зі шланга або розбризкувача, то, можливо, самі створювали веселки.
Більшість із нас часто дивилася на веселки, проте дуже мало хто з нас їх бачив. У давніх міфах веселку називали дугою богів, мостом або дорогою, що поєднує світ смертних зі світом богів. У західній культурі у Старому завіті веселка була втіленням обіцянки Бога більше не посилати на Землю нищівний потоп: «Я веселку Свою дав у хмарі».
Одна із причин привабливості веселок їхній розмах, те, як вони, величні й такі короткочасні, розкидаються на все небо. Але, як це часто буває у фізиці, за цією величчю стоїть незліченна кількість надзвичайно малого крихітних, інколи діаметром менше міліметра, сферичних краплинок води, розсіяних у повітрі.
Хоча вчені намагалися обґрунтувати виникнення веселки впродовж тисячоліття, перше переконливе пояснення запропонував Ісаак Ньютон у праці «Оптика», опублікованій 1704 року. Він одночасно зрозумів кілька речей, які мають важливе значення для формування веселки. По-перше, учений показав, що звичайне біле світло складається з усіх кольорів (я хотів сказати «з усіх кольорів веселки», але так ми надто забігли б наперед). Пропустивши світло крізь скляну призму, він розділив його на кольори-складники. Потім, спрямувавши це заломлене світло назад крізь іншу призму, він знову поєднав кольорове світло в біле, довівши, що сама призма жодним чином не забарвлює світла. Також він зясував, що багато різних речовин, зокрема вода, можуть заломлювати світло. І так він зрозумів, що в основі виникнення веселки лежить заломлення світла в дощових краплях і його відбивання.
Веселка на небі, як цілком правильно вирішив Ньютон, це результат взаємодії між сонцем, силою-силенною дощових крапель і вашими очима, які повинні спостерігати за цими краплинами точно під потрібними кутами. Щоб зрозуміти, як виникає веселка, потрібно зупинитися на тому, що відбувається, коли світло потрапляє на дощову краплю. Але памятайте: все, що я скажу про цю одну краплю, стосується незліченної кількості крапель, з яких складається будь-яка веселка.
Щоб побачити веселку, потрібно дотримуватися трьох умов. По-перше, сонце має бути у вас за спиною. По-друге, в небі перед вами мають бути дощові краплі чи за кілька кілометрів, чи лише за кілька сотень метрів від вас. По-третє, на шляху сонячного світла до крапель не повинно бути жодних перешкод, наприклад хмар.
Коли пучок світла потрапляє в дощову краплю і заломлюється в ній, він розпадається на кольорові пучки. Найменше заломлюється червоне світло, а найбільше фіолетове. Усі ці різнокольорові пучки рухаються далі крізь краплю. Частина світла при цьому не змінює напрямку і виходить назовні, а частина відбивається під кутом до передньої стінки краплі. Насправді якась частина світла відбивається більше одного разу, але цей факт поки що неважливий. На цей момент нас цікавить лише світло, що відбивається один раз. Коли світло виходить із передньої поверхні краплі, частина його знову заломлюється, далі розділяючись на різнокольорові промені.
Після того як сонячні промені, проходячи крізь краплю, заломлюються, відбиваються і знову заломлюються, їхній напрямок значно змінюється. Ми бачимо веселки тому, що кут між червоними променями на виході з краплі та початковим напрямком сонячного світла, що падає на краплю, завжди менше ніж 42 градуси. І це однаково стосується всіх крапель, адже сонце, по суті, нескінченно далеко від них. Червоне світло може виходити під будь-яким кутом від 0 до 42 градусів, але не більше, і цей максимальний кут для різних кольорів буде іншим. Для фіолетового світла він становить приблизно 40 градусів. Різні максимальні кути для кожного кольору пояснюють кольорові смуги веселки.
Коли дотримано всіх вищеперерахованих умов, можна помітити веселку. Як видно з малюнка нижче, якщо провести уявну лінію від сонця через свою голову до кінця своєї тіні на землі, вона буде точно паралельна напрямку від сонця до крапель. Якщо сонце стоятиме вище, ця лінія буде крутішою, а тінь коротшою. Тобто це обернена залежність. Назвімо цю лінію, що йде від сонця через голову до тіні її на землі, уявною лінією. Вона дуже важлива, тому що підкаже, де в небі шукати веселку.
Якщо ви подивитеся під кутом приблизно 42 градуси від цієї уявної лінії (не має значення вгору, правіше чи лівіше), ви побачите там червону смугу веселки. На відстані приблизно 40 градусів від уявної лінії угорі, справа чи зліва ви побачите фіолетову смугу веселки. Але річ у тім, що її не дуже добре видно, тому ви, найімовірніше, помітите синю смугу. З огляду на це далі ми називатимемо її синьою. Хіба це не ті самі кути, на які максимально може відхилятися світло, потрапляючи в дощові краплі? Так, і це не випадково. Ще раз подивіться на малюнок.
Як щодо синьої смуги веселки? Пригадайте: її магічне число приблизно 40 градусів, на 2 градуси менше, ніж у червоної смуги. Тому максимальний кут, у межах якого синє світло буде заломлюватися, відбиватися і знову заломлюватися в різних дощових краплях, становить 40 градусів. Таким чином, ми побачимо синє світло під кутом 40 градусів до уявної лінії. Це ближче до уявної лінії, ніж 42 градуси, тому синя смуга завжди буде із внутрішнього краю червоної смуги веселки. Решта кольорів веселки оранжевий, жовтий, зелений розташовані між червоною і синьою смугами. Щоб дізнатися більше, ви можете переглянути мою лекцію про веселки онлайн: cutt.ly/awrxgJt.