为什么彩虹是拱形的
其实所有彩虹都是完整的圆形,只是因为它们被地面和地平线挡住了一部分,所以看起来是拱形。如果站在地面,将无法看到彩虹圆圈的下半部分。事实上,被地平线“淹没”的彩虹下半部分都是不可见的。
其中一个原因是地球表面的紧密,限制了光线的反射。
彩虹形成的基本条件是水汽和太阳光。
下过雨后,空气湿度较大,空气中的水汽可以看做是无数个小水滴。
小水珠在空气中基本是个球形,它不管怎么翻过来滚过去,在空间中形状始终不变。
当太阳光射入小水滴时,会发生两次折射和一次反射,即“折射—反射—折射”现象。
照射到小水珠上不同部位的太阳光会产生不同的折射与反射路径。
但不同角度的光线并不任意发散,而是似乎集中在某一个角度附近,这个角度在42度左右。
虽然棱镜分解太阳光时,每种颜色只被折射到一个固定的角度。
但对于水珠,某种颜色的光会沿着0到42度的任意角度出来,只不过在42度附近亮度最大。
我们可以想象一下,当我们拿着一粒水珠在太阳光中移动时,我们的视线和太阳光之间的夹角逐渐增加。
当夹角接近42度时,水珠变成明亮的紫色;继续增加这个角度,水珠的颜色逐渐向红色方向变化;等超过了可见光的范围,水珠又会变成昏暗的。
所以当天空中布满了水珠时,有一部分水珠会把太阳光折射反射再折射到我们的眼中,根据水珠与太阳光以及我们眼睛的相对角度,每个水珠呈现出一种颜色。
凡是相对于观察者处于相同出射角,也就是说呈现相同颜色的,都处于同一个圆上。
对观察者来说,相同折射角的水珠都处于一个圆面上,而相同折射角呈现的颜色相同,因而看到的相同颜色也是一个圆。
这就是为什么说彩虹是圆的原因。
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