуга на самом деле окружность, а не дуга?

Да, радуга — это замкнутый круг, нижняя часть которого скрыта под линией горизонта. Увидеть радужное кольцо можно из окна самолёта.

Сколько радуг можно увидеть одновременно?

Иногда лучи света, прошедшие внутрь капли, отражаются от неё два и более раз. Тогда на небе видны сразу две радуги (третья и последующие, как правило, не различимы для глаза).Совместно с таким явлением обычно видна и полоса Александра — тёмный участок неба между радугами.

Что такое белая радуга?

Белую радугу также называют туманной. Это редкое природное явление представляет собой широкую блестящую белую дугу. Она появляется при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из мельчайших капелек радиусом около 25 мкм***.

Внутренняя сторона белой радуги может быть немного окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя — в оранжевый.

Как и где появляется огненная радуга?

Огненную радугу принято считать одной из разновидностей галό — оптического эффекта в виде светящегося кольца вокруг солнца. Гало возникает обычно вокруг мощных источников света благодаря ледяным кристаллам, содержащимся в облаках. Подробнее об эффекте гало читайте >>

Огненная радуга преимущественно появляется в области перистых облаков: мелкие льдинки отражают падающий свет и буквально «зажигают» облака, окрашивая их в различные цвета.

Можно ли увидеть радугу ночью?

Да, это возможно. Свет Луны, отражённый частицами воды от дождя или водопада, образует цветовой спектр****, который ночью неразличим для глаза и кажется белым ввиду особенностей человеческого зрения в условиях плохой освещённости. Лучше всего такая радуга видна во время полнолуния.

Как сделать радугу своими руками?

Понадобится: стакан, вода, лист бумаги.

Что делать:

1. Поставить заполненный водой гранёный стакан к окну, откуда светит солнце.

2. Лист бумаги положить на пол недалеко от окна так, чтобы на него падал свет.

3. Смочить окно горячей водой.

4. Менять положение стакана и листа бумаги до тех пор, пока радуга не станет видна.

Понадобится: шланг с водой.

Что делать:

1. Взять шланг с бегущей водой и слегка зажать его «горлышко», чтобы появились брызги.

2. Направить брызги в сторону солнца.

3. Присмотреться и увидеть в брызгах радугу.

Как запомнить цвета радуги?

Существуют специальные фразы, которые помогают запомнить последовательность цветов радуги. Первая буква каждого слова соответствует первой букве цвета радужной полосы — красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

Читайте также:
Еж обыкновенный описание животного, чем питаются и где живут, интересные факты о характере размножения млекопитающего, информация о продолжительности жизни

Каждый охотник желает знать, где сидит фазан.

Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь.

Крот овце, жирафу, зайке гладил старые фуфайки.

Каждый оформитель желает знать, где скачать фотошоп.

Кем ощущается жестокий звон гонга сопротивления фатальности?

Как предсказать погоду по радуге?

Если в спектре радуги преобладает красный цвет, то нужно ждать сильного ветра.

Дождливая погода в ближайшие дни будет, если увидеть двойную или тройную радугу.

Высокая радуга сигнализирует о том, что погода будет ясной, а низкая — что дождливой.

Если больше зелёного цвета — будут дожди, жёлтого — хорошая погода, красного — ветер и засуха.

Радуга зимой — редкость, она сигнализирует о надвигающемся морозе или снеге.

Радуга вдоль реки к сильному дождю, а поперёк — к ясной погоде.

Появление радуги в субботу обещает дождливую следующую неделю.

Самые необычные радуги: от эффекта гало до Полосы Александра | Фотогалерея

Самые необычные радуги: от эффекта гало до Полосы Александра | Фотогалерея

* Перуница — в славянской мифологии одно из воплощений богини Лады, супруги бога-громовержца Перуна. Её также называли девой-громовницей, как бы подчёркивая, что она разделяет власть над грозами со своим мужем.

** Хеймдалль — в германо-скандинавской мифологии страж богов и мирового древа, считается сыном Одина.

**** Спектр — совокупность цветовых полос, получающихся при прохождении светового луча через преломляющую среду.

Конспект занятия «Воздух и его удивительные свойства»

Елизавета
Конспект занятия «Воздух и его удивительные свойства»

Муниципальное дошкольное образовательное учреждение

«Детский сад № 25 «Золотой ключик» с. Константиновка

Краснокутского района Саратовской области»

Экспериментальная деятельность. Открытое занятие в группе «Колокольчик».

«Воздух, и его удивительные свойства».

Воспитатель: Ильичева Е. З.

Тема: «Воздух, и его удивительные свойства».

Образовательная область: «Познавательное развитие» (интеграция с образовательными областями «Речевое развитие», «Социально-коммуникативное развитие»).

Цель: Формирование целостного восприятия окружающего мира, развитие

интереса к исследовательской и познавательной деятельности детей.

1. Развивать исследовательские способности детей через опыты и эксперименты.

2. Расширять знания детей о свойствах воздуха: невидим, прозрачный, воздух движется, воздух легче воды.

3. Развивать любознательность, наблюдательность, мыслительную деятельность.

4. Расширять представления детей о значимости воздуха в жизни человека, животных, растений.

5. Воспитывать бережное отношение к окружающей среде.

6. Дать детям элементарные представления об источниках загрязнения воздуха, о значении чистого воздуха для нашего здоровья.

Обогатить словарь детей словами: атмосфера, лаборатория, опыты,

Методы и приемы: постановка проблемного вопроса, беседа, рассказ

воспитателя, игры-исследования, опыты.

Технические средства обучения: компьютер, проектор, экран, слайды.

Оборудование: полиэтиленовые мешочки, стаканчики с водой, коктейльные

трубочки, салфетки, веера, мыльные пузыри, апельсин, бахилы, головные шапочки (Все по количеству детей.)

Ход занятия

Воспитатель: Ребята, сегодня к нам пришли гости.

Улыбнитесь друг другу, улыбнитесь гостям.

– Если каждый улыбнется

Утро доброе начнется!

Дети. -Доброе утро!

Воспитатель- Присаживаемся на стулья.

Ребята, вы любите загадки?

Тогда отгадайте вот эту:

Через нос проходит в грудь

И обратный держит путь.

Он невидимый, и все же,

Без него мы жить не можем (воздух)

Дети. – Воздух.

Воспитатель– Правильно, сегодня мы будем говорить о воздухе.

– А как вы думаете, что такое воздух?

Дети. – воздухом мы дышим

Воспитатель: – Правильно, воздух – это то, чем мы с вами дышим.

1 Слайд (земля, атмосфера вокруг земли)

– Наша планета Земля окружена со всех сторон толстым слоем воздуха.

Воздух- это удивительная оболочка вокруг Земли – называется атмосфера.

Слово атмосфера произошло от греческих слов атмос – воздух, сфера – шар.

Воздух необходим для жизни и человека, и животным, и растениям.

– А вы знаете, что без воды и еды человек может прожить несколько дней, а

без воздуха всего несколько минут.

2Слайд (водолаз, космонавт)

Вот поэтому водолазы, когда собираются нырять, глубоко под воду, и

космонавты, когда отправляются в полет, берут запасы воздуха в

– Сегодня нам предстоит узнать, что такое воздух, как его обнаружить и

какими свойствами он обладает.

– Чтоб это увидеть и доказать, мы превратимся в ученных- исследователей и

отправимся в лабораторию.

– Ребята, а вы знаете, что такое лаборатория?

Воспитатель. – Лаборатория – это место, где ученные проводят различные опыты и

– В лаборатории надо соблюдать определенные правила: не мешать друг

другу, работать аккуратно, громко не разговаривать.

– В лаборатории все должно быть чисто, стерильно, поэтому мы все наденем

Ну вот, теперь мы похожи на настоящих ученных. Я буду руководителем

научной группы, а вы, моими помощниками.

Воспитатель: – Приглашаю вас в нашу лабораторию «Почемучек», чтоб исследовать

воздух.

– Эксперимент мы проведем – воздух мы везде найдем!

Опыт 1 «Поймать воздух»

Воспитатель. Скажите ребята, вы видите воздух вокруг нас?

Дети. Нет, не видим.

Воспитатель. Раз мы его не видим, значит, какой воздух?

Дети. Воздух невидимый, прозрачный.

Воспитатель. Чтобы воздух увидеть, его надо поймать. Хотите, я научу вас ловить

Воспитатель – Возьмите полиэтиленовый пакет. Что в нем?

Дети– В пакете ничего нет, он пустой.

Воспитатель- Давайте наберем в пакет воздух и закрутим его. Что случилось с пакетом?

Дети – пакет стал толстый. Он полон воздуха и похож на подушку.

Воспитатель- А вы видите воздух?

Дети– нет (воздух он невидимый)

Воспитатель – а вы видите свою руку?

Воспитатель – значит какой воздух?

Дети– воздух прозрачный.

Воспитатель– пакет развяжем и выпустим из него воздух. Пакет опять стал тоненьким,

почему? (нет воздуха, вышел)

– Какой мы можем сделать вывод?

Вывод: Воздух прозрачный, невидимый, чтобы увидеть воздух его надо

поймать и поместить в оболочку.

Опыт 2 «Воздух внутри нас»

Воспитатель: – Как вы думаете, воздух есть внутри нас?

– Возьмите трубочки, поставьте их в стаканчики с водой и подуйте, что

– Пузыри воздуха поднимаются наверх, воздух легче воды.

Дети: – Мы выдыхаем воздух и в воде появляются пузыри. Значит, внутри нас

есть воздух.

Воспитатель: – А сейчас попробуйте не дышать. Сделайте глубокий вдох и задержите

дыхание. Долго человек может не дышать?

Дети: – Нет, без воздуха человек умрет.

Воспитатель: – Какой вывод можно сделать?

Вывод: Человек не может жить без воздуха.

Читайте также:
Еж обыкновенный описание животного, чем питаются и где живут, интересные факты о характере размножения млекопитающего, информация о продолжительности жизни

В – А еще, какие пузыри мы можем пускать?

Д – Мыльные пузыри.

Опыт 3 «Игра с пузырями»

(на столике стоят мыльные пузыри)

Дети подходят к столу и берут мыльные пузыри,

Если дунуть посильней,

Будет много пузырей

12345 ни за что их не поймать.

В каждом пузыре есть воздух. Мыльная пленка наполняется воздухом и

отрывается от петельки, легкие воздушные пузыри летают.

Игра с мыльными пузырями.

Воспитатель: – Ребята, а как воздух попадает к нам? Чем мы вдыхаем?

Дети: – через нос

Воспитатель: – Давайте покажем, как мы дышим.

«Ветер» (Дыхательная гимнастика)

И. п – основная стойка. Сделать полный выдох носом, втягивая в себя живот и грудную клетку.

1. – сделать полный вдох, выпячивая живот.

2. – задержать дыхание на 3-4 секунды.

3. – свозь сжатые губы с силой выпустить воздух несколькими отрывистыми выдохами.

– Идемте в лабораторию.

Опыт 4 (С бумажной салфеткой)

Воспитатель: – Ребята, когда мы вдыхаем и выдыхаем, мы видим воздух?

Воспитатель: – Возьмите салфетки, вдох и выдох.

А с салфеткой видно?

Дети: – Видно, салфетка шевелится.

Воспитатель: – При выдохе, образуется движение воздуха, и салфетка приходит в

Вывод: Ветер – движение воздуха, воздух движет предметы.

Опыт 5 (с веером)

Воспитатель: – Давайте устроим ветер с помощью веера.

Возьмите веера, помашите на себя, теперь на соседа. Что вы чувствуете?

Дети: – Ветерок ощущаем.

Вывод: Не видим, но ощущаем.

Физкультминутка «Ветерок»

Встанем, глубоко вздохнем.

Руки в стороны, вперед,

Влево, вправо поворот.

Три наклона, прямо встать,

Руки вниз и вверх поднять.

Руки плавно опустили,

Всем улыбки подарили.

Воспитатель: – Ветер очень изменчивый, не постоянный, он может приносить пользу и вред.

Давайте присядем, я вам буду показывать картинки, рассмотрите их и

объясните, когда ветер бывает хорошим, а когда плохим.

1. Парусник в море

Д – Ветер хороший, потому что он надувает паруса, помогает кораблю плыть.

Д – Ветер плохой, потому что он поднимает большие волны и переворачивает корабли.

Д – ветер хороший, потому что он разносит семена растением.

Ветер плохой, потому что он раздувает лесной пожар.

5. Ветряная мельница

Д – Ветер хороший, потому что он поворачивает крылья мельницы, она мелет муку.

В- молодцы, а теперь в лабораторию.

Опыт 6 (воздух не имеет запаха)

(контейнер с апельсином)

Воспитатель: – А имеет ли воздух запах? Как вы думаете?

Дети: – ответы детей.

Воспитатель: -А теперь закройте глаза (в-ль подносит к детям разрезанный апельсин)

Воспитатель: – Так воздух имеет запах или нет?

Дети: -Дети в замешательстве.

Воспитатель: – А чем пахнет в пекарне?

Воспитатель: – А в аптеке?

Воспитатель: -Воздух имеет свойство переносить запахи.

Воздух есть везде: и в группе, и у нас дома, и на улице. Какого цвета воздух?

Дети: – Воздух бесцветный

Воспитатель: – Вдохните ртом воздух. Попробуйте какой вкус у воздуха?

Дети: – Воздух безвкусный.

Воспитатель: – Вдохните носом воздух. Какой у него запах?

Дети: – Воздух без запаха.

Воспитатель: – Какой вывод мы делаем?

Дети: – Чистый воздух не имеет цвета, запаха, вкуса.

Воспитатель: – Молодцы ребята.

Вам понравилось работать в лаборатории?

Воспитатель:- А какие опыты понравились больше?

Воспитатель: – На этом наши исследования закончены, оставим нашу лабораторию и займем наши места.

Слайд (природа)

Воспитатель: – Здоровье человека зависит не только от того, как он дышит, но и от того, чем он дышит, каким воздухом.

Отличается ли воздух, которым мы дышим в городе от воздуха в лесу? Почему?

Дети: – Много деревьев

Воспитатель: – Деревья работают как пылесосы. Они очищают воздух. Зеленые листья всасывают пыль и грязь из воздуха. Чем больше растений вокруг, тем чище воздух, тем он полезнее для человека и его здоровья.

Слайд (заводы, фабрики)

Воспитатель: – Ребята, посмотрите, что происходит с воздухом.

Воздух загрязняют заводы, фабрики, машины загрязняют выхлопными газами, лесные пожары, люди загрязняют воздух устраивая различные свалки.

Воспитатель: – А сейчас юные исследователи, давайте подумаем;

– Мы можем позаботиться о чистоте воздуха?

Дети: – Да, можем позаботиться.

– Не жечь костры, не мусорить, посадить как можно больше цветов и деревьев, потому что они очищают воздух, выделяют кислород. Надо заботиться о чистоте воздуха и не загрязнять его.

Воспитатель: – Нужно беречь нашу планету Земля.

Воспитатель: – Уважаемые ученные, вы все прекрасно потрудились в лаборатории и узнали много нового и полезного о воздухе, и я хочу вручить вам медали «Юный исследователь».

Конспект занятия кружка «Метеослужба» в подготовительной группе «Эти удивительные камни» Задачи: уточнить и расширить знания детей о камнях, о их роли в жизни человека. Вызвать желание исследовать неживую природу, выделять свойства.

Конспект интегрированного занятия в подготовительной группе «Воздух и его свойства» Конспект интегрированного занятия в подготовительной группе «Воздух и его свойства» Елена Владимирова. Цель: Уточнение представлений детей.

Конспект интегрированного занятия в средней группе «Эти удивительные лягушки» с презентацией КОНСПЕКТ ИНТЕГРИРОВАННОЙ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В СРЕДНЕЙ ГРУППЕ НА ТЕМУ: ” ЭТИ УДИВИТЕЛЬНЫЕ ЛЯГУШКИ” Разработчик:.

Конспект непосредственно-образовательной деятельности с детьми старшей группы «Удивительные свойства воздуха» Конспект непосредственно- образовательной деятельности с детьми старшей группы. Тема: «Удивительные свойства воздуха». Образовательная область:.

Конспект познавательно-игрового занятия для подготовительной группы «Эти удивительные насекомые» Виды детской деятельности: игровая, коммуникативная, познавательно-исследовательская, восприятие художественной литературы, изобразительная.

Конспект занятия на тему: «Можно ли увидеть воздух?» Познавательное развитие. Ознакомление с миром природы. Тема: «Можно ли увидеть воздух?» О. Цель: Познакомить детей с воздухом, его свойствами.

Непосредственно-организованная образовательная деятельность по познавательному развитию «Удивительные свойства воздуха» Цель: способствовать развитию любознательности и самостоятельности детей через экспериментирование. Задачи. Образовательные: – способствовать.

Конспект занятия с презентацией «Где живёт воздух?» Как известно крепки и прочны те знания, которые дети добывают самостоятельно, а не получают в готовом виде. Научить детей добывать знания.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: