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彩虹是如何工作的

由:汤姆哈里斯

光线弯曲

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你有没有想过彩虹的颜色是如何形成看似完美的条纹的?

彩虹的基本工作过程是折射——光线的“弯曲”。当它从一种介质传播到另一种介质时,它会弯曲——或者更准确地说,改变方向。这是因为光在不同的介质中以不同的速度传播。

为了理解为什么光线会弯曲,想象一下你正推着购物车穿过停车场。停车场是购物车的一个“媒介”。如果你施加一个恒定的力,小车的速度取决于媒介它穿过——在这个例子中,停车场的地面是铺好的。当你把购物车从停车场推到草地上会发生什么?草是购物车的另一种“媒介”。如果你直接把车推到草地上,车就会慢下来。草介质的阻力更大,所以需要更多的能量来移动购物车。

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但当你以一个角度把车推到草地上时,就会发生其他事情。如果右车轮先撞到草地,右车轮就会减速,而左车轮还在路面上。因为左边的轮子比右边的轮子移动得快,所以购物车会在它移动到草地上时向右转。如果你以一个角度从草地移动到铺好的地方,一个轮子会比另一个先加速,车子就会转弯。

同样,一束光进入玻璃棱镜时也会发生变化。这是一种简化,但可以这样想:光波的一边比另一边先减速,所以光束在空气和玻璃之间的边界处转弯(一些光实际上从棱镜表面反射,但大多数通过)。当光线离开棱镜时,它会再次转向,因为它的一边比另一边先加速。

除了使光整体弯曲外,棱镜还将白光分解成不同的颜色。不同颜色的光有不同的颜色频率,这使得它们在物质中以不同的速度运动。

一种颜色在玻璃中传播得越慢,当它从空气传到玻璃上时,就会发生更剧烈的弯曲,因为速度差更大。一种颜色在玻璃中移动得越快,它的减速就越慢,所以它的弯曲幅度也就越小。这样,构成白光的颜色在穿过玻璃时根据频率被分开。如果玻璃使光线弯曲两次,就像棱镜一样,你可以更容易地看到分开的颜色。这就是所谓的分散

棱镜把白光分解成不同的颜色。为了简单起见,这个图只显示了红色和紫色,这两个颜色在光谱的两端。"width=
棱镜把白光分解成不同的颜色。为了简单起见,这个图只显示了红色和紫色,这两个颜色在光谱的两端。

雨水可以像棱镜一样折射和分散光线。在适当的条件下,这种折射会形成彩虹。在下一节中,我们将了解这是如何发生的。