понеділок, 29 січня 2018 р.

Дисперсія

Чому виникає веселка?


Веселка на Сихові

Дисперсією (dispergo – розклад, лат.)  називають залежність абсолютного показника заломлення n від частоти ν падаючого світла. 
 Дане явище пов’язане з властивостями середовища та залежить від здатності речовини поляризуватисяДиполі діелектрика здійснюють  вимушені коливання в електро-магнітному полі світлової хвилі. Амплітуда цих коливань залежить від співвідношення частот світла і власної, при цьому змінюється поляризованість речовини і, відповідно, діелектрична проникність:       
ε = ε(ν),      

що  веде безпосередньо до зміни    n = f(ν),    оскільки      
v = c/(εμ)1/2

а     n = (εμ)1/2.    
Дисперсія характерна для всіх середовищ, крім вакууму.
Один із проявів дисперсії – веселка (райдуга) –одне із найчарівніших явищ природи, котре з давніх давен намагались описати та оспівати і поети, і письменники, і вчені. Магічна, красива, яскрава дуга, яка виникає після дощу – це первинна райдуга. Кольорові смуги дещо відрізняються по насиченості, але їх порядок завжди однаковий. Над першою, в небі, заледве проявляється друга, менш яскрава дуга, із зворотнім розміщенням кольорів.

Як виникає райдуга?


Зрозуміти це нам допоможе хід променів всередині однієї краплі води. Враховуючи закони заломлення  та відбивання, знаходимо:
sin α  =  n sin β        (1)
Θ = 4β - 2α + π         (2)
Продиференціювавши (1) та (2)  отримаємо:

Приймаючи          
запишемо систему:
 cos α0  =  ½  n cos β0  
 sin α0  =  n sin β0  
З якої знаходимо:
  sin α0  =  ((4 – n2)/3)1/2
  sin β0  =  ((4 – n2)/ 3n2)1/2  .

        Оскільки  n ≈ 1,333, то  α0 ≈ 59˚, а Θ0 ≈ 138˚.  
Це означає, що поблизу кута Θ0 концентрується максимальна кількість променів. Виникаюче при цьому різке зростання інтенсивності розсіяного світла – це і є основна дуга. Друга дуга утворюється внаслідок двох повних внутрішніх відбиваннях променів всередині краплини. Ці промені розсіюються під кутом 129˚. В лабораторії вдалося сягнути райдуги 21-го порядку.

Спостерігати райдугу можна і під час дощу, при умові, що світить Сонце і знаходиться воно позаду спостерігача. Кутове розміщення райдуг 42˚ та 51˚відповідно. Розмір видимої частини веселки залежить від положення Сонця відносно горизонту. Повну райдугу у вигляді кільця можна спостерігати лише з літака . Між першою та другою дугами знаходиться невидима інфрачервона райдуга. Фахівці по зовнішньому вигляді веселки роблять висновок про краплі води (їх розмір, форму, деформованість), які призводять до цього дива природи.