Веселка: фізика найкрасивішого погодного явища

Мабуть, немає людини, яка б не завмирала від захвату, побачивши веселку. Багатобарвна дуга, що перекинулася через небо після дощу, здавна вважалася символом надії, миру й доброго знамення. У різних культурах їй приписували чарівні властивості й складали про неї легенди. Але за цією красою криється точна й елегантна фізика — гра світла й води, яку можна пояснити до найменших деталей.

Веселка з'являється тоді, коли сонячне світло проходить крізь краплі води в повітрі. Найчастіше це буває після дощу, коли хмари вже розходяться й визирає сонце, або поблизу водоспадів і фонтанів, де в повітрі багато водяного пилу. Спостерігаючи, як після зливи проясняється небо, зручно тут же стежити за прогнозом, щоб не пропустити ані нової хмари, ані ясної хвилини, коли ймовірна веселка.

Як світло перетворюється на кольори

Щоб зрозуміти веселку, треба згадати, що біле сонячне світло насправді складається із суміші всіх кольорів спектра. Коли промінь потрапляє в краплю води, він заломлюється — тобто змінює напрямок на межі повітря й води. При цьому різні кольори заломлюються трохи по-різному: фіолетовий сильніше, червоний слабше. Так біле світло розкладається на складові кольори.

Усередині краплі світло відбивається від задньої стінки й виходить назовні, знову заломлюючись. У результаті кожна крапля працює як крихітна призма, розкладаючи сонячний промінь на веселкову смугу. А оскільки крапель у повітрі мільйони, наше око бачить суцільну барвисту дугу.

Чому веселка має форму дуги

Багато хто не замислюється, чому веселка завжди має форму саме дуги, а не прямої лінії чи плями. Насправді веселка — це частина кола. Світло повертається від крапель під певним кутом, приблизно сорок два градуси відносно напрямку на сонце. Усі краплі, розташовані під цим кутом до лінії погляду, і формують дугу.

Ми бачимо лише частину кола, бо земля затуляє нижню половину. З високої гори чи з літака можна побачити веселку у вигляді повного кола. Центр цього кола завжди перебуває в точці, протилежній сонцю, тому веселка з'являється на небі навпроти світила — коли сонце за спиною спостерігача.

Порядок кольорів і подвійна веселка

У класичній веселці кольори завжди розташовані в незмінному порядку: червоний зовні, далі помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий усередині. Цей порядок задає сама фізика заломлення, тому він ніколи не змінюється.

Іноді над основною веселкою з'являється друга, слабша й ширша дуга. Це подвійна веселка. Вона виникає, коли світло відбивається всередині краплі не один, а два рази. Цікаво, що в другій веселці порядок кольорів обернений — червоний опиняється всередині, а фіолетовий зовні. Проміжок між двома дугами виглядає темнішим за решту неба й має назву смуга Александра.

Коли й де шукати веселку

Найкращі умови для веселки — коли йде дощ, а сонце водночас світить із протилежного боку неба й стоїть не надто високо. Тому веселки найчастіше бачать уранці або надвечір, а не опівдні, коли сонце в зеніті. Влітку, коли часто трапляються короткі грозові дощі зі швидким проясненням, шанси побачити веселку особливо високі.

Штучну веселку легко створити й самому: досить у сонячний день стати спиною до сонця й розпорошити воду зі шланга. Крапельки повітряного пилу зроблять свою справу, і перед вами постане маленька власна веселка. Це чудовий спосіб на власні очі переконатися, як працює фізика заломлення світла.

Висновок

Веселка — це рідкісний випадок, коли краса природи має настільки прозоре наукове пояснення. За чарівною дугою стоять точні закони оптики: заломлення, відбиття й розкладання світла на кольори в мільйонах крихітних крапель. Знання фізики зовсім не позбавляє веселку її магії — навпаки, розуміння того, як народжується це диво, робить його ще ціннішим. Тож наступного разу, побачивши барвисту дугу, ви зможете не лише замилуватися нею, а й пояснити, чому вона така.