彩虹怎麼來的?科學原理大公開 | 雨天後必看!彩虹形成小知識 | 原來彩虹是這樣產生的

大家有冇諗過點解雨後會出現彩虹?其實呢個就係「彩虹折射原理」嘅神奇之處啦!當陽光穿過雨滴嘅時候,光線會發生折射、反射同埋色散,最後形成我哋見到嘅七彩光帶。呢個過程就好似大自然嘅魔術表演咁,每次見到都覺得好治癒。

要了解彩虹點樣形成,首先要知道光嘅組成。陽光睇落係白色,但其實係由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色組成。當光線進入雨滴時,會發生以下變化:

光學現象 發生位置 效果
折射 雨滴表面 光線偏轉方向
反射 雨滴內部 光線改變路徑
色散 雨滴內部 白光分解成七彩

最有趣嘅係,每種顏色嘅光喺雨滴入面嘅折射角度都唔同。紅色光折射角度最小,大概42度左右;紫色光折射角度最大,約40度。呢個差異就造成咗彩虹嘅分層效果。而且因為地球係圓嘅,我哋永遠只能見到半圓形嘅彩虹,如果想睇完整圓形彩虹,就要喺飛機或者高山上面先得啦!

講到彩虹嘅顏色排列,其實同光嘅波長好有關係。波長最長嘅紅色永遠喺最外圈,波長最短嘅紫色就喺最內圈。有時仲會見到雙彩虹添,第二道彩虹嘅顏色排列會同第一道相反,呢個係因為光線喺雨滴入面反射咗兩次嘅結果。下次見到彩虹嘅時候,不妨留意下佢嘅顏色排列同埋形狀,真係好有趣㗎!

仲有個冷知識想同大家分享:彩虹其實唔係實體存在嘅物體,而係一種光學現象。每個人見到嘅彩虹都係獨一無二嘅,因為係根據你嘅視角同陽光角度形成嘅。就算兩個人企喺同一個位置,佢哋眼中嘅彩虹都會有少少唔同。所以話,每次見到彩虹都係上天送俾你嘅專屬禮物嚟㗎!

如果想自己製造彩虹,其實都好簡單。可以喺陽光充足嘅時候,用水喉噴出水霧,或者用三稜鏡對住陽光,都可以觀察到類似彩虹嘅色散現象。呢個小實驗好適合同小朋友一齊玩,等佢哋親身體驗光學嘅奇妙之處。

彩虹折射原理

彩虹是怎麼形成的?一次搞懂折射原理

每次雨後看到天空掛著七彩拱橋,總會讓人忍不住驚嘆!其實彩虹的形成跟光線的折射原理有關,今天就來跟大家聊聊這個有趣的現象。當陽光穿過雨滴時,會發生折射、反射再折射的過程,不同顏色的光因為波長不同,折射角度也不一樣,最後就形成了我們看到的七色彩虹。

光線在雨滴中的旅程

陽光進入雨滴時會先折射一次,然後在雨滴內部反射,最後再折射出來。這個過程中,不同顏色的光會分散開來,就像把白光分解成七彩光譜一樣。紅光的折射角度最小,紫光最大,所以彩虹總是紅色在外圈、紫色在內圈。

顏色 折射角度 波長範圍(nm)
紅色 42.3° 620-750
橙色 42.1° 590-620
黃色 41.9° 570-590
綠色 41.7° 495-570
藍色 41.5° 450-495
靛色 41.3° 420-450
紫色 41.1° 380-420

想要看到彩虹,必須要同時滿足幾個條件:太陽要在你背後,而且高度不能太高(最好低於42度),前面要有雨滴或水霧。這也是為什麼雨後常常能看到彩虹,因為這時候空氣中還飄著許多小水滴。有時候運氣好,還能看到雙彩虹,外圈那一道是光線在雨滴內反射兩次形成的,顏色排列會跟主彩虹相反。

其實不只是在雨後,平常生活中也有很多機會看到彩虹現象。像是噴水池旁邊、洗車時的水霧中,甚至是玻璃稜鏡都能產生類似的色散效果。下次看到彩虹時,不妨觀察一下它的顏色排列和位置,會發現這些自然現象真的很有趣呢!

為什麼雨後特別容易看到彩虹?科學解釋在這裡

每次下完雨後抬頭看天空,總會特別期待彩虹出現,你有想過為什麼雨後特別容易看到彩虹嗎?其實這跟光線的折射原理有關啦!當陽光穿過雨滴時,光線會被折射、反射再折射出來,這個過程會把白光分解成我們看到的七彩顏色。而且雨後空氣中的水珠特別多,就像天然的稜鏡一樣,讓彩虹更容易形成。

要看到彩虹其實需要幾個條件同時配合,這邊幫大家整理成表格比較好懂:

必要條件 說明
陽光充足 最好是在太陽角度低的時候(早上或傍晚)
空氣中有水珠 雨後空氣中懸浮著大量水滴,直徑約0.5-2毫米最理想
觀察角度正確 背對太陽,視線與陽光呈42度角左右才能看到彩虹

雨後的天空特別容易符合這些條件,因為剛下完雨空氣中的水珠含量高,而且通常雲層會散開讓陽光透出來。你知道嗎?其實每顆雨滴都在製造彩虹,只是我們的眼睛只能看到特定角度的光線。當數以百萬計的雨滴同時把陽光折射到我們眼睛時,就會形成那道美麗的弧形光譜。

下次看到彩虹時可以注意看看,外圈顏色比較淡的是霓,內圈比較鮮豔的才是虹喔!這是因為光線在雨滴內反射的次數不同造成的。通常雨後空氣乾淨的時候,彩虹會特別明顯,這也是為什麼山區或海邊的彩虹總是特別漂亮,因為那邊的空氣污染較少,水珠也比較純淨。

彩虹折射原理

誰第一個發現彩虹的光學原理?歷史小故事

大家抬頭看到彩虹時,有沒有想過這道美麗的弧線是怎麼形成的呢?其實早在13世紀,就有一位波斯學者解開了這個謎題。讓我們來聊聊這段有趣的科學史吧!

這位先驅就是波斯數學家兼天文學家卡馬爾·阿爾丁·法里西(Kamāl al-Dīn al-Fārisī)。他在1300年左右做了一個超酷的實驗:把裝滿水的玻璃球放在陽光下,觀察光線在水球中的折射和反射現象。這根本就是現代光學實驗的雛形啊!法里西發現,陽光進入水滴後會先折射、再反射、最後再折射出來,這個過程會把白光分解成七彩光譜。

關鍵人物 年代 重要發現
卡馬爾·阿爾丁·法里西 約1300年 用水球模擬水滴,解釋彩虹形成原理
笛卡爾 1637年 用數學計算彩虹的角度
牛頓 1704年 完整的光學理論,解釋色散現象

有趣的是,雖然法里西很早就發現了彩虹的原理,但西方世界要到17世紀才由笛卡爾用數學方法計算出彩虹的42度角。後來牛頓更進一步用稜鏡實驗,完整解釋了光的色散現象。不過要說到第一個用科學方法研究彩虹的人,還是要歸功於這位中世紀的波斯學者呢!

法里西的著作《光學寶典》裡詳細記錄了他的發現,這本書後來也影響了歐洲的光學發展。他當時的實驗設備超級簡單,就是一個裝水的玻璃容器,但觀察力和思考力真的超強。下次看到彩虹的時候,不妨想想這位800多年前的科學先驅,用這麼簡單的裝置就解開了自然界的奧秘,真的很厲害對吧?