彩虹

彩虹的成因:

圖一虹的成因示意圖

虹是太陽光經空中的水滴一次反射及兩次折射色散所形成(注意折射是造成色散的原因), 如圖一所示, 若人站在和水滴成42度角的地面時, 會看到紅光; 站在40度角時看到的是藍光, 其他的色光則介於兩者之間.

圖二霓的成因示意圖

霓是陽光經水滴二次反射兩次折射色散而成, 50度角看到的是紅光, 54度看到的是藍光

(1)在天空中若同時看到霓和虹那一種在外圍? <ans.>

(2)霓和虹那一種顏色較淡?為什麼?<ans.>

(3)下圖三中GHEF和點分別是霓或虹的那一種顏色?<ans.>

圖三霓和虹

在[光學]一書中，牛頓提到了彩虹的成因。他認為彩虹與折射有關，而且一定要太陽光通過雨滴才形成。不過這種說法並不是牛頓最先提出的，法國哲學家笛卡兒才是第一個解開彩虹之謎的人。然而根據牛頓的繪圖，他已準確推論出太陽光是如何分裂，以及如何形成虹與霓。

彩虹為何是圓弧形而不是圓盤或其他形狀?

用以下模型加以理解:

1.根據圖(一)的解說在和陽光夾42度角的地面上的人可以看到天空水滴所色射的紅光，用圖(四)中原色的筷子代表入射的陽光，塗紅的筷子代表反射的紅光，大姆指代表觀察者，他可看到甲處彩虹的紅色，那乙處的紅色又是怎麼來的呢?

圖四解釋虹成弧形的模型之一

圖五解虹成弧形的模型之二

2.圖(五)和圖(四)的入射光是平行光，固為同一時刻的陽光，兩枝筷子之間的夾角是固定的42度(用吸管折角再用膠帶固定)，所以觀察者可同時在甲、乙兩處看到彩虹的紅色部份，至於圓弧的其他位置也可依此類推.

3. 可能看到圓形的彩虹嗎?依以上模型來看若所在處是高處，應該是可能的.

4.有時一種夜晚的天空中可見到月亮四周有像彩虹一般的光環(月暈)，只是小得多，野外求生的書上常說這代表容易下雨，若用此模型也可理解: 容易下雨是因為空中有許多水滴，所以月光被色散了，如果把兩枝筷子固定在更大的角度上，把頭仰高試一下，就可以明白了

5.在瀑布和花園自動灑水器噴水時所看到彩虹道理也是如此.88.12.22

參考資料取材自"目擊者叢書"-科學博物館-"光",英文漢聲出版社

ANSWER:

(1)請參考圖一和圖二有關角度的數據即可得到答案,霓在外圍.

ANSWER:

(2)霓比虹多一次反射, 但是因為反射時也有少部份光線折射出水滴, 所以霓會比虹暗許多, 常常只見虹而無法觀察到霓.

ANSWER:

(3)H是霓的紅光, G是霓的藍光; F是虹的藍光, E是虹的紅光.