Dúha v učebniciach pomocných učebných pomôcok pre študentov chémie
Dúha je najznámejší atmosférický prírodný úkaz. Dá sa to pozorovať, keď máte slnko za sebou a ustupujúci dažďový mrak je osvetlený slnkom. Pre dúhu je charakteristický farebný pás so spektrálnymi farbami červená, oranžová, žltá, zelená, modrá a fialová, pričom farby sa vždy zobrazujú v rovnakom poradí.
Niekedy je nad dúhou možné pozorovať druhú, slabšiu sekundárnu dúhu, v ktorej je vidieť opačnú farebnú postupnosť.
Najznámejším atmosférickým javom je dúha. Každý to už videl a je fascinovaná jeho hrou farieb. Dúhu však zvyčajne vidíme náhodou. Ak chcete hľadať konkrétne dúhu, musíte poznať podmienky, za ktorých sa dúha nachádza. Dúha je viditeľná iba vtedy, keď svieti slnko, keď prší.
Dúha je súčasťou oblúka, ktorého stred leží na priamke vedenej slnkom cez oko pozorovateľa. Z vonkajšej strany je červená, nasledovaná oranžovou, žltou, zelenou, modrou a fialovou s plynulými prechodmi.
POPISY zistili, že vychýlenie svetla veľmi závisí od uhla dopadu paralelného slnečného žiarenia. Uhol medzi vznikajúcim a dopadajúcim lúčom nie je nikdy väčší ako 42 °.
To znamená, že výška slnka musí byť menšia ako 42 °. Ak je slnko vyššie, dúhu nevidno. V lete vychádza slnko až na 60 °. Najlepšie podmienky na pozorovanie dúhy sú preto vo večerných a ranných hodinách, keď je slnko ploché, pod 42 °. Potom je dúha obzvlášť vysoko nad horizontom. V zimných mesiacoch naopak slnko nikdy nevystúpi nad 42 °, takže sa môže po celý deň objavovať dúha.
Ak slnečné svetlo padá na dažďové kvapky, časť svetla prednostne vystupuje opäť pod určitým uhlom.
Keď dopadne na dažďovú kvapku, svetelný lúč sa čiastočne odrazí, čiastočne sa láme, zlomená časť potom presvitá cez kvapku a opäť sa v malej miere odráža na „zadnej strane“ (strana odvrátená od pozorovateľa) kvapky, zatiaľ čo väčšina svetla sa odráža opúšťa kvapku s obnoveným lomom a nie je pre pozorovateľa viditeľný. Odrazený lúč pretína kvapku ešte raz a tiež opúšťa kvapku s lomom. Toto žiarenie, ktoré vychádza z jediného odrazu, vytvára hlavnú dúhu (obr. 3).
Niekedy môžete vidieť druhú, slabšiu dúhu, sekundárnu dúhu, nad dúhou, ktorá je tiež známa ako hlavná dúha (obr. 1). Sekundárnu dúhu je možné pozorovať pod uhlom približne 52 °.
Sekundárna dúha sa vytvára preto, lebo malá časť žiarenia nevychádza bezprostredne po odraze, ale odráža sa druhýkrát, aby po lome zostala kvapka. Toto dvakrát odrážané žiarenie vytvára druhý, slabší oblúk, sekundárnu dúhu. Farebná postupnosť je opačná ako v hlavnej dúhe, pretože druhý odraz postupnosť obracia. Tento proces by mohol pokračovať, pretože malá časť žiarenia sa odráža znova a znova, zatiaľ čo zvyšok sa vynára. To by v skutočnosti mohlo viesť k mnohým stále slabším dúham. Tretí oblúk má však už takú malú intenzitu, že ho nie je možné vidieť voľným okom.
Britský matematik a astronóm GEORGE AIRY (1801-1892) vyvinul modifikovanú teóriu dúhy, pretože prístup spoločnosti DESCARTES nedokázal vysvetliť, prečo sú dúhy niekedy intenzívnejšie, niekedy slabšie, niekedy širšie, niekedy užšie, niekedy jasnejšie a niekedy viac rozmazané. Zatiaľ čo model DESCARTES bol založený na čistej lúčovej optike, AIRY sa venuje aj vlnovej povahe svetla. Najskôr sa pozrie na zväzok lúčov padajúcich rovnobežne s kvapkou, ktoré po lome, odraze a lome opäť kvapku opúšťajú. Pretože lúče dopadajú na kvapku v rôznych výškach, každý z týchto lúčov po výstupe prešiel inú vzdialenosť a medzi vlnami je rozdiel v dráhe, takže vrcholy vĺn sú posunuté proti sebe.
Lom a celkový odraz svetla v dažďovej kvapke
Vyskytuje sa rušenie, to znamená, že sa vlny navzájom oslabujú, s výnimkou tých, ktorých rozdiel v dráhe je násobkom vlnovej dĺžky. Maximá intenzity sa vyskytujú v týchto uhloch. Celkový počet maxím závisí od zakrivenia povrchu kvapôčok, a teda od ich polomeru. Malé zakrivenie, ktoré sa vyskytuje v prípade veľkých kvapiek, vedie často iba k maximu. Pri menších kvapkách existuje niekoľko maxím znižujúcej sa intenzity. Poloha maxima sa tiež líši pre rôzne farby. Ich relatívna poloha opäť závisí od veľkosti kvapiek: pri veľkých kvapkách sú maximá ďalej od seba a človek získa širšie a jasnejšie pruhy ako pri malých kvapkách vody. To vysvetľuje pozorovanie, že niekedy na vnútornej strane dúhy nasleduje červená farba druhýkrát a možno viackrát spektrálne farby.