Ανάλυση του φωτός στο Ουράνιο τόξο - Φυσική Γ' Λυκείου

Γιατί στο ουράνιο τόξο το κόκκινο είναι πάνω και το ιώδες κάτω;

Οι περισσότεροι από εμάς είχαμε την ευκαιρία να δούμε το ουράνιο τόξο μετά από μία σύντομη βροχή και να θαυμάσουμε την ακολουθία των χρωμάτων της ίριδας που εμφανίζονται πάντα με τη ίδια σειρά. Γιατί όμως συμβαίνει αυτό; Γιατί τα χρώματα της ίριδας, εμφανίζονται πάντοτε με το κόκκινο από την εξωτερική πλευρά του ουράνιου τόξου, ενώ το γαλάζιο είναι πάντοτε από την εσωτερική;

Η απάντηση δίνεται στο παραπάνω σχήμα. Μια ακτίνα από ηλιακό φως εισέρχεται και διαθλάται μέσα στην κάθε σταγόνα νερού η οποία αιωρείται στην ατμόσφαιρα, ανακλάται στην εσωτερική πίσω επιφάνεια της σταγόνας και στην συνέχεια εξέρχεται και πάλι από αυτήν για να φθάσει στον παρατηρητή. Μια που ο δείκτης διάθλασης του νερού είναι μεγαλύτερος του αέρα η διάθλαση του φωτός τόσο κατά την είσοδό του στην σταγόνα, όσο και κατά έξοδό του από αυτήν είναι διαφορετική και εξαρτάται από το μήκος κύματός του, δηλαδή από το χρώμα του. Για διαφανή ή ημιδιαφανή υλικά μπορεί να δείξει κανείς ότι ο δείκτης διάθλασης είναι αύξουσα συνάρτηση της συχνότητας τουλάχιστον στην περιοχή του ορατού. Επομένως η γωνία διάθλασης είναι πιο μεγάλη για το γαλάζιο χρώμα απ’ότι για το κόκκινο. Αν θεωρήσουμε όλες τις παράλληλες ακτίνες του ήλιου που εισέρχονται σε μία σταγόνα και κάνουμε προσεκτικά τις πράξεις μπορούμε να δείξουμε ότι τελικά οι ακτίνες που αντιστοιχούν στο κόκκινο χρώμα εξέρχονται από τη σταγόνα υπό γωνία γύρω στις 42^ο σε σχέση με την αρχική τους κατεύθυνση, ενώ οι μπλε σχηματίζουν γωνία γύρω στις 40^ο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι σταγόνες οι οποίες στέλνουν κόκκινο φως στον παρατηρητή να βρίσκονται πιο ψηλά στον ουρανό απ’ότι οι σταγόνες που του στέλνουν το γαλάζιο φως. Έτσι κοιτώντας προς την κατεύθυνση των σταγόνων νερού ο παρατηρητής βλέπει το ουράνιο τόξο να προβάλλεται στον ουρανό και να έχει το κόκκινο χρώμα πάντοτε εξωτερικά του γαλάζιου. 

Πηγή: physicsgg