Kako nastaje duga

Kako nastaje duga – 1

Kako nastaje duga? Duga je jedno od najljepših remek-djela prirode. Duga je izvrsna demonstracija raspršenosti svjetlosti i još jedan dokaz da se vidljiva svjetlost sastoji od spektra talasnih dužina, od kojih je svaka povezana s različitom bojom. Da biste pogledali dugu, leđa vam moraju biti okrenuta suncu dok gledate pod uglom od približno 40 stepeni iznad tla u područje atmosfere sa suspendiranim kapljicama vode ili čak laganom maglom. Svaka pojedinačna kapljica vode djeluje kao sićušna prizma koja oboje raspršuje svjetlost i reflektira je natrag u vaše oko. Dok gledate u nebo, talasne dužine svjetlosti povezane sa određenom bojom stižu vam u oko iz sakupljanja kapljica. Neto efekt ogromnog niza kapljica je taj što se kružni luk vidi preko neba. Ali kako nastaje duga tačno i kako se kapljice vode raspršuju i odražavaju svjetlost? To su pitanja koja ćemo pokušati razumjeti u ovom tekst vodiču znanja fizike. Da bismo razumjeli kako duga nastaje, morat ćemo se oslanjati na naše razumijevanje loma, unutarnjeg odraza i disperzije.

Kolekcija suspendovanih kapljica vode u atmosferi služi kao refraktor svjetlosti. Voda predstavlja medij drugačije optičke gustine od okolnog zraka. Lagani valovi se lome kada pređu granicu od jednog medija do drugog. Smanjenje brzine pri ulasku svjetlosti u kapljicu vode uzrokuje savijanje putanje svjetlosti prema normalnom. A po izlasku iz kapljice, svjetlost se ubrzava i savija od normalnog. Kapljica uzrokuje odstupanje na putu svjetlosti dok ulazi i izlazi iz kapljice.

Bezbroj je staza kojima svjetlosni zraci sunca mogu proći kroz kap. Svaki put karakterizira ovo savijanje prema i od normalnog. Jedan put od velikog značaja u raspravi o dugama je put na kojem se svjetlost lomi u kapljicu, odbija se iznutra, a zatim prelama iz kapljice. Svjetlosni zrak sunca ulazi u kapljicu laganom putanjom prema dolje. Nakon što se dva puta prelomi i jednom odbije, zraka svjetlosti se rasprši i savije prema dolje prema promatraču na zemljinoj površini. Druga mjesta ulaska u kapljicu mogu rezultirati sličnim putovima ili čak svjetlošću koja se nastavlja kroz kapljicu i izlazi na suprotnu stranu bez značajnijeg unutarnjeg odraza. Kao i u slučaju prelamanja svjetlosti kroz prizme s neparalelnim stranicama, i prelamanje svjetlosti na dvije granice kapljice rezultira disperzijom svjetlosti u spektar boja. Kraća talasna dužina plave i ljubičaste svjetlosti lome nešto veću količinu od crvene svjetlosti dužih valova. Budući da granice nisu paralelne jedna s drugom, dvostruko prelamanje rezultira izrazitim razdvajanjem sunčeve svjetlosti u sastavne boje.

Ugao odstupanja između dolazećih svjetlosnih zraka od sunca i prelomljenih zraka usmjerenih na oči posmatrača iznosi približno 42 stepena za crveno svjetlo. Zbog tendencije da se plava svjetlost kraćih talasnih dužina lomi više od crvene, njegov ugao odstupanja od izvornih sunčevih zraka iznosi približno 40 stepeni. Crveno svjetlo se lomi iz kapljice pod strmim uglom prema promatraču na zemlji. Postoji mnoštvo staza kojima izvorni zrak može proći kroz kapljicu i nakon toga se nagnuti prema tlu.

Kako nastaje duga – 2

Neki od puteva ovise o tome s kojim dijelom kapljice dolaze upadne zrake. Ostali putevi ovise o položaju sunca na nebu i kasnijoj putanji dolazećih zraka prema kapljici. Ipak, najveća koncentracija izlaznih zraka se nalazi pod ovim uglovima odstupanja od 40-42 stepeni. Pod tim uglovima, raspršena svjetlost je dovoljno jaka da rezultira duginim prikazom na nebu. Sad kad razumijemo put svjetlosti kroz pojedinu kapljicu, možemo pristupiti temi kako nastaje duga.

Na dugu se najčešće gleda kao na kružni luk na nebu. Promatrač na zemlji uočava polukrug boje, a crvena je boja koja se opaža na vanjskoj ili gornjoj strani luka. Oni koji imaju tu sreću da su vidjeli dugu iz aviona na nebu, možda znaju da duga zapravo može biti cjelovit krug. Promatrači na zemlji gledaju ovaj fenomen kako nastaje duga ali samo gornju polovicu kruga, jer donju polovinu kružnog luka sprečava prisustvo tla (i prilično očigledna činjenica da suspendirane kapljice vode nisu prisutne ispod zemlje). Ipak, promatrači u zrakoplovu često mogu gledati i prema gore i prema dolje kako bi vidjeli kompletni kružni luk.

Krug (ili polukrug) nastaje zato što se u atmosferi nalazi zbirka suspendovanih kapljica koje mogu koncentrirati raspršenu svjetlost pod uglovima odstupanja od 40-42 stepeni u odnosu na izvorni put svjetlosti od sunca. Te kapljice zapravo čine kružni luk, pri čemu svaka kapljica unutar luka raspršuje svjetlost i odbija je nazad prema posmatraču. Svaka kapljica unutar luka lomi i raspršuje čitav spektar vidljive svjetlosti (ROYGBIV). Kao što je gore opisano, crvena svjetlost se lomi iz kapljice pod strmim uglovima prema zemlji od plave svjetlosti. Dakle, kada promatrač vidi pod strmim uglom u odnosu na zemlju, kapljice vode unutar ovog vidokruga prelamaju crveno svjetlo na oko posmatrača. Plava svjetlost istih tih kapljica usmjerena je pod manje strm kut i usmjerena je duž putanje koja prolazi iznad glave posmatrača. Dakle, crveno svjetlo se vidi kada se gledaju strmiji uglovi u odnosu na tlo. Slično tome, kada posmatraju pod manje strmim uglovima, kapljice vode unutar ove vidne linije usmjeravaju plavo svjetlo na oko posmatrača, dok je crveno svjetlo usmjereno prema dolje pod oštrijim uglom prema nogama promatrača. Ova rasprava objašnjava zašto je crveno svjetlo primijećeno na vrhu i na vanjskom obodu duge, a plavo svjetlo na dnu i unutarnjem obodu duge.

Duge nisu ograničene na širenje svjetlosti kišnim kapima. Pljuskanje vode u podnožju vodopada uzrokovalo je maglu vode u zraku koja često rezultira stvaranjem duge. Dvorišni prskalica za vodu još je jedan uobičajeni izvor duge. Jaka sunčeva svjetlost, suspendirane kapljice vode i pravilan kut gledanja tri su neophodne komponente za gledanje jednog od najljepših remek-djela prirode.

Kako nastaje duga – za djecu

Zamislite da je bila velika kišna oluja. Bili ste sigurni od kiše u svojoj kući ali pogledali ste vani čim je završila. Sunce je tek počelo izlaziti iza oblaka, a kiša je počela prestajati. Tokom ovog čarobnog trenutka, međutim, vidite prekrasan prizor – dugu! Gledaš u tu veličanstvenu prirodnu pojavu i pitaš se kako nastaje duga? Duge se smatraju jednim od najposebnijih darova prirode, s mnogo slika i fotografija napravljenih na njima. One su takođe inspirisali mnoge pjesnike i druge vrste umjetnosti. Što je to toliko zanimljivo kod ovih prekrasnih lukova koje toliko volimo ali ne znamo kako nastaje duga? Duge nastaju kad svjetlost sja kroz vodu, kao kad sunce sija kroz kišu. Ova svjetlost je savijena i odbijena, poput odraza u ogledalu, što uzrokuje sve te nevjerojatne boje koje vidite.

Duge se obično pojavljuju poslije kiše, ali mogu se dogoditi gdje god se svjetlost savija unutar kapljica vode. Duge se mogu vidjeti u magli, spreju i rosi. Duge se sastoje od svih sedam boja koje dolaze od svjetlosti. Ove boje su: crvena, narančasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta. Zapravo, ono što duge čini toliko posebnima je da nijedna osoba ne vidi istu stvar. Budući da sve ovisi o tome kako se svjetlost savija i vraća prema vama, svi vide nešto drugačije. Neko ko izgleda kao da stoji točno ispod duge, zapravo gleda dugu izdaleka. Duge nisu predmet ili stvar i ne mogu se dirati. Oni se sastoje od svjetlosti koja se reflektuje i savija. Dugin kraj ustvari nije kraj. Iako nam izgledaju poput luka ili naopako slova „U“, duge su zapravo puni krugovi. Vidimo samo neke krugove jer dugu obično gledamo sa zemlje.

Možete li napraviti svoju dugu?

Da, možete! Sve što trebate su sunce i crijevo za vodu (i dopuštenje odrasle osobe, naravno). Morate stati leđima prema suncu, tako da ste okrenuti prema njemu. Uzmite svoje vrtno crijevo – one s velikim mlaznicama na krajevima obično najbolje rade – i uključite vodu.

A sada, drugu ruku digni ravno u zrak. Počnite prskati vodu otprilike na pola puta između zemlje i druge ruke koja je ravno u zrak. Trebali biste vidjeti mini dugu u svom dvorištu! Ako ovo nije uspjelo, pokušajte pomaknuti crijevo gore-dolje, dok ne vidite prekrasan luk prekrasnih boja. Ako opet ne uspije, možda ćete trebati pričekati dok vani ne bude sunčaniji dan kako biste bili sigurni da imate dovoljno svjetla. Duga nastaje kada se svjetlost savija i odbija kroz vodu. Može se vidjeti po kiši, rosi i magli. Sastoji se od sedam boja: crvene, narančaste, žute, zelene, plave, indigo i ljubičaste. Dvoje ljudi ne vidi istu tačnu dugu. Duge su zapravo krugovi, ali izgledaju poput lukova kad ih gledamo sa zemlje. Duge su prekrasne znamenitosti u kojima većina ljudi uživa i kojima se divi. Sačinjene su od nevjerovatnih boja koje nadahnjuju umjetnost i pjesme. Iako su samo svjetlost koja se oblikuje kroz vodu, ljudi ih i dalje posmatraju i vole svugdje. Sljedeći put kad bude padala kiša, obavezno potražite dugu!

Tagovi: boja, kapljice, kiša, luk, spektar, sunce, svjetlost