В одном уютном провинциальном городке жил-был Жак. За ним держалась слава деревенского простачка, ничего не смыслящего в бизнесе и предпринимательстве. Оно и не удивительно, ведь наш герой действительно родился и вырос в сельской местности, и, привыкший к тамошней четкой посезонной размеренности жизни, никак не поспевал за хаотичной непредсказуемостью суеты в пусть и небольшом, но все же городе. Конечно, понаблюдай Жак за ней повнимательней, он бы и в этом водовороте событий нашел бы свои посезонные закономерности, но наш герой предпочитал наблюдать из окна своей комнатки за природными явлениями, которые по тропе ностальгии о счастливом детстве возвращали его обратно в любимое село.
Его любимым природным явлением являлась радуга. После переезда в город для обучения науке физике - такая у него была мечта с раннего детства - Жак вынужден был найти работу, чтобы оплачивать комнату на постоялом дворе и уроки с ученым мужем. И чем меньше звуков были способны различить его уши, контуженные грохотом колокольного звона, тем звонче в его голове играла музыка знания. В том числе и про радугу. Что же узнал наш герой?
Как. Красной нитью в параграфе по оптике в старинном фолианте шла речь про то, что для возникновения радуги на небосводе необходимо одновременное соблюдение двух условий: наличия в атмосфере капелек воды и процесс наличие источника света, на них льющегося. В их роли могут выступать как дождь или туман в дуэте с солнцем, так и поливочный шланг в паре с фонариком, или водопад и яркий прожектор. Капельки по-разному отклоняют белый свет с разной длиной волны, в результате чего он разлагается в спектр (распределение значений физической величины).
Радуга формируется сферическими каплями воды. Первое, что уяснил Жак - что капли воды никогда не имеет форму слезинки, какими традиционно изображаются в детских книжках. Благодаря поверхностному натяжению воды они всегда круглые, а при достаточном объеме при падении с высоты из-за сопротивления воздуха и вовсе приобретают приплюснутую снизу форму.
При столкновении луча с каплей, одна его часть отражается от ее поверхности, а другая проходит внутрь, испытав при этом небольшое преломление (изменение угла своего направления). Дойдя до противоположной стороны водяного шарика, сказка повторяется: часть оставшегося света покидает ее пределы, испытав при этом преломление, а часть отражается внутрь капли. Угол, образованный между направлением преломленного света и направлением первоначального луча, называется углом отклонения. При проникновении луча в каплю на достаточном расстоянии он ее геометрического центра, этот угол достигает значения, называемого "минимальным углом отклонения". Оно составляет 137,5 ̊. Если измерить угол от центра радуги, для чего от 180 ̊ надо отнять 137,5 ̊, то для красного света он будет составлять 42,5 ̊. При этом угле отраженный и преломленный в каплях воды свет становится максимально ярким. Цвета этого света и составляют радугу. Закавыка в том, что разные цвета имеют разные длины волны (красный - самую длинную, синий - самую короткую), а также немного различный угол преломления. У красного света этот угол меньше, чем у синего, поэтому красная полоса в радуге находится на внешней стороне оптической тарелки. "Какой такой тарелки?" - справедливо спросит читатель. Мы вернемся к этому вопросу в следующей главе при рассказе о последующих буквах акростиха.
Однажды. Или "когда". В какое время суток, и при каких условиях можно наблюдать радугу? Ответ на первую часть этого вопроса наблюдательный Жак мог дать и сам, проанализировав свой визуальный опыт: когда солнце расположено невысоко над горизонтом (то есть утром или вечером) и после или во время дождя. Но ученый муж, дающий нашему герою уроки физики, смог пролить свет на причины такого поведения света. Лучи, формирующие радугу, формируют конус. Его вершина находится в глазу наблюдателя, а его ось параллельна лучам света и направлена в антисолнечную точку. Эта воображаемая точка на небе, расположенная с противоположной стороны от положения солнца на небе. Таким образом, она всегда находится ниже линии горизонта. Поэтому если светило поднимется выше 42 ̊ то радуги никто увидеть не сможет. Чем выше солнце, тем ниже радуга. Но ее, тем не менее, можно увидеть и в полдень, если забраться на высокую гору или оседлать железную птицу. Причем с такого ракурса смельчак может быть вознагражден за свою храбрость видом на полное радужное кольцо, а не только его половинку (или и того меньше)
Жак. Такое имя дали ему родители. Как и все деревенские жители, они были были склонны подражать стилю сильных (и богатых) мира сего, и за невозможностью достичь их благосостояния старались хотя бы подражать их модным течениям. А в те времена последним пронзительным ревом моды была любовь к пасторалям и попытки все внешние элементы жизни, от костюма до потребляемой пищи, привести в соответствие с ее игривыми, умиротворенными сельскими настроениями. Родителям Жака такое имя показалось удачным способом похвастаться перед соседями своей прогрессивностью. Другим детям один давали имена, отвечающие новым модным веяниям, делая своих отпрыском персонализацией общественных течений того или иного времени.
Радуги Жак тоже видел очень разные в зависимости от атмосферных и метеорологических настроений природы. Больше всего его поразили две противоположности - туманная радуга и кровавая радуга.
Первая из них - это широкая белая дуга, слабо окрашенная в оранжевый цвет с внешнего края и фиолетовый с внутреннего. Возникает она из-за преломления и рассеивания света в мелких каплях тумана, а цвета исчезают благодаря дифракции (явление объединения цветов в единый белый), которая имеет тем большее влияние, чем меньше капля. То есть обычная радуга возникает в крупных каплях воды (более 100мкм в диаметре) и визуально воспринимается многоцветной благодаря дисперсии (разложению белого света на составляющие), а туманная радуга возникает в мелких капельках (меньше 100кмм в диаметре) и имеет белый цвет благодаря дифракции.
Вторая же - это узкая плеть кровавой (или "красной", "монохромной") радуги. Увидеть ее можно в последние 10 минут перед заходом солнца или в течение 10 минут после него, а также перед рассветом. В это время дня солнечным лучам приходится преодолевать значительно большее расстояния в атмосфере, чем днем, поэтому коротковолновые лучи синего цвета успевают за время пути рассеяться, а длинноволновые лучи красного цвета - нет.
Еще один вид радуги будет особо интересен романтическим натурам. Это так называемая "лунная радуга", которую можно увидеть ночью. Это очень редкое явление, потому что одновременно должно соблюдаться несколько условий: полная или почти полная Луна (так как она светится наиболее ярко именно в этих своих фазах), дождь или туман на противоположной от нее стороне небосвода и ее положение на небе под углом не более 42,5 градусов. Но в остальном она формируется по тем же законам, что и дневная, хотя и выглядит иначе: романтику-наблюдателю она предстанет в виде белой тропы, дугой ведущей к звездам, иногда слабо окрашенной по краям. Это связано с особенностями строения человеческого глаза: дело в том, что лунный свет слишком слаб, чтобы возбудить колбочки (фоторецепторы в глазу), отвечающие за восприятие цветов, поэтому работают одни только палочки (другой вид фоторецепторов), обеспечивающие ночное зрение.
Часто с радугой путают различные виды другого оптического явления - гало, например, так называемую "огненную радугу" или округло-горизонтальную (окологоризонтальную) радугу - горизонтальную цветную полосу в перистых облаках.
Звонарь. Как в звонарстве, так и в науке наш Жак пока был зеленым птенчиком, уже оперившимся в зеленые одеяния обучения, но еще не научившийся ловить крыльями применения к жизни ветер развития. Ему только предстояло изучить все тонкости новых профессий. В научной сфере еще нужно было разобраться с нюансами любимого природного явления. Например, что радуга представляет собой поляризованный свет, а для начала - что такое свет вообще и поляризация электро-магнитных волн в частности.
Или что Солнце своим светом вырезает в атмосфере не разноцветную дугу, а целый диск. Это хорошо заметно при наблюдении за особо яркой радугой: часть неба внутри нее всегда светлее, чем снаружи.
А что уж говорить про явление вторичной, или "двойной" радуги с темной полосой Александра между цветными дугами!
Или про использование физического явления поляризации в обыденной жизни...
Поэтому побережем читателя и отложим окончание этой сказки до следующей главы, особенно если он взял книгу в руки после обеда и, наверняка, уже засыпает над ней. Не в пример голодному писателю, пустой желудок которого заставляет вариться мыслительную кашу в "котелке" головы гораздо быстрее, из-за чего объемы готового продукта не влезают ни в одну кастрюлю рабочего времени. Читайте о буквах "З", Г", "С" и "Ф" в следующей части