Ai tạo ra cầu vồng?

46

Ai tạo ra radioga?

Tiến sĩ Khoa học Vật lý và Toán học
Y. E. GEGUZIN

Radguu được tạo ra bởi những giọt nước: trên bầu trời - jinks, trên nhựa đường được tưới nước - những giọt nước, bắn tung tóe từ tia nước. Radguy cũng có thể sánh được với những giọt sương phủ trên bãi cỏ thấp trong một buổi sáng mùa thu.

Đầu tiên, hãy nói về “hình học” của hình bán nguyệt, tức là hình dạng và vị trí

Bài viết này là một chương trong cuốn sách “Giọt nước” của nhà phổ biến vật lý nổi tiếng Ya. E. Geguzin (M.: Nauka, 1973).

các vòng cung nhiều màu, và sau đó - về “vật lý” của radiga, về những định luật vật lý nào xác định hình dạng và màu sắc của nó.

“Hình học” của radiga trên bầu trời đã được mô tả từ lâu. Thông thường, có thể nhìn thấy hai vòng cung đồng tâm nhiều màu trên bầu trời - một vòng sáng sáng và vòng kia nhạt màu hơn. Mỗi cung là một phần của một vòng tròn, tâm của nó nằm trên một đường thẳng đi qua mặt trời và được quan sát bằng mắt. Đường thẳng này là một loại trục và có một đường cong quanh nó. Quan sát thấy mắt nằm ở đỉnh của hình nón, ở đáy có các vòng cung nhiều màu (hình 1). Các đường sinh của các hình nón này với trục lần lượt tạo thành các góc 42° và 51°. Mặt trời chiếu từ phía sau, càng xuống thấp về phía chân trời thì đỉnh của cây càng nhô lên cao. Vào thời điểm mặt trời chạm vào đường chân trời, bạn có thể thấy bán kính hình bán nguyệt - nó chưa bao giờ lớn hơn thế. Nếu mặt trời mọc phía trên đường chân trời hơn 42° thì đỉnh của bán kính sáng sẽ vượt ra ngoài đường chân trời.

47

Mọi thứ diễn ra như thể những cái uốn thẳng, giống như một cánh tay rocker, cố định tại điểm $O$, nơi đặt mắt quan sát, và ở hai đầu của cánh tay rocker là mặt trời và đỉnh chùm tia. Điều này có nghĩa là mỗi người quan sát đều có một trục quay “của riêng mình”, mô tả xung quanh trục “của riêng mình”, cùng một trục đi qua mắt anh ta… Và một điều nữa: không thể chạm tới trục quay cũng như tới đường chân trời. Và cũng không thể tiếp cận nó, bởi vì điều này có nghĩa là thay đổi toàn bộ hình học của bán kính, đặc biệt là góc ở đỉnh của hình nón. Và việc tuân thủ nó là yêu cầu đầu tiên của cả vật lý và hình học cơ bản.

Đối với thông tin hình học, cần lưu ý dữ liệu về thứ tự màu sắc theo bán kính. Như bạn đã biết, radiet chứa “tất cả các màu của radiga” - từ đỏ đến tím. Thứ tự các màu bị đảo ngược và chúng đối diện nhau bằng các sọc đỏ. Đó là tất cả hình dạng của radig, ít nhất là hình dạng tương ứng với những giọt nước trên bầu trời.

Bây giờ về vật lý của radiga. Lịch sử của nó bắt đầu từ năm 1637, khi triết gia và nhà khoa học tự nhiên người Pháp Renedecart lần đầu tiên hiểu được vai trò của giọt nước trong sự xuất hiện của tia phóng xạ. Ông đã xác nhận khám phá của mình bằng một phép tính đòi hỏi nhiều công sức: ông đã lần theo đường đi của mười nghìn tia sáng mặt trời song song trong một giọt hình cầu. Tia đầu tiên chạm vào bề mặt của giọt nước và tia thứ mười đi qua tâm của nó, tức là khoảng cách giữa các tia bên ngoài bằng bán kính của giọt nước.

Ý tưởng của Descartes rất đơn giản và tự nhiên. Ông tin rằng các tia mặt trời, chuyển động trong một giọt nước và phản xạ một lần từ bề mặt của nó, có thể đi vào mắt khi quan sát (hình 2). Sau khi lần theo một đường đi gồm mười nghìn tia như vậy, ông tin chắc rằng tất cả các tia, số lượng của chúng xấp xỉ từ 8500 đến 8600, sẽ phát ra từ giọt nước theo cùng một hướng, ở một góc $42^\circ$ so với trục hướng tâm. Do đó, trong số những hướng khác, hướng này được làm nổi bật bằng độ sáng chói và chùm tia khuếch đại gấp trăm lần sẽ được người quan sát cảm nhận được…

Tất cả những gì đã nói về mười nghìn tia đều liên quan đến radig chính, tia mà con số $42^\circ$ ám chỉ. Nếu chúng ta xem xét một đường đi phức tạp hơn của các tia trong một giọt nước - hai giả định có hai chứ không phải một phản xạ - thì chúng ta sẽ có lời giải thích về radig thứ hai, mà số $51^\circ$ ám chỉ.

…Sự xuất hiện của màu sắc là hệ quả tự nhiên của sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng ánh sáng. Điều xảy ra trong một giọt nước cũng giống như trong lăng kính thủy tinh, lăng kính này phân tách ánh sáng trắng thành “tất cả các màu sắc của tia”. “Tính chất vật lý” của radiga vẫn không thay đổi dưới các “hình dạng” khác nhau - đối với radiga trên đường nhựa ướt và trên cỏ cắt phủ đầy sương.

Điều đáng nói là hiệu quả liên quan đến kích thước nhỏ của các giọt. Những giọt chủ yếu tạo ra bức xạ có đường kính 0,08-0,20 mm. Với kích thước như vậy phải tính đến việc ánh sáng có tính chất sóng. Tuy nhiên, những thay đổi liên quan đến sự thay đổi này trong lý thuyết cơ bản của Descartes, người coi tia chứ không phải sóng, hóa ra lại không đáng kể lắm.

Nếu những giọt tạo ra radiga vẫn ở trên bầu trời mà không thay đổi, thì radiga có thể được quan sát không quá 2 giờ 48 phút: đó là trong thời gian này mặt trời đi qua một đường vòng cung trên bầu trời ở $42^\circ$. Nhưng những giọt nước trên bầu trời không tồn tại lâu hơn - chúng bay hơi, đoàn kết và,