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虹的颜色成因

发布时间:2012-08-03

  彩虹的形成是由于光的折射。

  其实,我们最熟悉的,经常照在我们身上的那暖洋洋的阳光本来就 是由各种颜色的光组成的,只不过颜色太多了,组合在一起,反倒没冇 颜色了。科学家们很早就发现了这种现象。

  早在16世纪,一位捷克医生马尔两,就曾经做过这样的实验:他使 一束白光通过二棱镜,内光被散射成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色; 但是,在其中任何一种颜色(如红色)的光线前面再放一个三棱镜,那 么,透过它的光依然是这种颜色(红色〉。

  后来,著名的科学家牛顿在1672年扩大了这个实验。他布置了一 间暗室,只在窗板上幵--个圆形小孔,让太阳光射入。在小孔面前放一 个三棱镜,对面的墙上立即出现了鲜艳的、像虹一样的色彩:最上面的 是红色,以下依次是橙、黄、绿、青、蓝、紫。牛顿惊异地发现,圆拄形的 太阳光束经过三棱镜,居然成了一道道平行的长条形彩色光谱。

  起初,他怀疑这一现象是不是偶然的。于是他再拿一块相似的三 棱镜放在前“块三棱镜后面,这时像虹一样鲜艳的色彩立即还原成一 道圆柱形白光,就像太阳光根本没有通过这两块三棱镜而直接射到墙

  1: 一样。

  经过反复实验,牛顿终于证实:白色光所以能色散形成彩色光谱, 绝不是偶然的现象,而是由于它本身就是由折射率不同的各种彩色光 混合组成的。当它透过三棱镜时,紫色光的折射率最大;其次是蓝色光 ……折射率最小的是红色光,以致在三棱镜后形成了彩色光谱。

  明内了牛顿关于光的色散的原理,我们就不难想到五颜六色的虹 的成因了。在下雨时或雨后,空气中充满着无数个小小的能偏折曰光

  的水滴。虹、霓是由于太阳光射人空气中的小水球而产生的折射、反射

  现象造成的。

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  不同颜色的光波氏不同,它们在雨滴屮“拐弯”的程度也稍冇差别。 丁姑七种颜色合成的白色太阳光线被分散开来,使之重新成为七种颜 色;色敗后的各色光在水珠里而发生全反射,再折射出水珠。这时各色 光与水平面的夹角是不相等的。红光与水平面的夹角最大,紫光夹角 最小,其余色光介于二者之间。囚此,地面上的人背着太阳向天空看, 会看到外圈为红色,内圏为紫色的孤状彩虹。从外到内,颜色依次为 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色。有吋,在彩虹的外围,还可看到颜色分布与 虹相反的,外紫内红的较喑的孤状彩带,这就是霓,专业术语也称为副 虹。

  为什么虹比霓的颜色鲜艳,而II彩色排列的秩序相反呢?这是因 为,虹足射在水滴卜部的太阳光,经折射后,在水滴内表面上反射一次, 再折射出水滴而形成的,如图1所示;而霓则是由射人水滴下半部的太 阳光,在水滴内折射后,在其内表面经两次反射,再折射出水滴形成的, 如阁2所示。所以二者红光和紫光上下徘列的次序相反。疋是因为形 成霓的光线在水滴内反射的次数比形成虹的光线在水滴内反射的次数 多,能量损失大,所以霓的色彩比虹的暗淡。

  在古代,由于人们还不懂得虹的形成原因,便出现了昨多神话传 说。有的说,“虹是天上的神仙架在天河上的渡桥夂冇的说广虹是老 天爷的神棒、马鞭”。阿拉伯人说广虹是光明神古沙赫休息时放在云端 上的弓”,还有的说,“虹是欢乐女神的笑容”、“是月宫里的嫦娥挥舞的

  长袖”等。

  我闻早在殷代甲骨文里就有了虹的记载,当时把“虹”字形象地写 成“二”。耵来,古人以为虹足雨后出现的龙,以致“虹”卞帶上广‘虫” 字,并一蓝沿用到今天、,

  到了唐代,对虹有7比较科学的解释。唐初孔颖达(口4 一 648年) 在《礼记注疏“月令》屮写道:“若云薄漏闩,日照雨漏则虹生。”这甩已 粗略地揭示了虹的成因。

  1624年意大利学者多明尼斯主教,用&然科学的原理解释了虹的 形成原因。但由于当时社会的落后和愚昧,竟把多明尼斯主教赶出了 教会,判处了死刑,并把他的著作和尸体一起焚烧掉。

  法阔科学家笛卡儿在水池旁边,看到了水池上面含存大量水滴的 空中人造虹,他便用装有水的玻璃球进行了实验,并在1637年发表了 关于虹的形成原因的文章,他在文章中说:“虹是由于太阳光射入空中 的水滴内发生反射和折射的结柒广似他还不清楚虹的颜色是怎样形成 的。

  现在,你有兴趣制作彩虹吗?你只需要准昝下面很简单的器材-洗 脸盆1个,玻璃镜子1面,清水〔自来水5,白色墙壁〈或白纸

  在洗脸盆,加入少半盆清水,对着阳光,用镜子放入水中同样对着 阳光,让阳光照到水中的镜子后,再通过镜子反射到白色墙壁上,同时 又从水中折射出水面。调整脸盆和镜予的角度,你将会在白色墙壁上 看到美丽彩虹。或者,你来到室外草坪里,用带有喷头的浇花用的软 管,将软管上的喷水调成细雾,背对太阳将水向上喷到你面前的空气 中,你就会看到色彩明亮的一条彩虹,虹的高度取决于太阳的高度。太 阳越高,虹就越低。若太阳高度角大于40度,你就看不到虹了。

  我们在生法命也常可见到彩虹。例如,在人工喷泉和天然瀑布的 旁边就可以常常看到彩虹,或者在家里熨衣服时喷一口水,如果背后有 光线过来,也会出现彩虹。

  如果你回忆一下你曾经看到的彩虹,想想当时发生的时间,会发现 虹--般发生在傍晚,其次是在早上,很少在中午出现彩虹。这又是为什 么呢?

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  虹的出现与太阳高度角有关。当太阳光照射到水滴上,经过两次 折射和一次反射,如杲最后从水滴折射出来的光线和原束太阳投射到 水滴上的光线,刚妤构成42度夹角,它就会把人阳光线中的红光折射 到我们的眼睛甩,如果这个夹角是40度,那么,紫光便会投射到我们的 眼睛甩;在42〜度之间的其他夹角,橙、黄、绿、蓝、青等其他颜色就 会投射到我们眼里。因此,只有角度合适,才会出现虹々而满足这些角 度的时候太阳一般位于地平线附近,因此,虹多出现于早晨或傍晚,在 我国中纬度地区,中午是不常见到虹的。至于霓,它出现的机会比虹要 多一些,只有当太阳高度角大于52度时,才完全不可能出现霓。

  我们常常把虹称作美丽的“天桥”,因为我们常见到的虹,都是半阀 形的或相当于圆的一部分,就像一座桥一样。X:实虹并不是只冇半圆 或圆的一部分,虹是一个整岡形的,不过其余部分反映在地平线以下, 只是权们无法看到而巳。您要是乘飞机,在高空就对以看到整个的虹 了。

  天空中,有时“I出现几条彩虹。1948年9月24円傍晚6时左右, 在苏联列宁格勒的波瓦河上空,同时出现了四条彩虹。1877年6月15 闩,在葡萄牙的桑他一克甩维阡里,锊经出现过五条彩虹同时并列在天 空的奇景。多条彩虹的形成仍然是空气巾水滴对太阳光折射和反射的 结果,不过路径更为复杂。