Streuung in Regenbogen

Also habe ich versucht, nach der Funktionsweise eines Regenbogens zu suchen. Ich fand viele Quellen und die Erklärung war klar. Ich habe aber immer noch ein Problem. Da die Dispersion aufgrund unterschiedlicher Brechungsindizes für verschiedene Farben erfolgt, sollte die Aufspaltung immer winkelunabhängig erfolgen. Warum ist es dann nur bei 40-42 Grad möglich? Mein Versuch war zu denken, dass der Grund sein könnte, dass bei anderen Winkeln keine Totalreflexion auftritt, selbst wenn eine Aufspaltung auftritt, aber ich konnte es nicht ganz verstehen. Wie ist diese Winkelabhängigkeit der Dispersion zu verstehen?

Antworten (2)

Es gibt zwei verschiedene Annahmen, die in Ihrer Frage nicht genau richtig sind:

Erstens ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass Regenbögen aufgrund von Totalreflexion entstehen. Das ist nicht wahr . In der Tat, wie Sie betonen, wenn es sich tatsächlich um Totalreflexion handeln würde, gäbe es a priori keinen Grund dafür, dass alle Regenbogen den gleichen Winkel von der Linie haben, die die Sonne und den Anti-Sonnenpunkt verbindet.

Wie ich in meiner Antwort auf diese Frage erklärt habe: Unterschied zwischen primärem und sekundärem Regenbogen , erscheint der Regenbogen in bestimmten Winkeln, weil kugelförmige Tropfen einen Winkel minimaler Abweichung haben (der vom Brechungsindex abhängt). Lichtstrahlen, die in der Nähe dieses Winkels auf den Tropfen treffen, werden "gebündelt" und haben daher eine ausreichende Intensität, damit Sie sie mit Ihren Augen sehen können. Wenn sie nicht so dicht aneinandergereiht wären, würden Ihre Augen sie nicht als "Band" irgendeiner Farbe erkennen.

Zweitens (und vielleicht mehr zu Ihrer Frage) hängt der Brechungsindex eines Materials von der Wellenlänge des Lichts ab (tatsächlich ist dies das Prinzip, nach dem das Prisma funktioniert!). Weitere Informationen hierzu finden Sie hier und hier . Dadurch hängt dieser minimale Abweichungswinkel auch von der Wellenlänge (oder „Farbe“) des Lichts ab, was dazu führt, dass unterschiedliche Farben in unterschiedlichen Winkeln erscheinen.

Wie ich in der anderen Antwort erwähnt habe, lesen Sie den erstaunlichen Artikel von Jearl Walker, in dem erklärt wird, wie der Regenbogen entsteht und warum die Farben des sekundären Regenbogens "umgedreht" werden!

Was ich damit meinte, dass die Lichtstreuung unabhängig vom Einfallswinkel des weißen Lichts ist, war, ob es einen Einfallswinkel für weißes Licht gibt, das durch ein Medium mit unterschiedlichen Brechungsindizes tritt, bei dem keine Streuung auftritt. Das heißt, das Phänomen tritt unabhängig vom Einfallswinkel auf, oder?
Und unabhängig davon, in welchem ​​​​Winkel ich weißes Licht auf ein solches Muster mit mittlerer Dispersion sende, wird es sichtbar sein, da es zu einer Aufspaltung kommt? Ich habe auch den Grund für einen bestimmten Winkel im Regenbogen verstanden, so dass Ihre Frage beantwortet wird.
Könnten Sie etwas klarer sein? Ich habe wirklich Probleme zu verstehen, worüber Sie verwirrt sind. Erstens sprechen wir von einem Wassertropfen oder einem komplizierteren System (da Sie andeuten, dass es durch ein Medium mit mehr als einem Brechungsindex geht). Im Allgemeinen gibt es keinen Grund für eine Streuung: Nehmen Sie zum Beispiel eine Glasplatte: Ich sende weißes Licht ein und es wird nicht in seine Farbbestandteile zerlegt. Andererseits ist ein Prisma wegen seiner Form.
Gibt es keine Dispersion an jeder Grenzfläche?
Ich meine, sogar in der Glasplatte findet eine Dispersion statt, aber dann gibt es eine Rekombination. Meine Verwirrung ist, wenn ich ein buntes Muster sehe und ich vermute, dass sich das Muster mit dem Winkel ändert. Ist es möglich, dass sich das Muster ändert oder verschwindet, wenn es aus einem anderen Blickwinkel betrachtet wird? Ich meine, wenn es zu einer Streuung kommt, sollte ich das Muster immer noch sehen, oder? Ich habe den Grund hinter dem Regenbogen verstanden, aber sagen wir mal für einen allgemeinen Fall. Nehmen wir an, die Bündelung ist nicht der Grund für meinen Fall. Könnte es sein, dass das Dispersionsmuster von dem Winkel abhängt, aus dem ich es betrachte?
Ich bin mir immer noch nicht sicher, ob ich die Frage verstehe, aber sie scheint der anderen Frage, die Sie gestellt haben, sehr ähnlich zu sein . Ich denke, es muss unterschieden werden, ob eine Dispersion auftritt und in der Lage ist, die Dispersion zu sehen . Wenn Ihr Auge in der Lage sein soll, eine "Farbe" in einer bestimmten Richtung zu erkennen, muss eine beträchtliche Anzahl von Lichtstrahlen in Ihr Auge eintreten, dh Sie benötigen eine große Dichte pro Raumwinkel dieser Farbe. Aus diesem Grund ist der Regenbogen in bestimmten Winkeln sichtbar, da die Strahlen in diesen Winkeln am engsten gebündelt sind und Sie sie als Farbe erkennen können.
Sicher, danke.
Sie haben Recht, es war der Versuch, über die andere Frage nachzudenken, die ich gestellt habe. Aus Ihrer Antwort geht hervor, dass Streuung als möglicher Grund für dieses Muster nicht ausgeschlossen werden kann, auch wenn dies von meinem Betrachtungswinkel abhängt.

In einem primären Regenbogen tritt ein Lichtstrahl von der Sonne auf einer Seite eines Regentropfens ein, wird von der Rückseite reflektiert und verlässt ihn auf der anderen Seite. Aufgrund von Variationen im Brechungsindex sind die Winkel für verschiedene Farben leicht unterschiedlich. Wenn Sie den Abweichungswinkel (zwischen dem einfallenden Strahl und dem austretenden) gegen den Einfallswinkel (gemessen von der Normalen zur Oberfläche) auftragen, stellen Sie fest, dass die Kurve ein Minimum hat (nahezu 140 Grad Abweichung und 60 Grad Einfall). Bei diesem Minimum ändert sich die Abweichung bei kleinen Änderungen des Einfallswinkels nur sehr wenig. Dies bedeutet, dass der Tropfen in diesem Winkel Strahlen von verschiedenen Teilen der Sonne aufnehmen und sie zu einem austretenden Strahl konzentrieren kann (dieser Konzentrationswinkel ist für jede Farbe unterschiedlich, und Sie sehen die konzentrierten Farben).

Streuung in Regenbogen
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