7 faktai apie vaivorykštę

7 faktai apie vaivorykštę

Vladislavas Sichenko,
Dr. fizinis pakelis Belgorodo valstybinis nacionalinis tyrimo universitetas
"Trejybės pasirinkimas" №3 (97), 2012 m. Vasario 14 d

Vaivorykštė yra gražus gamtos reiškinys. Nors beveik visi tai matė, mažai žmonių gali aiškiai paaiškinti savo išvaizda. Ne visi gali netgi tiksliai pasakyti, kur saulė spindi, kai pamato vaivorykštę – veidui ar nugarai. Šiame straipsnyje aprašoma, kaip formuojasi vaivorykštė ir kaip vaivorykštės išsklaidymas pasireiškia skirtingose ​​fizikos srityse.

  1. Šviesa, nukritusi ant vandens lašo, gali būti atspindėta nuo jo paviršiaus (1 pav., 1 eilutė), pasislėpti į sieną, eiti lazdos viduje, susilpnėti ir išeiti iš naujo (2) arba pasireikšti vidiniu atspindžiu ir tik po to palikti lašą (3 )Pav. 1. Keturios šviesos srauto "likimas" variantai vandens lašelyje. Vaizdas: "Trejybės pasirinkimas" Tai yra trečioji šviesos deformacijos funkcijos zona, turinti svarbią savybę: išsisklaidymo kampas pasiekia ekstremalumą, esant tam tikru atstumu nuo nulinės vertės br (2 pav.).Pav. 2 Šviesos srauto nukreipimo kampo priklausomybė nuo smūgio atstumo trečiosios deformacijos funkcijos šakai.Maksimalus pasiekiamas smūgio parametro reikšme, maždaug 7/8 lazerio spindulio. Vaizdas: "Trejybės pasirinkimas" Tai yra tokia elgsena, dėl kurios atsiranda vaivorykštė: šviesos spinduliai kondensuojasi, nes sklaidos kampas artėja prie vaivorykštės kampo θrir plotas θ > θr atitiks geometrinį šešėlį (3, 4 pav.).Pav. 3 Šviesos spindulių kryptys nukrenta ant kritimo skirtinguose nukrypimų atstumuose trečioje posvyrio funkcijos dalyje. Atlikęs skaičiavimus apie 10000 spindulių, Dekartas atrado, kad egzistuoja nuokrypio ribinis kampas ir spindulių kondensacija, kai ji artėja. Vaizdas: "Trejybės pasirinkimas". Vandens kritimo ore šis kampas yra apie 42 °. Taigi, lašas, kurį apšvies saulė, ryškiai "spindės" atgal palei kūgio generatorių su atitinkamu tirpalo kampu. Šių lašų šviesa sukurs ryškią lanką stebėtojui tinkamoje vietoje.

    Pav. 4 Sklaidos šviesos proporcija, priklausomai nuo nukreipimo kampo pagal geometrinės optikos prognozes (raudona linija) ir Airy teorijos (mėlyna linija) Vaizdas: "Trejybės pasirinkimas"

  2. Spalvotą vaivorykštę sukelia nedidelis vandens lūžio rodiklio skirtumas skirtingiems šviesos bangos ilgiams. Atitinkamai tikslia vaivorykštės kampo vertė θr taip pat bus šiek tiek kitoks.
  3. Kartais danguje yra dvi vaivorykštės (5 pav.). Antros eilės vaivorykštę generuoja šviesos pluošto deformacijos funkcijos ketvirta šaka (4 linija 1 pav.). Antrojo užsakymo vaivorykštės ryškumas bus mažesnis, o spalvų pakaitinimas – atvirkščiai pagrindinei vaivorykštėje.

    Pav. 5 Pirmosios ir antrosios eilės vaivorykštė (E. Larikovos nuotrauka)

  4. Apskaičiuojant bangos šviesos savybes, vaizdas tampa šiek tiek sudėtingas. Kadangi tuo pačiu kampu θ > θr bus paskleistos dvi sijos su skirtingais smūgio atstumais, tarp jų įvyks trikdžiai, dėl kurių atsiras intensyvumo svyravimai (mėlyna kreivė 4 pav.). Be to, dėl difrakcijos efektų geometrinio šešėlio srityje taip pat bus išsisklaidęs θ > θr.
  5. Bandymai suprasti vaivorykštės pobūdį buvo imtasi nuo seniausių laikų. Tikimybės geometrinės teorijos kūrėjas tikriausiai turėtų būti laikomas René Dekartas, kuris pirmą kartą parodė, kad spindulių kondensacija yra θlinkę θr (1637 m.). Kiekybinė vaivorykštės teorija, pagrįsta bangų optika, 1838 m. Pastatyta anglų astronomo J. Airy.Ir nors papildomų vaivorykštės maksimalų srityje prognozė Airy teorijos skiriasi nuo tikslios vaivorykštės teorijos, sukurtos XX a., Rezultatų, Airy funkcija buvo aptikta taikymo matematinės fizikos ir, ypač, Kvantinė mechanika.
  6. Dalelių sklaida oficialiai nesiskiria nuo šviesos spindulių sklaidos, todėl vaivorykštės išsklaidymas įmanomas ne tik optikoje, bet ir mechanikoje. Būtinos vaivorykštės atsiradimo sąlygos išlieka tos pačios: ekstremumo buvimas į deformacijos funkciją θ(b) Vaizdinio elektrono sklaidos ant atomų grandinės pavyzdys parodytas fig. 6 Pav. 6 Didelės energijos fizikoje taip pat yra vaivorykštė: diferencinis skerspjūvis gretimų elektronų, išsiskiriančių silicio kristalo atomų (111) grandine, mažu kampu, priklausomai nuo azimutinio sklaidos kampo, apskaičiuoto pagal klasikinę mechaniką (tvirta kreivė) ir kvaziklassikinis kvantinės mechanikos apibendrinimas, panašus į Airijos teoriją (brūkšnys-punktyrinė kreivė) (3). Vaizdas: "Trejybės pasirinkimas"
  7. Kvantinės mechanikos dalelėse būdingos bangos savybės padidina panašumą su optika. Pirmasis pastebėdamas, kad vaivorykštės išsklaidymas atominių ir branduolinių susidūrimų metu buvo K.Fordo ir J. Wheelerio straipsniai [1, 2]. Visų pirma branduolinės vaivorykštės stebimas šviesos branduolių, kurių energija yra 25-30 MeV / nukleonas, vidutinio ir sunkiojo branduolių išsibarstymu [4, 5].

Vaivorykštės teorijos pristatymas dažnai trūksta net labai kietose optikos vadovėlėse. Vienu metu šių linijų autorius turėjo suprasti populiarių straipsnių [7-9] ir monografijų [10] temą. Tačiau su periodiškai reguliuojamais laikotarpiais yra peržiūros vaivorykštės, įskaitant branduolinę vaivorykštę (žr., Pavyzdžiui, [4-6]).

Literatūra:
1. Ford K.W., Wheeler J.A. Pusiauklasinis apibūdinimas рассеяния // Ann. fiz. 7 (1959) 259-286 (perspausdinta Ann. fiz. 281 (2000) 608-635).
2. Ford K.W., Wheeler J.A. Klasikinio sklaidos analizės taikymas // Ann. fiz. 7 (1959) 287-322.
3. Akhiezer A.I., Shulga N.F. Didelis energijos kiekis medžiagoje elektrodinamika. – M., Mokslas, 1993. – 155 p.
4. Ogloblin A. A. et al. Branduolinė vaivorykštė branduoliniame sklaida ir reakcijos bei branduolio ir branduolio sąveika mažuose atstumuose // YF 66 (2003) 1523-1533.
5. Khoa D.T. et al. Branduolinio vaivorykštės sklaidos ir branduolio branduolio potencialas // J. Fiz. G: Nucl. Dalis. Fiz. 34 (2007) R111.
6. Adomas J.A. Vaivorykštės ir šlovės fizika // Phys. Rep. 356 (2002) 229-365.
7. Nussenzweig H. Vaivorykštės teorija // UFN 125 (1978) 527-547.
8. Ponomariovas L.I. Vaivorykštės numeriai // Chemija ir gyvenimas, 1981, № 10, p. 44-50.
9. Trifonov E.D. Dar kartą apie vaivorykštę // Soros Educational Journal, 2000, No. 7, p. 53-58.
10. Newton R. Teorija bangų ir dalelių išsisklaidymo. – Maskva, Mir, 1985. – 279 p.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: