彩虹形成原因
彩虹是因為Sunny射到空中接近圓型的小水滴,造成色散及反射而成。Sunny射入水滴時會同時以不同角度入射,在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈,造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時,Sunny進入水滴,先折射一次,然後在水滴的背面反射,最後離開水滴時再折射一次。因為水對光有色散的作用,不同波長的光的折射率有所不同,藍光的折射角度比紅光大。由於光在水滴內被反射,所以觀察者看見的光譜是倒過來,紅光在最上方,其他顏色在下。
其實只要空氣中有水滴,而Sunny正在觀察者的背後以低角度照射,便可能產生可以觀察到的彩虹現象。彩虹最常在下午,雨後剛轉天晴時出現。這時空氣內塵埃少而充滿小水滴,天空的一邊因為仍有雨雲而較暗。而觀察者頭上或背後已沒有云的遮擋而可見Sunny,這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天氣下背對Sunny在空中灑水或噴灑水霧,亦可以人工製造彩虹。
空氣裡水滴的大小,決定了彩虹的色彩鮮豔程度和寬窄。空氣中的水滴大,虹就鮮豔,也比較窄;反之,水滴小,虹色就淡,也比較寬。我們面對著太陽是看不到彩虹的,只有揹著太陽才能看到彩虹,所以早晨的彩虹出現在西方,黃昏的彩虹總在東方出現。可我們看不見,只有乘飛機從高空向下看,才能見到。虹的出現與當時天氣變化相聯絡,一般我們從虹出現在天空中的位置可以推測當時將出現晴天或雨天。東方出現虹時,本地是不大容易下雨的,而西方出現虹時,本地下雨的可能性卻很大。
彩虹的明顯程度,取決於空氣中小水滴的大小,小水滴體積越大,形成的彩虹越鮮亮,小水滴體積越小,形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低,在空中不容易存在小水滴,下陣雨的機會也少,所以冬天一般不會有彩虹出現。
彩虹其實並非出現在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學現象,彩虹看起來的所在位置,會隨著觀察者而改變。當觀察者看到彩虹時,它的位置必定是在太陽的相反方向。彩虹的拱以內的中央,其實是被水滴反射,放大了的太陽影像。所以彩虹以內的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置,剛好是觀察者頭部影子的方向,虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當太陽在空中高於42度時,彩虹的位置將在地平線以下而不可見。這亦是為甚麼彩虹很少在中午出現的原因。
彩虹由一端至另一端,橫跨84°。以一般的35mm照相機,需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下。倘若在飛機上,會看見彩虹是原整的圓形而不是拱形,而圓形彩虹的正中心則是飛機行進的方向。
晚虹是一種罕見的現象,在月光強烈的晚上可能出現。由於人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辦顏色,故此晚虹看起來好像是全白色。
雙彩虹很多時候會見到兩條彩虹同時出現,在平常的彩虹外邊出現同心,但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是Sunny在水滴中經兩次反射而成。當Sunny經過水滴時,它會被折射、反射後再折射出來。在水滴內經過一次反射的光線,便形成我們常見的彩虹(主虹)。若光線在水滴內進行了兩次反射,便會產生第二道彩虹(霓)。霓的顏色排列次序跟主虹是相反的。由於每次反射均會損失一些光能量,因此霓的光亮度亦較弱。兩次反射最強烈的反射角出現在50°至53°,所以副虹位置在主虹之外。因為有兩次的反射,副虹的顏色次序跟主虹反轉,外側為藍色,內側為紅色。副虹其實一定跟隨主虹存在,只是因為它的光線強度較低,所以有時不被肉眼察覺而已。蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時歐洲已有人提出彩虹是由水滴對Sunny的折射及反射而造成。笛卡爾在1637年發現水滴的大小不會影響光線的折射。他以玻璃球注入水來進行實驗,得出水對光的折射指數,用數學證明彩虹的主虹是水點內的反射造成,而副虹則是兩次反射造成。他準確計算出彩虹的角度,但未能解釋彩虹的七彩顏色。後來牛頓以玻璃菱鏡展示把太Sunny散射成彩色之後,關於彩虹的形成的光學原理全部被發現。
彩虹為什麼總是彎曲的
原因一:光的波長決定光的彎曲程度
事實上如果條件合適的話,可以看到整圈圓形的彩虹。彩虹的形成是太Sunny射向空中的水珠經過折射→反射→折射 後射向我們的眼睛所形成。 不同顏色的太Sunny束 經過上述過程形成彩虹的光束與原來光束的偏折角約 180 - 42 = 138度。也就是說,若太Sunny與地面水平,則觀看彩虹的仰角約為 42度。
想象你看著東邊的彩虹,太陽在從背後的西邊落下。白色的Sunny(彩虹中所有顏色的組合)穿越了大氣,向東通過了你的頭頂,碰到了從暴風雨落下的水滴。當一道光束碰到了水滴,會有兩種可能:一是光可能直接穿透過去,或者更有趣的是,它可能碰到水滴的前緣,在進入時水滴內部產生彎曲,接著從水滴後端反射回來,再從水滴前端離開,往我們這裡折射出來。這就是形成彩虹的光。
光穿越水滴時彎曲的程度,端視光的波長(即顏色)而定——紅色光的彎曲度最大,橙色光與黃色光次之,依此類推,彎曲最少的是紫色光。
每種顏色各有特定的彎曲角度,Sunny中的紅色光,折射的角度是42度,藍色光的折射角度只有40度,所以每種顏色在天空中出現的位置都不同。
若你用一條假想線,連線你的後腦勺和太陽,那麼與這條線呈42度夾角的地方,就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾勒出一個弧。既然藍色與假想線只呈 40度夾角,所以彩虹上的藍弧總是在紅色的下面。
彩虹之所以為弧型這當然與其形成有著不可分割的關係,同樣這也與地球的形狀有很大的關係,由於地球表面為一曲面而且還被厚厚的大氣所覆蓋,在雨後空氣中的水含量比平時高,當Sunny照射入空氣中的小水滴形成了折射,同時由於地球表面的大氣層為一弧面從而導致了Sunny在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹!
原因二:與地球的形狀有很大的關係
由於地球表面是一個曲面並且被厚厚的大氣所覆蓋,雨後空氣中的水含量比平時高,當Sunny照射入空氣中的小水滴時就形成了折射。同時由於地球表面的大氣層為一弧面從而導致了Sunny在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹!
彩虹形成原因
彩虹是因為Sunny射到空中接近圓型的小水滴,造成色散及反射而成。Sunny射入水滴時會同時以不同角度入射,在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈,造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時,Sunny進入水滴,先折射一次,然後在水滴的背面反射,最後離開水滴時再折射一次。因為水對光有色散的作用,不同波長的光的折射率有所不同,藍光的折射角度比紅光大。由於光在水滴內被反射,所以觀察者看見的光譜是倒過來,紅光在最上方,其他顏色在下。
其實只要空氣中有水滴,而Sunny正在觀察者的背後以低角度照射,便可能產生可以觀察到的彩虹現象。彩虹最常在下午,雨後剛轉天晴時出現。這時空氣內塵埃少而充滿小水滴,天空的一邊因為仍有雨雲而較暗。而觀察者頭上或背後已沒有云的遮擋而可見Sunny,這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天氣下背對Sunny在空中灑水或噴灑水霧,亦可以人工製造彩虹。
空氣裡水滴的大小,決定了彩虹的色彩鮮豔程度和寬窄。空氣中的水滴大,虹就鮮豔,也比較窄;反之,水滴小,虹色就淡,也比較寬。我們面對著太陽是看不到彩虹的,只有揹著太陽才能看到彩虹,所以早晨的彩虹出現在西方,黃昏的彩虹總在東方出現。可我們看不見,只有乘飛機從高空向下看,才能見到。虹的出現與當時天氣變化相聯絡,一般我們從虹出現在天空中的位置可以推測當時將出現晴天或雨天。東方出現虹時,本地是不大容易下雨的,而西方出現虹時,本地下雨的可能性卻很大。
彩虹的明顯程度,取決於空氣中小水滴的大小,小水滴體積越大,形成的彩虹越鮮亮,小水滴體積越小,形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低,在空中不容易存在小水滴,下陣雨的機會也少,所以冬天一般不會有彩虹出現。
彩虹其實並非出現在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學現象,彩虹看起來的所在位置,會隨著觀察者而改變。當觀察者看到彩虹時,它的位置必定是在太陽的相反方向。彩虹的拱以內的中央,其實是被水滴反射,放大了的太陽影像。所以彩虹以內的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置,剛好是觀察者頭部影子的方向,虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當太陽在空中高於42度時,彩虹的位置將在地平線以下而不可見。這亦是為甚麼彩虹很少在中午出現的原因。
彩虹由一端至另一端,橫跨84°。以一般的35mm照相機,需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下。倘若在飛機上,會看見彩虹是原整的圓形而不是拱形,而圓形彩虹的正中心則是飛機行進的方向。
晚虹是一種罕見的現象,在月光強烈的晚上可能出現。由於人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辦顏色,故此晚虹看起來好像是全白色。
雙彩虹很多時候會見到兩條彩虹同時出現,在平常的彩虹外邊出現同心,但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是Sunny在水滴中經兩次反射而成。當Sunny經過水滴時,它會被折射、反射後再折射出來。在水滴內經過一次反射的光線,便形成我們常見的彩虹(主虹)。若光線在水滴內進行了兩次反射,便會產生第二道彩虹(霓)。霓的顏色排列次序跟主虹是相反的。由於每次反射均會損失一些光能量,因此霓的光亮度亦較弱。兩次反射最強烈的反射角出現在50°至53°,所以副虹位置在主虹之外。因為有兩次的反射,副虹的顏色次序跟主虹反轉,外側為藍色,內側為紅色。副虹其實一定跟隨主虹存在,只是因為它的光線強度較低,所以有時不被肉眼察覺而已。蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時歐洲已有人提出彩虹是由水滴對Sunny的折射及反射而造成。笛卡爾在1637年發現水滴的大小不會影響光線的折射。他以玻璃球注入水來進行實驗,得出水對光的折射指數,用數學證明彩虹的主虹是水點內的反射造成,而副虹則是兩次反射造成。他準確計算出彩虹的角度,但未能解釋彩虹的七彩顏色。後來牛頓以玻璃菱鏡展示把太Sunny散射成彩色之後,關於彩虹的形成的光學原理全部被發現。
彩虹為什麼總是彎曲的
原因一:光的波長決定光的彎曲程度
事實上如果條件合適的話,可以看到整圈圓形的彩虹。彩虹的形成是太Sunny射向空中的水珠經過折射→反射→折射 後射向我們的眼睛所形成。 不同顏色的太Sunny束 經過上述過程形成彩虹的光束與原來光束的偏折角約 180 - 42 = 138度。也就是說,若太Sunny與地面水平,則觀看彩虹的仰角約為 42度。
想象你看著東邊的彩虹,太陽在從背後的西邊落下。白色的Sunny(彩虹中所有顏色的組合)穿越了大氣,向東通過了你的頭頂,碰到了從暴風雨落下的水滴。當一道光束碰到了水滴,會有兩種可能:一是光可能直接穿透過去,或者更有趣的是,它可能碰到水滴的前緣,在進入時水滴內部產生彎曲,接著從水滴後端反射回來,再從水滴前端離開,往我們這裡折射出來。這就是形成彩虹的光。
光穿越水滴時彎曲的程度,端視光的波長(即顏色)而定——紅色光的彎曲度最大,橙色光與黃色光次之,依此類推,彎曲最少的是紫色光。
每種顏色各有特定的彎曲角度,Sunny中的紅色光,折射的角度是42度,藍色光的折射角度只有40度,所以每種顏色在天空中出現的位置都不同。
若你用一條假想線,連線你的後腦勺和太陽,那麼與這條線呈42度夾角的地方,就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾勒出一個弧。既然藍色與假想線只呈 40度夾角,所以彩虹上的藍弧總是在紅色的下面。
彩虹之所以為弧型這當然與其形成有著不可分割的關係,同樣這也與地球的形狀有很大的關係,由於地球表面為一曲面而且還被厚厚的大氣所覆蓋,在雨後空氣中的水含量比平時高,當Sunny照射入空氣中的小水滴形成了折射,同時由於地球表面的大氣層為一弧面從而導致了Sunny在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹!
原因二:與地球的形狀有很大的關係
由於地球表面是一個曲面並且被厚厚的大氣所覆蓋,雨後空氣中的水含量比平時高,當Sunny照射入空氣中的小水滴時就形成了折射。同時由於地球表面的大氣層為一弧面從而導致了Sunny在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹!