嚴老師講的科普之一:誰持彩練當空舞之人造彩虹

2021-02-13 噫籲嚱齋主人

恰如上圖,昨日是極好的天氣,天空一碧如洗,陽光明媚通透,溫暖而不熾熱,讓人忍不住以手加額遮一下刺向眼睛的陽光而將自己整個沐浴在陽光中,接受光的撫摸。

中午的時候,一位師弟打來電話問20年可有科普類的文章發表,文章是沒有的,不過科普這件事倒是可以做的。下午三點,日頭偏西,正好可以趁著如此這般的陽光,製造一個人造彩虹。取來高壓水槍,切換到水霧檔,逆著太陽的方向向東噴灑,就形成了如下圖的人造彩虹,還挺不錯吧。

彩虹是怎麼形成的呢?讓我們一起來回顧一下高中物理光學部分的內容。

看懂了嗎,似乎有點如墮五裡雲中。簡言之,就是說我們通常所見到的日光其實是複合光,在真空中和空氣中(折射率非常小)可以近似視為不發生折射的複合光束,即所謂的白光。但是當進入到折射率較大又發生多次反射折射又不能有效再次發生複合的介質中時就會發生色散,形成七色光。在日光進入水滴(越小越接近球形)時,不同的單色光在水滴中的折射率不同,頻率越大的單色光折射率越大折射角越小偏折程度也就越大,反之頻率越小的單色光折射率越小偏折程度也就越小,在水滴內同時發生反射和折射以及多次反射和折射,最終造成光在水汽中形成色散現象,形成赤橙黃綠青藍紫的七色光。而又由於折射率造成的折射角的不同,從而造成了彩虹由外圈向內圈其色彩為赤橙黃綠青藍紫的變化順序。

(請忽略我的抽象派畫技,硬生生把水滴化成了葫蘆,水滴為微觀原理,而彩虹為宏觀表現)

《淮南子》中說:「復道行空,不霽何虹?」 霽,是雨或雪後初晴的意思,說明要想形成彩虹須是在雨後或者雪後,雨後彩虹算是比較常見的,雪後會有彩虹嗎?在特定條件下,雪後也是可以形成彩虹的。

除了彩虹之外,大氣中還有很多有趣的光學現象,比如在彩虹家族裡還有雙道彩虹、倒掛彩虹等。

其他還有較為常見的日暈、月暈、月華等,當然也有並不常見的海市蜃樓等現象。

「千丈虹橋望入微,天光雲影共樓飛」、「赤橙黃綠青藍紫,誰持彩練當空舞」。心動了嗎,心動了就自己動手製造一道彩虹吧。

實驗器材:

1.上午十點多或下午三點多的太陽一枚(此時光線的入射角度最佳)

2.噴霧器一個或小嘴巴一張

3.水若干

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