彩虹为什么是弧形
admin
2023-06-10 09:04:16

其实真实的彩虹是环形,因为当我们仰望天空时,我们视觉线索可以告诉我们彩虹超过半圈是弧形。但是它们真实是整个圈。你永远不会看到来自地球表面的圆形彩虹,因为地平线阻碍了它。但是,在高处,飞机上的人有时会看到圆环它们。看看下面的照片。

彩虹为什么是弧形图1

查看大图。| 2013年,Birdseye View Photography的Colin Leonhardt在澳大利亚珀斯附近的Cottesloe海滩拍摄了全圆彩虹。他乘坐直升机在夕阳和倾盆大雨之间飞行。

彩虹形成物理原因?

彩虹生成时,每个雨滴照射到每个雨滴中的阳光会被折射,或者分裂成其组成部分的颜色。并且光线也被反射,以便那些各种颜色反弹回来。彩虹的一个关键是光线以一定角度穿过雨滴,角度在40到42度之间,取决于光的颜色(波长)。Physicsclassroom.com以这种方式解释:

圆形(或半圆形)的产生是因为在大气中存在悬浮液滴的集合,其能够以相对于来自太阳的光的原始路径的偏离40-42度的角度来聚集分散的光。这些液滴实际上形成圆弧,弧内的每个液滴分散光并将其反射回观察者。

彩虹为什么是弧形图2

图片来自亚利桑那州立大学Steve Beeson

那么为什么彩虹会弯曲?要了解彩虹的曲率,需要将思路转变为三维思维模式。塞西尔亚当斯直截了当地解释了这一点:

我们习惯于将彩虹视为基本上是二维的,但这是由于缺乏距离而导致的错觉。产生彩虹的水滴云显然是三维的。然而,反射的几何形状是这样的,所有反射彩虹光线的液滴都是一个锥形,眼睛位于尖端。这需要一个直观的飞跃,看看为什么会这样,但让我们给它一个裂缝。水滴以40到42度的角度反射太阳光(或任何光线),具体取决于光线波长......太阳很低,落后于你。所有的阳光都进入,撞击你前方的水滴云,并以[大约] 40度的角度反弹回来。可以向上,向下和侧向反弹40度。但是你看到的唯一一个就是那些位于锥形的。

锥形解释是合理的,雨滴从与太阳正对面的角度以42度的角度闪烁着彩虹光线。闪烁着彩虹的所有水滴都在锥形表面上,它的位置在你眼前。他们可以近在咫尺。不在锥体上的其他水滴也会使阳光变成彩虹色,但它们的光线不会到达我们的眼睛。我们只看到锥体上的那些。当你向下看锥体时,你会看到一个圆圈。所以彩虹是圈子!如图所示是彩虹射线的形成方式。解释了为什么我们看到彩虹光环式。

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圆圈作为圆锥的一部分。

下面为一些壮观的照片!

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Mohamed Laaifat在法国诺曼底拍摄的照片于2018年3月28日在彩虹下面捕捉到了隆起的月亮。

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弗吉尼亚州Culpeper。图片来自珍妮特弗隆。

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彩虹在日落时反映,通过FotografGöranStrand。他在瑞典Vansbro的一条名为Västerdalälven的河上拍摄了这张照片。更多关于此图片的信息。

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照片来自Eric Rolph。

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2017年7月18日,爱沙尼亚的JüriVoit在2017年7月18日拍摄了这个双彩虹和闪电。图片来自JüriVoit。

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彩虹在布鲁克林大桥。照片来自Jennifer Khordi。

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艾略特·赫尔曼写信给EarthSky:“这是我最喜欢的地面拥抱的彩虹,就在我的前门......最后的最后一场雷雨,当天结束时它被清除了,低角度的太阳照亮了这个地面,拥抱着相邻的彩虹山坡。”

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内华达州,在季风雨过后。照片来自RN Misha。

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大峡谷彩虹。照片来自Anne McLellan Swan。

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尼亚加拉瀑布。照片来自Bob Lennartz。

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照片来自法国诺曼底的Jean Marie Delaporte

谢悟空问答之邀!

彩虹的形成是光的折射现象,雨后天空悬浮着无数的小水滴,当太阳光照射到小水滴上时,一部分折射进入小水滴,进入的光线照射到小水滴的另一侧时,被反射回来,然后再一次照射到小水滴与空气的界面,有一部分光折射出来,被人眼看到,就会呈现七彩斑斓的虹。

下图就是阳光在小水滴中传播的过程,其中α是由小水滴射出的光线与入射到小水滴上的光线的夹角,该角的大小随入射光线的方向而变化,研究表明,只有α最大时才能被人眼观察到。对于同一种色光,α的最大值是一定的,比如红光α的最大值是42º,因为太阳光近似平行光,这样,人眼通过小水滴看到的同一种色光就是以人眼为顶点的圆锥面,所以,人眼看到的光是一个圆弧,确切地说是一个圆。因为通常人在地面上观察,视觉范围受到限制,圆的下部被遮挡,只看到上部,如果赶巧坐飞机看到彩虹,就能观察到彩虹是圆形的。

另外,不同的色光α的最大值不同,随波长的减小而减小,在太阳的七种色光中,红光最大,紫光最小。人眼观察时,按红橙黄绿蓝靛紫的顺序形成的圆锥顶角依次减小,因此,彩虹是外红内紫的。


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