Cầu vồng hay mống cũng như quang phổ là hiện tượng tán sắc của các ánh sáng từ Mặt Trời khi khúc xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa.

Ở nhiều nền văn hóa truyền thống khác nhau, cầu vồng Open được coi là mang đến điềm lành cho nhân thế .

Tùy vào số lần phản xạ mà người ta phân ra làm cầu vồng bậc 1, bậc 2… Trong đó cầu vồng bậc 1 là rõ nhất (chỉ có 1 lần phản xạ nên năng lượng sáng mạnh nhất). Thường cầu vồng nhìn thấy là cầu vồng bậc 1. Tuy nhiên đôi khi ta còn quan sát thêm được cầu vồng bậc 2 mà trật tự màu sắc lại ngược lại với cầu vồng bậc 1 và cường độ sáng yếu hơn.Cầu vồng bậc 2 chỉ xảy ra khi các tia sáng bị khúc xạ hai lần.[1] Giữa các cầu vồng tồn tại khoảng đai vòng tối gọi là dải Alexander.

Trái Đất có độ cong nên ta chỉ hoàn toàn có thể thấy được một nửa cầu vồng, [ 2 ] và tập trung chuyên sâu vào một đường thẳng từ Mặt Trời đến mắt của người quan sát. Chỉ khi nào quan sát bằng vệ tinh hay tàu thiên hà, cả một vòng cầu vồng mới hiện ra trước mắt .Do cầu vồng được nhìn bởi cùng 1 góc ( gần 42 độ [ 3 ] với cầu vồng bậc 1 và 53 độ với cầu vồng bậc 2 ), là góc mà cường độ sáng của toàn bộ những tia mặt trời qua những giọt nước là đạt cực lớn, nên cầu vồng có dạng một cung tròn .
Cầu vồng không nằm ở một khoảng cách đơn cử từ người quan sát, mà đến từ ảo ảnh quang học gây ra bởi bất kể giọt nước nào nhìn từ một góc nhất định so với nguồn sáng. Do đó, cầu vồng không phải là một vật thể và không hề tiếp cận về mặt vật lý. Thật vậy, người quan sát không hề nhìn thấy cầu vồng từ những giọt nước ở bất kể góc nhìn nào ngoài góc thường thì là 42 độ so với hướng đối lập với nguồn sáng. Ngay cả khi một người quan sát nhìn thấy một người quan sát khác có vẻ như ” ở dưới ” hoặc ” ở cuối ” cầu vồng, thì người quan sát thứ hai sẽ nhìn thấy một cầu vồng khác xa hơn ở góc nhìn góc nhìn của người quan sát thứ nhất .Cầu vồng trải dài một dải màu liên tục. Bất kỳ dải màu riêng không liên quan gì đến nhau nào được nhận thấy là một vật phẩm của tầm nhìn sắc tố của con người, và không có dải màu nào được nhìn thấy trong một bức ảnh đen trắng của cầu vồng, chỉ có sự tăng dần cường độ đến mức tối đa, sau đó mờ dần về phía bên kia. Đối với sắc tố được mắt người nhìn thấy, trình tự được trích dẫn và ghi nhớ nhiều nhất là bảy màu đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, xanh lam, chàm, tím .Cầu vồng hoàn toàn có thể được gây ra bởi nhiều dạng nước trong không khí. Chúng gồm có không chỉ mưa, mà còn có sương, phun và sương trong không khí .
Khi ánh sáng Mặt Trời gặp hạt mưa, một phần ánh sáng bị phản xạ và phần còn lại đi vào hạt mưa. Ánh sáng bị khúc xạ ở mặt phẳng của hạt mưa. Khi ánh sáng này chiếu vào mặt sau của hạt mưa, 1 số ít ánh sáng bị phản xạ khỏi mặt sau. Khi ánh sáng phản xạ bên trong chạm tới mặt phẳng một lần nữa, một lần nữa một số ít bị phản xạ bên trong và 1 số ít bị khúc xạ khi nó thoát ra ( Ánh sáng phản xạ từ giọt nước, thoát ra từ phía sau hoặc liên tục phản xạ xung quanh bên trong giọt nước sau lần chạm thứ hai với mặt phẳng, không tương quan đến sự hình thành của cầu vồng chính ). Hiệu ứng toàn diện và tổng thể là một phần của ánh sáng tới được phản xạ trở lại trong khoanh vùng phạm vi từ 0 ° đến 42 °, với ánh sáng mạnh nhất ở 42 °. [ 4 ] Góc này không nhờ vào vào kích cỡ của giọt, nhưng nhờ vào vào chỉ số khúc xạ của nó. Nước biển có chỉ số khúc xạ cao hơn nước mưa, thế cho nên bán kính của ” cầu vồng ” trong phun nước biển nhỏ hơn cầu vồng thường. Điều này hoàn toàn có thể nhìn thấy bằng mắt thường bằng cách sắp xếp sai những cung này. [ 5 ]Lý do ánh sáng mạnh nhất ở khoảng chừng 42 ° là vì đây là một bước ngoặt – ánh sáng chiếu vào vòng ngoài cùng của giọt được trả lại ở mức dưới 42 °, cũng như ánh sáng chiếu vào điểm rơi gần TT của nó. Có một dải ánh sáng tròn mà toàn bộ được trả lại ngay khoảng chừng 42 °. Nếu mặt trời là tia laser phát ra ánh sáng song song, những tia đơn sắc, thì độ chói ( độ sáng ) của cung sẽ có xu thế vô cực ở góc này ( bỏ lỡ những hiệu ứng giao thoa ). Nhưng vì độ chói của mặt trời là hữu hạn và những tia của nó không song song ( nó bao trùm khoảng chừng nửa độ của khung trời ) độ chói không đi đến vô tận. Hơn nữa, lượng ánh sáng bị khúc xạ nhờ vào vào bước sóng của nó và do đó sắc tố của nó. Hiệu ứng này được gọi là khuếch tán. Ánh sáng xanh ( bước sóng ngắn hơn ) bị khúc xạ ở góc lớn hơn ánh sáng đỏ, nhưng do sự phản xạ của những tia sáng từ mặt sau của giọt nước, ánh sáng xanh phát ra từ giọt nước ở góc nhỏ hơn so với tia sáng trắng khởi đầu đèn đỏ. Do góc này, màu xanh được nhìn thấy ở bên trong vòng cung của cầu vồng chính và màu đỏ ở bên ngoài. Kết quả của việc này không chỉ là đưa ra những sắc tố khác nhau cho những phần khác nhau của cầu vồng, mà còn làm giảm độ sáng. ( Một ” cầu vồng ” được hình thành bởi những giọt chất lỏng không có sự khuếch tán sẽ có màu trắng, nhưng sáng hơn cầu vồng thông thường ) .Ánh sáng ở mặt sau của hạt mưa không trải qua sự phản xạ toàn phần và một số ít ánh sáng phát ra từ phía sau. Tuy nhiên, ánh sáng phát ra từ phía sau hạt mưa không tạo ra cầu vồng giữa người quan sát và mặt trời vì quang phổ phát ra từ phía sau hạt mưa không có cường độ tối đa, như những cầu vồng nhìn thấy khác, và do đó, sắc tố hòa trộn cùng nhau hơn là tạo thành cầu vồng. [ 6 ]Cầu vồng không sống sót ở một khu vực đơn cử. Nhiều cầu vồng sống sót ; tuy nhiên, chỉ hoàn toàn có thể nhìn thấy một người tùy thuộc vào quan điểm của người quan sát đơn cử là những giọt ánh sáng được chiếu sáng bởi mặt trời. Tất cả những hạt mưa khúc xạ và phản xạ ánh sáng mặt trời theo cùng một cách, nhưng chỉ có ánh sáng từ 1 số ít hạt mưa lọt vào mắt người quan sát. Ánh sáng này là thứ tạo nên cầu vồng cho người quan sát đó. Toàn bộ mạng lưới hệ thống được cấu trúc bởi những tia mặt trời, đầu của người quan sát và giọt nước ( hình cầu ) có sự đối xứng trục quanh trục qua đầu của người quan sát và song song với tia của mặt trời. Cầu vồng bị cong vì tập hợp tổng thể những hạt mưa có góc vuông giữa người quan sát, giọt nước và mặt trời, nằm trên một hình nón chỉ vào mặt trời với người quan sát ở đầu. Đế của hình nón tạo thành một vòng tròn ở góc 40 góc 42 ° so với đường giữa đầu của người quan sát và bóng của họ nhưng 50 % hoặc hơn vòng tròn nằm dưới đường chân trời, trừ khi người quan sát đủ xa trên mặt phẳng Trái Đất xem tổng thể, ví dụ trong một chiếc máy bay ( xem ở trên ). [ 7 ] [ 8 ] Ngoài ra, một người quan sát với điểm thuận tiện bên phải hoàn toàn có thể nhìn thấy vòng tròn rất đầy đủ trong một đài phun nước hoặc thác nước. [ 9 ]

Chứng minh từ toán học.

Chúng ta hoàn toàn có thể xác lập góc phân biệt mà cầu vồng nhờ vào như sau. [ 10 ]

Đưa ra một hạt mưa hình cầu và xác định góc cảm nhận của cầu vồng là 2φ , và góc phản xạ bên trong là 2β , sau đó góc tới của tia sáng mặt trời đối với bề mặt bình thường của giọt nước là 2β – φ . Vì góc khúc xạ là β , Định luật Snell cho chúng ta

sin (2β – φ ) = n sin β

Xem thêm: Màu nhuộm 0/11 là màu gì? Màu 0.11 hợp với tông màu da nào?

,

trong đó n = 1.333 là chiết suất của nước. Giải quyết φ , chúng ta nhận được

= 2β – arcsin ( n sin β )

.

Cầu vồng sẽ xảy ra trong đó góc φ là tối đa đối với góc β . Do đó, từ tính toán, chúng ta có thể đặt dφ / dβ = 0 và giải cho β , mang lại

β max = cos − 1 ⁡ ( 2 − 1 + n 2 3 n ) ≈ 40.2 0 { \ displaystyle \ beta _ { \ text { max } } = \ cos ^ { – 1 } \ left ( { \ frac { 2 { \ sqrt { – 1 + n ^ { 2 } } } } { { \ sqrt { 3 } } n } } \ right ) \ thickapprox 40.2 ^ { 0 } }

Thay vào phương trình trước đó cho φ mang lại 2φ max ≈ 42 ° là góc bán kính của cầu vồng.

Các sắc tố.

Cầu vồng có rất nhiều sắc tố, trong đó có 7 màu điển hình nổi bật là đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Các bức xạ hồng ngoại và tử ngoại nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy của mắt người, nên không hiển diện. Bình thường, cầu vồng có rất nhiều màu với những sắc độ khác nhau. Màu sắc của cầu vồng hoàn toàn có thể được minh hoạ như sau :

Liên kết ngoài.

Source: http://139.180.218.5
Category: Thuật ngữ đời thường