Những sự thật thú vị về cầu vồng mà có thể bạn chưa biết Show
Cầu vồng là một trong những hiện tự nhiên đẹp nhất mà chúng ta có thể dễ dàng quan sát sau những cơn mưa lớn vào ban ngày. Cầu vồng và những ý nghĩa liên quan đến màu sắc của cầu vồngCầu vồng là hiện tượng quang học thiên nhiên mà hầu như ai trong chúng ta đều từng được chiêm ngưỡng. Cầu vồng bản chất là sự tán sắc ánh sáng Mặt trời khi khúc xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa. Cầu vồng thực ra có rất nhiều màu sắc, trong đó có 7 màu nổi bật là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Tùy vào số lần phản xạ mà người ta phân ra làm cầu vồng bậc 1, bậc 2… Trong đó cầu vồng bậc 1 là rõ nhất (chỉ có 1 lần phản xạ nên năng lượng sáng mạnh nhất). Thường cầu vồng nhìn thấy là cầu vồng bậc 1. Tuy nhiên đôi khi ta còn quan sát thêm được cầu vồng bậc 2 mà trật tự màu sắc lại ngược lại với cầu vồng bậc 1 và cường độ sáng yếu hơn. Do cầu vồng được nhìn bởi cùng 1 góc (gần 42 độ với cầu vồng bậc 1 và 53 độ với cầu vồng bậc 2), là góc mà cường độ sáng của tất cả các tia mặt trời qua các giọt nước là đạt cực đại, nên cầu vồng có dạng một cung tròn. Lý giải nguyên nhân hình thành cầu vồngTrên thực tế cầu vồng không phải là một vật thể xác định, mà nó là hình ảnh phản chiếu của ánh sáng Mặt Trời qua những giọt nước trong không khí, hiện tượng này còn được gọi là sự khúc xạ ánh sáng.
Ánh sáng Mặt Trời là một hỗn hợp các màu sắc hòa trộn vào nhau mà mắt chúng ta không thể phát hiện ra các màu sắc này. Chỉ khi được chiếu qua một lăng kính thủy tinh, các tia ánh sáng bị bẻ cong hay còn gọi là khúc xạ để tạo thành một dải màu sắc liên tục mà ta gọi là quang phổ. Do các tia màu đỏ bị bẻ cong ít nhất, sau đó đến các tia màu cam, vàng, xanh lá cây, xanh lam và cuối cùng là tia màu tím bị bẻ cong nhiều nhất.
Các giọt nước cũng có thể thay thế vai trò của một lăng kính. Khi ánh sáng Mặt Trời đi qua lăng kính, các tia sáng bị bẻ cong và sau đó bị phản xạ lại và đi ra ngoài giọt nước theo một góc 42 độ. Điều đó giải thích cho việc chúng ta chỉ có thể nhìn thấy cầu vồng khi quay lưng lại với Mặt Trời và nhìn theo một góc 42 độ so với ánh sáng Mặt Trời. Cầu vồng không phải là duy nhất nhưng chúng ta chỉ có thể thấy một cầu vồng tại cùng một thời điểm Hiện tượng khúc xạ trên xảy ra đối với hàng triệu giọt nước được chiếu sáng bởi Mặt Trời, do đó cầu vồng không phải là duy nhất. Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một cầu vồng tại cùng một thời điểm. Đó là do góc 42 độ mà chúng ta đã nói ở trên. Mắt của chúng ta chỉ có thể nhìn thấy những tia khúc xạ được tạo bởi các giọt nước mưa mà có một góc 42 độ so với ánh sáng Mặt Trời. Và do đó, cầu vồng không phải duy nhất, khi nhìn ở một địa điểm khác chúng ta sẽ thấy một cầu vồng hoàn toàn khác. Cầu vòng chỉ là ảo ảnh?Do cầu vồng chỉ là một ảo ảnh nên nó không có điểm kết thúc thực sự. Ánh sáng tạo nên cầu vồng hình thành ở một khoảng cách và góc nhất định với mắt người quan sát. Khoảng cách này luôn tồn tại giữa người xem với hiện tượng. Thay vào đó, vị trí của cầu vồng liên tục dịch chuyển theo góc nhìn của chúng ta. Tia sáng mặt trời khúc xạ với những hạt mưa nhất định tạo ra hình ảnh cầu vồng trong mắt một người, nhưng đồng thời những tia sáng này cũng khúc xạ với những hạt mưa khác theo góc khác trong tầm mắt của ai đó. Chính bởi vậy màu sắc cầu vồng nhìn thấy của mỗi người khác nhau, dù đứng cùng một vị trí và ngắm cùng một cầu vồng. Tại sao cầu vồng có 7 màu?Cầu vồng là một dải màu liên tục, trong đó có 7 màu nổi bật là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Các bức xạ hồng ngoại và tử ngoại nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy của mắt người, nên không hiển diện. Ý nghĩa của màu sắc của cầu vồng trong triết học hiện đại
Và ở những nền văn hóa khác nhau cầu vồng còn mang những ý nghĩa hết sức phong phú: đại diện cho thần linh, cảnh giới cao nhất khi giác ngộ, hoặc là hiện thân quỷ dữ. Những sự thật thú vị về cầu vồng mà có thể bạn chưa biết Đôi khi chúng ta nhìn thấy hiện tượng cầu vồng đôi, đó là một cầu vồng phụ xuất hiện phía trên cầu vồng chính. Với màu sắc bị đảo ngược so với cầu vồng chính và mờ nhạt hơn. Hiện tượng này rất hiếm khi xảy ra, đó là do sự nhiễu xạ ánh sáng giúp chúng ta nhìn thấy được cả góc 52 độ so với ánh sáng Mặt Trời. Ở góc 52 độ này chúng ta có thể thấy sự khúc xạ ánh sáng ở bên trong của các giọt nước, trước khi ánh sáng phản xạ và đi ra bên ngoài. Chính vì thế mà cầu vồng phụ có các màu đảo ngược và mờ nhạt hơn. Hiện tượng này xảy ra khi chúng ta có thể nhìn thấy đồng thời hai góc 42 độ và 52 độ so với ánh sáng Mặt Trời. Cầu vồng ban đêm
Hầu hết chúng ta đều thấy cầu vồng xuất hiện vào ban ngày, nhờ có ánh sáng Mặt Trời. Tuy nhiên đôi khi xuất hiện những cầu vồng vào ban đêm mà các nhà thiên văn học gọi là Moonbow, vì nó được tạo bởi ánh sáng của Mặt trăng. Moonbow thường xuất hiện tại các hòn đảo nhiệt đới như vùng Caribbean, nơi có mưa lớn vào ban đêm. Những hình ảnh chụp lại của Moonbow cho thấy cầu vồng này có màu trắng, nguyên nhân có thể do ánh sáng Mặt trăng có cường độ quá thấp so với ánh sáng Mặt Trời. Cầu vồng thác nướcNếu bạn có dịp đi đến các thác nước lớn thì khả năng bắt gặp cầu vồng cũng khá cao. Không chỉ chờ đến trời mưa thì mới xuất hiện cầu vồng, bởi nếu bạn có dịp đi đến các thác nước lớn thì khả năng bắt gặp cầu vồng cũng khá cao. Điều này là do các hơi nước bắn lên từ thác nước gặp sự phản chiếu của mặt trời có thể tạo ra nhiều dạng cầu vồng đẹp mê hồn. Cầu vồng màu trắng“Cầu vồng trắng” hay còn gọi là “cầu vồng ma”. Trước giờ bạn luôn nghĩ cầu vồng có 7 màu, nhưng thiên nhiên kỳ thú luôn mang đến cho chúng ta nhiều bất ngờ thú vị. “Cầu vồng trắng” hay còn gọi là “cầu vồng ma” là một hiện tượng vô cùng hiếm gặp. Nếu cầu vồng 7 sắc được tạo từ ánh sáng mặt trời với những hạt mưa thì cầu vồng trắng lại được tạo ra từ những hạt sương có đường kính nhỏ hơn 0,05mm. Do đây là những hạt nước quá nhỏ bé nên nó không thể nào khúc xạ ánh sáng ra thành nhiều màu sắc như hạt nước mưa mà chỉ tạo ra 1 cầu vồng màu trắng mà thôi.
Dưới đây là những hình ảnh đẹp cầu vồng sau mưa, mời các bạn cùng chiêm ngưỡng: Cập nhật: 24/08/2022
Cầu vồng là một hình ảnh quen thuộc vạch trên nền trời với những cung tròn các dải màu 7 sắc (đỏ, da cam, vàng, xang lục, xanh lam, xanh chàm, tím). Nó được tạo ra khi ánh sáng kết hợp với những giọt mưa, tuy nhiên có khi nào bạn tự đặt câu hỏi tại sao cầu vồng không phải là những đường thẳng mà lại có hình cong? Trước khi giải đáp câu hỏi này, bạn cần ghi nhớ một vài điều dưới đây. Trước tiên, cầu vồng luôn xuất hiện khi Mặt Trời ở phía sau lưng bạn và những giọt mưa rơi xuống trước mặt bạn. Thứ hai, khi tạo ra cầu vồng - ánh sáng Mặt Trời hiện lên từ nhiều giọt mưa cùng một lúc. Một cầu vồng không phải là một hình ảnh phẳng hai chiều trên vòm trời. Nó giống như một bức tranh khảm, gồm nhiều phần riêng biệt ... trong không gian ba chiều. Tuy nhiên, điều dễ dàng nhận thấy là mắt của bạn nhìn thấy cầu vồng phẳng cũng giống như khi bạn thấy Mặt Trời và Mặt Trăng là những đĩa phẳng, bởi vì, khi nhìn lên bầu trời, không có dấu hiệu thị giác nào khác để chúng ta phân biệt. Thứ ba, cầu vồng không những nhiều hơn một nửa vòng tròn mà thực sự là toàn bộ vòng tròn. Bạn sẽ không bao giờ có thể nhìn thấy cả một vòng tròn của cầu vồng từ mặt đất bởi sự cản trở của đường chân trời. Nhưng, khi cao lên, ví dụ những người trên máy bay đôi khi nhìn thấy cầu vồng là những vòng tròn kép kín. Thứ tư, khi trên nền trời xuất hiện cầu vồng ta thường thấy một cầu vồng chính và một cầu vồng phụ. Cầu vồng chính là cung nhỏ, có mầu sắc đậm nét hơn. Cầu vồng phụ thì có mầu sắc mờ nhạt hơn, đồng tâm với cầu vồng chính nhưng lớn hơn. Dải màu của cầu vồng chính từ ngoài vào trong là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím còn thứ tự màu sắc của cầu vồng phụ thì ngược lại (tức là đỏ ở vành trong cùng và tím ở vành ngoài cùng). Ngoài ra, có thể còn có một cầu vồng thứ 3 nữa nhưng màu sắc rất mờ nhạt khó có thể nhìn thấy. Bây giờ chúng ta sẽ đi vào giải thích chi tiết về việc một chiếc cầu vồng được hình thành như thế nào. Dưới đây là sự trình bày lý thuyết về sự hình thành cầu vồng của Descartes. Lí thuyết này dựa trên các định luật quang hình. Vòng cung bảy sắc của cầu vồng là kết quả của sự khúc xạ và phản xạ chùm tia Mặt Trời khi chiếu qua các đám mây đang mưa. Khi ánh sáng Mặt Trời chiếu vào mỗi giọt nước trong không trung sẽ bị khúc xạ, phản xạ rồi ló ra ngoài và bị phân tích thành các tia đơn sắc. Mỗi tia này có góc lệch khỏi phương của tia sáng ban đầu khác nhau. Vì thế có tia rơi vào mắt người quan sát, có tia đi qua phía trên, có tia đi qua phía dưới mắt người quan sát. Trong các tia đơn sắc đó có một tia có góc lệch cực trị (mà ở đây là cực tiểu)- gọi là tia De Cartes. Ở xung quanh tia này các tia lân cận gần như song song với nó, nếu rơi vào mắt người sẽ cho người đó thấy ảnh của nguồn sáng. Trước hết, chúng ta xét sơ đồ khúc xạ và phản xạ của một chùm tia sáng Mặt Trời chiếu qua một giọt nước hình cầu tâm O (hình 1). Trên hình vẽ, chùm sáng Mặt Trời đi tới giọt nước được biểu thị bằng tia S. Tia sáng S đi vào giọt nước tại điểm M, tạo thành với pháp tuyến bề mặt giọt nước một góc tới i. Từ môi trường không khí vào giọt nước, tia sáng bị khúc xạ với góc khúc xạ r. Tia khúc xạ đi tới mặt phân cách giữa giọt nước và môi trường không khí tại điểm N thì phản xạ và tạo thành góc phản xạ cũng bằng r. Tia phản xạ có thể lại bị phản xạ nhiều lần, ở đây để đơn giản ta giả sử tia này bị phản xạ một lần nữa khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường tại điểm P. Sau đó tia sáng có thể đi ra ngoài môi trường không khí tại điểm Q và trở thành tia khúc xạ R. Tia R tạo thành với pháp tuyến góc khúc xạ i'. Dựa vào các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng ta có: i=i' (2.1) Tia sáng khúc xạ R là tia mắt ta có thể nhìn thấy được và ánh sáng cầu vồng chính là ánh sáng của những tia khúc xạ này. Giữa tia R và tia tới S tạo thành một góc lệch toàn phần γ. Trên hình vẽ ta nhận thấy sau khi phản xạ lần thứ nhất tại điểm N thì góc lệch hướng giữa tia tới S và tia phản xạ sẽ là: γ1=(i-r)+(180o-2r) (2.2) Sau khi phản xạ lần thứ hai tại P, góc lệch hướng giữa tia phản xạ và tia tới S sẽ là: γ2=γ1+(180o-2r) (2.3) Tại Q tia sáng không phản xạ nữa mà thoát ra ngoài môi trường không khí, tạo thành tia khúc xạ R. Góc lệch hướng giữa tia tới và tia khúc xạ R là: γ=γ2+(i'-r) (2.4) Dựa vào (2.1); (2.2); (2.3); (2.4) ta được: γ=2(i-r)+2(180o-2r) (2.5) Từ (2.5) ta thấy góc lệch hướng toàn phần của tia sáng phụ thuộc vào góc tới ban đầu của tia sáng vào số lần tia sáng bị phản xạ bên trong giọt nước. Trong trường hợp chúng ta đã xét, tia sáng chỉ phản xạ có hai lần nên hệ số của biểu thức (180o-2r) là 2. Nếu tia sáng bị phản xạ k lần thì hệ số sẽ là k. Một cách tổng quát, chúng ta có thể viết: γ=2(i-r)+k(180o-2r) (2.6) Để cho chùm tia sáng ló ra môi trường không khí có độ sáng cực đại thì chúng phải có độ tập trung cao nhất tức chùm phải gồm các tia song song với nhau. Muốn vậy góc lệch hướng γ của chúng phải xấp xỉ bằng nhau. Những tia như vậy là những tia lân cận với tia Descartes (tia có góc lệch cực tiểu). Ta tìm góc lệch cực tiểu này từ điều kiện: Thay γ từ công thức ( 2.6) ta có: Theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có: sini=nsinr (2.8) (n là chiết suất đối của môi trường nước so với không khí ) Đạo hàm hai vế hệ thức trên ta được: Kết hợp (2.7) với (2.9) ta được (1+k)cosi=ncosr (2.10) Kết hợp (2.8) với (2.10) ta được: cos2i+sin2i+(k2+2k)cos2i=n2 hay Từ (2.11) ta thấy rằng có thể xác định được góc tới i đối với mỗi loại tia sáng (có chiết suất n riêng trong môi trường nước) để cho góc lệch hướng γ của tia khúc xạ là nhỏ nhất, đảm bảo cho ánh sáng tập trung cao nhất, tạo điều kiện cho ta nhìn được cầu vồng. Điều kiện để tạo thành cầu vồng chính là các tia sáng phải tập trung mạnh nhất tức là chỉ xạ ít lần nhất trong giọt nước trước khi khúc xạ ra ngoài không khí. Do đó để hình thành cầu vồng chính hệ số k =1. Vậy điều kiện của góc tới i sẽ là:
Trong trường hợp tạo thành cầu vồng phụ, các tia sáng phải phản xạ hai lần trong môi trường giọt nước mới thoát ra ngoài không khí cho nên bị suy yếu đi khá nhiều. Do đó ta nhìn thấy cầu vồng phụ mờ nhạt hơn cầu vồng chính. Trong trường hợp này hệ số k=2. Vậy điều kiện của góc tới i đối với từng loại tia sáng là Từ các hệ thức (2.12) và (2.13) ta có thể xác định góc tới i đối với các tia Mặt Trời trong điều kiện tạo thành cầu vồng rồi sau đó tính r và γ theo các công thức (2.8) và (2.6). Chiết suất của tia đỏ trong nước là nđ=1,3318. Trong trường hợp tạo thành cầu vồng chính ta tính được: iđ=59o29' γđ=137o42' it=58o50' γt=139o24' Mối quan hệ giữa góc lệch hướng γ và góc nhìn bán kính cầu vồng được biểu diễn trên hình 2: α=180o-γ Đối với tia đỏ ta có: αđ=180o-137o42'=42o18' Như vậy, mắt chúng ta thu được cầu vồng chính với các dải màu hình vòng cung có bán kính góc nằm trong khoảng từ 42o18'-40o36'=1o42' với cung màu tím nằm ở viền phía trong, cung màu đỏ nằm ở viền phía ngoài của cầu vồng. Độ rộng bản của cầu vồng chính là 1o42' song trong thực tế đĩa Mặt Trời không phải là một điểm mà có đường kính góc bằng 32' nên độ rộng trên phải cộng thêm 32' nữa và màu sắc cũng bị chồng chất lên nhau một phần. Hoàn toàn tương tự như trên, ta có thể tính được bán kính góc của cầu vồng phụ và sẽ thu được αđ=50o40', αt=53o36'. Như vậy, do bán kính góc của cầu vồng chính nằm trong khoảng từ 42o18' tới 40o36' nên khi Mặt Trời ở trên cao hơn 42o18' thì chúng ta không thể nhìn thấy cầu vồng chính nữa vì lúc này điểm đối nhật-tâm của các cầu vồng đã nằm sâu dưới chân trời một góc cũng bằng 42o18'. Cũng tương tự với cầu vòng phụ, khi Mặt Trời lên quá 53o36' thì không còn khả năng thấy cầu vồng phụ xuất hiện. Và muốn nhìn thấy cả hai cầu vồng chính và phụ nếu Mặt Trời có độ cao trên chân trời nhỏ hơn 40o36’. Giữa cầu vồng chính và cầu vồng phụ là khoảng tối hơn. Có khi trong khoảng tối này ta thấy những vạch nhỏ, thanh mảnh có màu sắc. Đó là kết quả của sự nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng. Phạm Thị Lý Page 2
THIÊN VĂN VIỆT NAM - VACA
Page 1 of 4
|
