彩虹

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引言

彩虹是光线反射和折射的结果，其中包括波传播方向的改变。彩虹是由不同的大气条件和阳光现象造成的。除了物理概念外，彩虹在不同的文化中被视为希望的象征。在许多文化中，人们常常将彩虹视为灵感、好运和承诺的象征。

彩虹在每个人的生活中都代表着一种个人意义，它代表着包容性和多样性，以及拥抱友谊和爱情的事实。彩虹不被认为是一种物质状态，它是通过内表面的反射而产生的。彩虹的形成原因很简单，雨滴就像棱镜一样，将光谱反射成弓形。

什么是彩虹？

彩虹被称为众所周知的与天气相关的视觉效应，是自然界宏伟杰作之一。彩虹是由阳光透过降落的雨滴折射，以及光线从水滴背面反射而形成的 (Skelton et al. 2018)。

彩虹展现了显著的光色散现象，证明了可见光线是波长光谱的宁静组合。

图1：彩虹

每种波长都与不同的颜色相关。众所周知，彩虹包含七种颜色，通常用“VIBGYOR”来表示。彩虹中的 VIBGYOR 代表紫、靛、蓝、绿、黄、橙和红。彩虹的形成不是由于衍射，因为衍射在其形成中不起关键作用。

如何制作彩虹？

来自彩虹上部出现的红光反射到眼睛上，使人能够看到它。制作彩虹所需的材料包括：颗粒状糖、吸管、六个杯子、一把用于测量的勺子和食品着色剂液体。水和阳光是材料，棱镜和白板是工具 (Al Jabbar et al. 2020)。

在每个杯子中，加入不同数量的糖，从 1 到 5 编号。在每个杯子中，加入七种颜色，并增加糖的用量。然后需要充分搅拌，直到糖溶解。将半蓝色的液体倒入一个空容器中，然后慢慢地将绿色的液体添加到蓝色液体的顶部。重复类似的过程，就可以看到美丽的彩虹。

彩虹的特性

导致彩虹产生的光的特性是色散、全内反射和折射。通过绘制阳光在水滴内折射的光线图，可以评估彩虹颜色的顺序。

图2：导致彩虹产生的光的特性

从光的特性来看，彩虹的产生是光谱分离的结果。还表明，彩虹中的红色具有显示光中最大的波长，约为 650 纳米 (Birriel & Birriel, 2020)。基本上，当光离开水滴时，彩虹就会展现出它的光彩。

彩虹是如何形成的？

考虑红色区域中的单个水滴，一束白光射到其表面上，会在外边界反射光线并折射一部分光线。正如 Lu 等人 (2021) 所述，反射的光线表现为白色，并远离眼睛。这被忽略了，因为光线不会帮助形成彩虹。当白光穿过棱镜时，它会被分成七种组成的颜色 (Fabro, Meng & Chronopoulos, 2021)。降雨期间的水滴的作用与棱镜完全相同。水滴在入口处散射白光，因此散射光会落在水滴的一侧。

图3：彩虹形成

可见光的每种颜色都以不同的角度折射。人们经常观察到，光线在相同的介质中散射。在这个阶段，无法观察到光线从水滴到空气的穿过。当光线从较稠密的介质穿过到较稀疏的介质时，光线会远离法线弯曲 (Fan et al. 2018)。彩虹的折射光线保持在后续介质中。水滴的情况也是如此，因为每种彩色光的入射角在相同的介质中弯曲 (Son et al. 2021)。

不同的彩色光线在下一次到达“空气-水界面”。不会发生内反射，光线会在空气中弯曲，但会发生一定程度的散射。这是因为折射在这些颜色之间形成了很大的差距。这就是彩虹形成的过程。

结论

当来自太阳的光线以一定角度照射到观察者面前的雨滴上时，就会产生最显著类型的彩虹。可以通过雾、瀑布和海浪飞溅来观察彩虹。它通常被认为是一种视觉错觉，在特定点不存在。彩虹的出现取决于人体的站立位置和天空。主虹的中心被称为反日点，图像的这一点与太阳正好相反。

常见问题

Q1. 为什么靛蓝不被认为是彩虹的颜色？

靛蓝颜色不再被认为是彩虹的一部分，因为它只是彩虹中显示光谱的颜色之一。因此，这种颜色人眼是不可见的。其原因是人眼对这种颜色极其不敏感。

Q2. 为什么彩虹看起来是弯曲的？

半圆形的结果是，大气中悬浮着能够在 40 到 42 度的偏转角处集中光线色散的水滴。色散相对于来自太阳的实际光线方向而言。

Q3. 什么展现了彩虹的现象？

彩虹被定义为一种气象现象，它是由光的折射、反射和色散引起的。彩虹是由光线引起的，出现在天空部分，与太阳正好相反。

Q4. 全圆彩虹被称为什么？

光环以全圆彩虹命名，根据美国宇航局的说法，“它看起来像是一个圆形的、小的彩虹或互锁的颜色”。光环反射在南非的飞机上。

参考文献

期刊

Al Jabbar, Z. L., Adawiyah, R., Albirri, E. R., & Agustin, I. H. (2020, February). On rainbow antimagic coloring of some special graph. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1465, No. 1, p. 012030). IOP Publishing. Retrieved from: https://iopscience.iop.org

Birriel, J., & Birriel, I. (2020). Rearview Mirror Rainbow: An Optics Investigation. The Physics Teacher, 58(3), 164-166. Retrieved from: https://aapt.scitation.org

Fabro, A. T., Meng, H., & Chronopoulos, D. (2021). Correlated disorder in rainbow metamaterials for vibration attenuation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 235(14), 2610-2621. Retrieved from: https://journals.sagepub.com

Fan, W., Tan, X., Tu, M., Jin, F., Wang, Z., Yu, C., ... & Du, M. (2018). Preparation of the rainbow trout bone peptides directed by nutritional properties and flavor analyses. Food Science & Nutrition, 6(4), 925-933. Retrieved from: https://onlinelibrary.wiley.com

Lu, C., Wang, C., Xiao, M., Zhang, Z. Q., & Chan, C. T. (2021). Topological rainbow concentrator based on synthetic dimension. Physical Review Letters, 126(11), 113902. Retrieved from: https://journals.aps.org

Skelton, E. A., Craster, R. V., Colombi, A., & Colquitt, D. J. (2018). 多物理场超材料楔：流体负载弹性板上的分级阵列以及彩虹俘获和模式转换的力学模拟。新物理学杂志，20(5), 053017。检索自：https://iopscience.iop.org

Son, M., Kwon, M., & Choi, H. M. (2021)。用于分析彩虹形成原理的玻璃珠彩虹实验装置的开发。科学教育杂志，45(3), 326-335。检索自：https://www.koreascience.or.kr