Curcubeu

Curcubeul este un fenomen optic și meteorologic care se manifestă prin apariția pe cer a unui spectru de forma unui arc colorat atunci când lumina soarelui se refractă în picăturile de apa din atmosfera. De cele mai multe ori curcubeul se observă după ploaie, când soarele este apropiat de orizont.

Centrul curcubeului este în partea opusă soarelui față de observator. Trecerea de la o culoare la alta se face continuu, dar în mod tradițional curcubeul este descris ca având un anumit număr de culori; acest număr diferă de la o cultură la alta, de exemplu în tradiția românească secvența culorilor este adesea prezentată astfel: roșu, portocaliu (oranj), galben, verde, albastru, indigo și violet, și memorată sub forma acronimului ROGVAIV. Ordinea culorilor este de la roșu în exteriorul arcului la violet în interior.

În condiții de vizibilitate bună uneori se poate observa și un curcubeu mai slab, concentric cu primul, ceva mai mare și cu ordinea culorilor inversată. Teoretic există nu numai acest curcubeu secundar, ci o infinitate de ordine superioare, dar practic cu ochiul liber au fost observate doar primele patru; al treilea și al patrulea sunt și mai slabe și se află de aceeași parte cu soarele, ceea ce îngreunează mult observarea.

Același fenomen are loc și în alte condiții, de exemplu cu lumina lunii (sau orice altă sursă de lumină) în loc de soare, cu picături de apă provenite de la spargerea valurilor, fântâni arteziene, cascade, stropitori etc., cu alte lichide în loc de apă ori cu obiecte solide și transparente (sticlă, polistiren etc.) în formă sfera

Producerea curcubeului

Curcubeul poate fi explicat analizând mersul razelor de lumină într-o sferă transparentă. Lumina albă de la soare suferă mai întâi o refracție la intrarea în picătura de apă, moment în care începe separarea culorilor. În partea opusă a picăturii are loc o reflexie la interfața dintre apă și aer (o parte din lumină iese afară, dar aceasta nu produce efectul de curcubeu). În continuare lumina iese din picătură printr-o a doua refracție, care amplifică separarea culorilor.

Pentru fiecare lungime de undă există un unghi la care intensitatea luminii ieșite din picătură are un maxim. Existența acestui maxim se explică astfel: funcția care face legătura dintre excentricitatea razei de intrare (distanța dintre raza de lumină care intră în picătură și centrul picăturii) și unghiul de ieșire (unghiul dintre raza de la intrare și cea de la ieșire) nu este monotonă, ci crește de la zero, are un punct de întoarcere și apoi scade. În jurul punctului de întoarcere, pentru un interval relativ larg de excentricități, unghiul de ieșire se modifică foarte puțin, ceea ce face la acest unghi să iasă din picătură o cantitate de lumină mult mai mare decât la alte unghiuri. Acest fenomen, combinat cu faptul că pentru fiecare lungime de undă unghiul corespunzător maximului de intensitate luminoasă are altă valoare, explică formarea curcubeului sub forma unui arc colorat. Punctul de întoarcere menționat se remarcă prin faptul că partea atmosferei din interiorul arcului curcubeului este mai luminoasă decît cea din exterior.

Același raționament explică de ce razele care ies din picătura de apă fără nici o reflexie internă nu formează un curcubeu: unghiul de ieșire depinde monoton de excentricitatea razei de intrare, deci la nici un unghi nu se concentrează o parte semnificativă din lumina soarelui; aceste raze nu fac decât să împrăștie lumina într-un mod care depinde prea puțin de lungimea de undă.

Curcubeul secundar diferă de primul prin aceea că în interiorul picăturii de apă lumina suferă două reflexii interne. Analog, ordinele superioare se obțin printr-un număr sporit de reflexii interne, ceea ce explică în parte intensitatea lor scăzută.

Există mai multe fenomene fizice care stau la baza producerii curcubeului sau care îl pot influența:

• Tensiunea superficiala face ca picăturile de apă, mai ales cele foarte mici, să fie aproape perfect sferice.
• Refractia si reflexia luminii explică de ce lumina curcubeului are altă direcție decît lumina de la soare.
• Dispersia, adică dependenta indicelui de refractie al apei de lungimea de unda a luminii, explică de ce curcubeele sunt colorate și nu doar albe.
• Difractia luminii devine semnificativă atunci când picăturile de apă sunt extrem de mici, de ordinul micronilor, deci comparabile cu lungimea de undă (aproximativ 0,5 μm). În acest caz culorile curcubeului se estompează.
• Dacă picăturile sunt mari și nu se află într-un echilibru care să le asigure forma sferică, efectul de curcubeu fie este redus, fie nu apare.