Tại sao cầu vồng lại có hình bán nguyệt?
Cầu vồng có hình dạng bán nguyệt là do chỉ có những giọt mưa ở vị trí nhất định mới có thể phản chiếu ánh sáng vào mắt người.
Khi mặt trời nằm gần đường chân trời, góc giữa tia nắng và mặt đất rất nhỏ, gần như là song song với mặt đất. Lúc này, tia nắng chiếu vào giọt mưa và bị khúc xạ hai lần và phản xạ một lần, tạo thành một vòng tròn với mặt trời là trung tâm. Hình dạng của cầu vồng giống như một hình nón, với đỉnh là mặt trời và giọt mưa là đáy.
Vì mắt người rất gần với những giọt mưa, chỉ có thể nhìn thấy một nửa bề mặt của hình nón, nghĩa là chỉ thấy được cầu vồng hình bán nguyệt.
Khi mặt trời lặn hoàn toàn dưới đường chân trời, mép dưới của hình nón sẽ rơi xuống đất, không thể nhìn thấy toàn bộ bề mặt hình nón nên cũng không thể nhìn thấy cầu vồng.
Tuy nhiên, nếu mặt trời mọc ở một góc độ cao hơn, góc giữa tia nắng mặt trời và mặt phẳng mặt đất cũng sẽ lớn hơn. Đồng thời, hình nón hình thành do ánh sáng chiếu vào những giọt mưa cũng sẽ dốc hơn và chân đế sẽ nhỏ hơn. Trong tình huống này, mọi người có thể nhìn thấy bề mặt hình nón hoàn chỉnh, tức là cầu vồng hoàn chỉnh. Tuy nhiên, điều này khó đạt được, vì cầu vồng thường xuất hiện vào đầu cơn mưa, khi mặt trời thường ở gần đường chân trời.
Tại sao cầu vồng lại cong?
Cầu vồng không chỉ có hình dạng bán nguyệt mà còn có hình dạng vòng cung, điều này là do ánh sáng sẽ trải qua quá trình khúc xạ, phản xạ, và sau đó khúc xạ một lần nữa khi đi qua giọt mưa. Trong quá trình này, góc thoát của ánh sáng bằng với góc tới, nhưng nó không quay trở lại theo đường đi ban đầu mà lệch một khoảng nhất định sang một bên. Sự lệch này làm cho các tia sáng ban đầu song song không còn song song nữa mà lan ra bên ngoài, tạo thành cầu vồng hình vòng cung.
Màu sắc của cầu vồng được xếp theo thứ tự từ đỏ, cam, vàng, lục, lam, xanh lam, đến tím từ bên ngoài vào trong là do ánh sáng có các bước sóng khác nhau bị khúc xạ ở các mức độ khác nhau trong giọt mưa. Bước sóng của ánh sáng đỏ là dài nhất và độ khúc xạ nhỏ nhất, trong khi ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất và độ khúc xạ lớn nhất. Khi ánh sáng đi qua giọt mưa và bị khúc xạ, ánh sáng đỏ bị lệch ít nhất và ánh sáng tím bị lệch nhiều nhất.
Mắt người cũng nhạy cảm khác nhau với các màu sắc, ảnh hưởng đến cách chúng ta nhìn thấy màu sắc của cầu vồng. Mắt người nhạy cảm nhất với ánh sáng xanh lục, sau đó là ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh lam, và tương đối ít nhạy cảm hơn với các màu sắc khác. Khi nhìn vào cầu vồng, chúng ta thường thấy màu xanh lá cây rõ ràng hơn và các màu khác tương đối tối hơn.
Cầu vồng là một hiện tượng tự nhiên phức tạp và sự hình thành của nó liên quan đến kiến thức từ nhiều lĩnh vực như quang học và khí tượng học. Bằng cách hiểu cách cầu vồng được hình thành, chúng ta có thể đánh giá cao hơn kỳ quan thiên nhiên này.