前一單元:光的折射 光的色散與彩虹的形成

不同頻率的色光相對於介質的射率並不相同,

太陽光本身包含有不同顏色(頻率)的色光

因此太陽光產生折射時 不同顏色的光線折射角會不相同 而分開 於是形成色散現象,如右圖!


大自然中偶而見到的彩虹便是色散最美好的例證。

如下圖,當太陽所在天空中行進遇到細小的水滴時

極少部份的光線會反射回空氣中,大部份光線會折射進入水滴內。

由於不同『顏色』的光線在水滴表面折射時偏向的程度不同,

於是水滴內不同顏色的光線便被稍微分開。
當光線第二次遇到水滴與空氣的邊界時,大部份的光線會很快又折射出去,
如上圖中往右下方折射出去的光線。
少部份的光線則產生反射繼續在水滴內直線行進,
直到第三次遇到水滴與空氣的邊界。
此時大部份被折射出去的光線,
因為經過兩次折射不同顏色的光線分得更開,

有可能會形成我們所看到的「虹」(如圖中往下方射出的光線)。

至於少部份又被反射回水滴內的光線,
第四次遇到水滴與空氣的邊界時,依然大部份會被折射出去,

如圖中朝上方射出去的光線。

這些光線因為射向天空,因此在地面上的人並無法看到。

但是另一束從水滴下方射入的光線,經過「折射-反射-反射-折射」的歷程後便會射向地面。

這些分散的光束很可能形成所看到的「霓」。

上圖將平行射向水滴光束所有紅色光束在水滴內前三次折射的光徑合併在一起。

射向圖形右邊第一次折射出去的光線約佔90%。

往下方射出的光線有兩處顯得較密,分別對應所看到的「虹」與「霓」。

光線必須進入眼中才會被我們看見,因此對應上圖的情形,

人必須面對右邊,

也就是背對太陽時才有機會看到太陽光所形成的彩虹。



 
 
 

當太陽光線平行於地面時,可以在仰角40-42°附近看到「虹」,

更微弱的「霓」則可能在仰角51-54°附近被察覺。

背對太陽時,所有同時進入眼中成固定夾角的光線(如上圖中42°的紅光)是一個圓椎,

因此所看到的彩虹是圓弧形。

而且不同人所看到的彩虹,是從不同水滴折射出來的。

所見到同一道虹,藍光與紅光也是來自不同水滴折射出來的。

可以說每個人都看到專屬於自己的彩虹。
 
 


2013/07/17添加 截取自 彩虹的物理 模擬動畫的動態畫面


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作者:國立台灣師範大學物理系黃福坤
最後修訂時間:  since 2011/06/20