46
Кто творит радигу?
Доктор физико-математических наук
Я. Е. ГЕГУЗИН
Radгуу творят водяные капли: в небе — дждинки, на поливаемом acфальте — капельки, брызги от водяной струи. Radгуу могут совпить и капли-росинки, которые осенним утром покрыта низко скошенная трава.
Вначале поговорим о «геометрии» радиги, т. е. о форме и расположении
Эта статья — глава из книги «Капля» известного популяризатора физики Я. Е. Гегузина (М.: Наука, 1973).
разноцветных дуг, а затем — о «физике» радиги, о том, какие физические законы определяют ее форму и цвет.
«Геометрия» радиги в небе описана давным-давно. Обычно в небе видны две разноцветные концентрические дуги — одна яркая, а другая побледне. Каждая дуга является частью окружности, центр которого лежит на прямой, проведенной через солнце и глаз наблюдается. Эта прямая — своеобразная ось, и вокруг нее изогнута радига. Глаз наблюдается оказывается в вершине конусов, в основании которых — разноцветные дуги (рис. 1). Образующие этих конусов с осью соответственно составляют углы 42° и 51°. Солнце светит из-за спины наблюдается, и чем ниже оно опускается к горизонту, тем выше поднимается вершина радиги. В тот момент, когда солнце касается горизонта, можно увидеть полукруглую радигу — большей она нижогда не былает. Если же солнце поднимается над горизонтом более чем на 42°, вершина яркой радиги уйдет за горизонт.
47
Все проискот так, будто негнущие прямы, как коромысло, закреплены в точке , где находится глаз наблюдая, а на концах коромысла — солнце и вершина радиги. Это означает, что у каждой наблюдая «своя» радига, изображая вокруг «своя» оси, той самой, которая проходит через его глаз… И еще: дойти до радиги, как и до горизонта, невозможно. И приближаться к ней тоже невозможно, потому что это означает бы изменение всей геометрии радиги, в частности угла при вершине конуса. А его соблюдение — первыйшее требование и физики и геометрии радиги.
К геометрическим сведением следует отметить данные о порядке черезования цветов в радиах. Как известно, в радиете представлены «все цвета радиги» — от красного до фиолетового. Порядок цветов вдух обратный, и друг к другу они обращены красными полосами. Вот и все геометрия радиги, во всяком случае той, которая соответна каплями в небе.
Теперь о физике радиги. Ее история воскhodит к 1637 году, когда французский философ и естественныйатель Ренедекарт впервые понял роль капли в возникновении радиги. Свое открытие он подтвердил расчетом, потребовавшим затраты огромного труда: он проследил путь в сферической капле десяти тысяч параллельных солнечных лучей. Первый из них касается поверхности капли, а десятицы проходит через ее центр, т. е. расстояние между крайними лучами равно радиусу капли.
Идея Декарта была проста и естественная. Он считал, что солнечные лучи, движут поEMPLЯЯсь в капле и один раз отражать от ее поверхности, могут попасть в глаз наблюдая (рис. 2). Проследив такой путь десяти тысяч лучей, он убедился, что все лучи, номера которых приблизительно находится между 8500 и 8600, будут из капли выходит практически в одном и том же направлении, под углом к оси радиги. Следовательно, среди прочих это направление выделено свеяя яркостью, и стократно усиленный луч восприимется наблюдаемым…
Все расссказанное о десяти тысяч лучей касается главной радиги, той, к которой относится цифра . Если же мы рассмотрим более сложный путь лучей в капле — два предположения при двух, а не одном отражении — получим объяснение второй радиги, к которой относится цифра .
…Появление цветов — естественное следствие зависимости показателя преломления от длины волны света. В капле проискот то же, что в стеклянной призме, которая разлагает белый свет на «все цвета радиги». «Физика» радиги остается неизменной при различных «геометриях» — для радиги на мокром acфальте и на скошенной траве, покрытой росой.
Еще следует упомянуть об эффективах, связанных с малостью размера капель. Те капли, которые в основном творят радигу, имеют диаметр 0,08—0,20 мм. При таких размерах надо учитывать, что свет имеет волновую природу. Однако связанные с этим изменением элементарной теории Декарта, который рассматривает луч, а не волну, оказываются не очень существенными.
Если бы создавшие радигу капли сохранялись в небе, не изменяясь, радигу можно было бы наблюдать в течение не более 2 ч 48 мин: именно за это время солнеце по небосводу проходит дуговой путь в . Но каплям в небе не свойственно долговлее — они испарются, соединяются и, уве