為什麼彩虹是拱形的
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其實所有彩虹都是完整的圓形,只是因為它們被地面和地平線擋住了一部分,所以看起來是拱形。如果站在地面,將無法看到彩虹圓圈的下半部分。事實上,被地平線“淹沒”的彩虹下半部分都是不可見的。
其中一個原因是地球表面的緊密,限制了光線的反射。
彩虹形成的基本條件是水汽和太陽光。
下過雨後,空氣濕度較大,空氣中的水汽可以看做是無數個小水滴。
小水珠在空氣中基本是個球形,它不管怎麼翻過來滾過去,在空間中形狀始終不變。
當太陽光射入小水滴時,會發生兩次折射和一次反射,即“折射—反射—折射”現象。
照射到小水珠上不同部位的太陽光會產生不同的折射與反射路徑。
但不同角度的光線並不任意發散,而是似乎集中在某一個角度附近,這個角度在42度左右。
雖然稜鏡分解太陽光時,每種顏色只被折射到一個固定的角度。
但對於水珠,某種顏色的光會沿着0到42度的任意角度出來,只不過在42度附近亮度最大。
我們可以想象一下,當我們拿着一粒水珠在太陽光中移動時,我們的視線和太陽光之間的夾角逐漸增加。
當夾角接近42度時,水珠變成明亮的紫色;繼續增加這個角度,水珠的顏色逐漸向紅色方向變化;等超過了可見光的範圍,水珠又會變成昏暗的。
所以當天空中佈滿了水珠時,有一部分水珠會把太陽光折射反射再折射到我們的眼中,根據水珠與太陽光以及我們眼睛的相對角度,每個水珠呈現出一種顏色。
凡是相對於觀察者處於相同出射角,也就是説呈現相同顏色的,都處於同一個圓上。
對觀察者來説,相同折射角的水珠都處於一個圓面上,而相同折射角呈現的顏色相同,因而看到的相同顏色也是一個圓。
這就是為什麼説彩虹是圓的原因。
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