Ponorte sa s nami do tajomstiev dúhy

11. jún. 2018 • Fyzikálne vedy

Ponorte sa s nami do tajomstiev dúhy

Dúha je pre nás mnohých výnimočným prírodným úkazom a každý sa isto pousmeje, keď má to šťastie, že ju zbadá na vyjasnenej modrej oblohe, spravidla bezprostredne po bleskovej letnej búrke. Zamysleli ste sa ale niekedy nad tým, ako vôbec vzniká? Aké atmosférické javy ju sprevádzajú? A prečo hýri toľkými farbami?

Vo všeobecnosti možno povedať, že vznik dúhy je spôsobený dvojitým lomom slnečného svetla prechádzajúcim kvapkou. Práve preto sa objavuje tesne po daždi. No dôležitým je ďalší prírodný komponent, a síce slnečné lúče. Predpokladom pre vznik dúhy je teda prítomnosť približne rovnako veľkých vodných kvapiek v atmosfére a Slnko. Jeho svetlo dokáže prechádzať cez kvapky vody, ba čo viac, na ich rozhraní sa láme a odráža na protiľahlej strane kvapky. A tak vzniká farebné spektrum dúhy: červená (vonkajšia strana), oranžová, žltá, zelená, modrá, tmavomodrá (indigo) a fialová (vnútorná strana).

Už Isaac Newton ako prvý vo svojej práci o optike z roku 1672 ukázal, že biele svetlo je možné zložiť z farebných spektrálnych lúčov a vysvetlil zákonitosti dúhových farieb.

Ako priblížil prof. RNDr. Milan Lapin, PhD. z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave, väčšina zaujímavých optických javov v atmosfére je viac alebo menej spojených s produktmi kondenzácie, či už ide o guľovité kvapky vody alebo šesťboké kryštáliky ľadu.

Z optických javov sú známe lom, rozptyl a odraz slnečných lúčov (dúha, halo, gloriola a iné efekty). Lom svetla sa dá popísať prostriedkami geometrickej optiky a môžeme ho rozdeliť na lom v atmosfére, vo vode a v ľade. „Lom svetla v pomerne veľkých kvapkách dažďa alebo v kvapkách dažďového oblaku môže spôsobiť známu dúhu s centrom zakrivenia na protiľahlej strane od Slnka. Hlavná dúha má na vonkajšom okraji červenú farbu, za ňou nasleduje oranžová a ostatné farby spektra viditeľného žiarenia, modrý pás je slabší, fialový jasný. Nad ňou môže byť slabšia druhá dúha s opačným poradím farieb, niekedy aj tre­tia a štvrtá (tie vidieť častejšie pri fontánach a vodopádoch). Lom svetla je na rozhraní vody a vzduchu podstatne odlišný ako medzi vzduchovými vrstvami a má aj výraznejšie spektrálne odlíšenie, rozdiely sú aj medzi ľadom a vodou,“ uvádza prof. RNDr. Milan Lapin, PhD.

Uhol, pod ktorým sa lúč vracia z kvapky

„Pri hlavnej dúhe má červená farba spektra uhol b = 137°30', pre fialový 139°20', čiže dúha má pre pozorovateľa zdanlivý priemer 40°40' až 42°30'. Pri dvojnásobnom odraze vo vnútri kvapky bude mať druhá dúha priemer 50°04' až 53°32', atď. Existuje aj teoretické zdôvodnenie rozdielov v sýtosti jednotlivých farebných pásov dúhy.“

Ako ďalej pokračuje odborník, podobne ako v kvapkách vody môže dôjsť k lomu a odrazu aj v šesťbokých kryštálikoch ľadu vo vysokých oblakoch, čím vznikajú známe veľké kruhy okolo Slnka a Mesiaca – halo. „Tieto kruhy sú s nevýrazným farebným odlíšením na vonkajšej modrastej a vnútornej červen­kastej strane. Najmenší kruh má priemer 22°, niekedy je vidieť aj väčší kruh s priemerom 46° a zriedkavo aj najväčší s priemerom 90°. Občas sú tieto kruhy pospájané svetlými stĺpmi so zdanlivými slnkami v ich priesečníkoch.“

Dvojitá dúha na Aljaške (zdroj: Wikipedia)

Najjasnejšie je podľa prof. RNDr. Milana Lapina, PhD. rozlíšiteľná zelená a červená farba. „Ak považujeme za 0-ový kruh okraj Slnka s jasom 1, potom 1. kruh má jas 0,0174, 2. kruh 0,0042, 3. kruh 0,0016. Zistilo sa, že rozdelenie jasu medzi maximom a minimom v jednotlivých malých kruhoch závisí od charakteru spektra veľkosti kvapiek alebo kryštálikov v oblaku. Podobné farebné kruhy môžeme pozorovať aj okolo tieňa lietadla na nižšie ležiacich oblakoch alebo okolo tieňa hlavy človeka pozerajúceho sa zo štítu hory na nižšie ležiace oblaky alebo hmlu (gloriola), kde ide o kombináciu rozptylu, interferencie a difrakcie (lomu) svetla.“

 

Odborný garant textu: prof. RNDr. Milan Lapin, PhD. z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Ilustračné foto: Wikipedia

Uverejnila: VČ

Hore
QUARK
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
CVTI SR 80. výročie
Veda v Centre
Prechod VK na VND - jeseň
kúpa časopisov jún 2016
Bratislavská vedecká cukráreň
Atmosféra počas TVT 2018
TVT 2018 články
TAG Spektrum vedy
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Slovenská veda
TAG História
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Ľudia majú v tele desaťkrát viac baktérii ako vlastných buniek (a stokrát viac vírusov).
Zistite viac