Cầu vồng - vẻ đẹp kì ảo của tạo hóa
| 24/06/2012 05:00 PM
Cầu vồng là hiện tượng tán sắc của ánh sáng Mặt Trời khi khúc xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa.
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.
Thực chất, quá trình xảy ra ở cầu vồng chính là sự bẻ cong ánh sáng hay thay đổi hướng của ánh sáng khi di chuyển với các tốc độ khác nhau qua các giọt nước mưa. Mỗi giọt nước lại là một lăng kính nhỏ tí và cầu vòng có dạng một dải màu đều đặn vì có vô vàn các giọt nước. Để có thể hiểu về sự bẻ cong ánh sáng, bạn hãy tưởng tượng như khi đẩy một giỏ hàng trên bãi đậu xe. Nếu bạn đẩy giỏ hàng với một lực nhất định thì nó sẽ đi với tốc độ ổn định. Nhưng nếu bạn đẩy giỏ hàng vượt ra ngoài bãi sang phần bãi cỏ (thay đổi bề mặt tiếp xúc), chắc chắn rằng tốc độ của nó sẽ thay đổi và chậm lại và bạn cần tốn nhiều sức lực hơn. Thế nhưng nếu bạn đẩy chiếc giỏ đi với 1 góc nhất định thì chuyện gì sẽ xảy ra. Nếu bánh xe bên phải chạm xuống cỏ trước thì tốc độ của nó sẽ chậm lại còn bánh xe bên trái vẫn ở trên bãi xe nên tốc độ của nó nhanh hơn bên phải. Do vậy, chiếc giỏ sẽ di chuyển sang phải để tiến sang phần bãi cỏ. Tương tự như vậy đối với trường hợp bẻ cong của ánh sáng khi đi vào các lăng kính (các giọt nước). Một phần của ánh sáng sẽ chậm hơn so với phần còn lại nên ánh sáng bị biến đổi tại ranh giới giữa không khí và lăng kính (một số bị phản xạ lại). Sau đó nó lại tiếp tục thay đổi khi thoát ra khỏi lăng kính.
Tạo ra cầu vồng
Các giọt nước mưa tuy có hình dạng khác nhau nhưng nhất quán hơn so với lăng kính thủy tinh và đều tác động tới ánh sáng theo cách tương tự nhau.
Khi mặt trời chiếu qua nước mưa, nó phân ra thành 7 màu đỏ, cam, vàng, xanh , lam, chàm, tím vì những giọt nước mưa giống như những lăng kính nhỏ. Hay nói theo cách khác, ánh sáng trắng bị khúc xạ và mỗi màu nghiêng theo một góc khác nhau để cho ta thấy những màu khác nhau trải dài dưới dạng một hình cung.
Vòng cung này có một góc khoảng 42 độ. Màu đỏ lúc nào cũng ở bờ (phía trên) bên ngoài trong lúc màu tím thì ở đối diện, gần đất nhất. Khi tia sáng mặt trời va chạm vào một phần tử của khí quyển, nó thay đổi hướng đi: một phần của tia sáng vào trong phần tử này rồi phản chiếu trở lại (đổi chiều). Phần còn lại của tia sáng được phản xạ bởi phần tử mà ta gọi là "nảy lên" (rebondir). Những cầu vòng hiện ra khi tia sáng chạm vào những giọt nước mưa tùy góc độ lớn nhỏ mà độ lớn và chiều cao của cầu vòng thay đổi. Ðộ lớn của giọt nước cũng ảnh hưởng đến màu sắc của cầu vồng. Giọt nước càng lớn, nó càng phân tán ánh sáng và cầu vòng lại càng được 7 màu rõ ràng.
Cầu vòng cũng phụ thuộc vào sự chuyển động của giọt nước, của vị trí mặt trời và của người quan sát . Không có hai người quan sát cùng một cầu vòng vì nó tạo bởi những giọt nước khác nhau, nói cách khác mỗi màu ta thấy là do từ những giọt nước khác nhau. Lẽ đương nhiên ta không thể thấy chỉ một cầu vòng bởi vì nó di chuyển cùng một lúc với ta và góc quan sát của ta thay đổi không ngừng.
Làm thế nào để quan sát cầu vòng?
Mặt trời càng thấp, cầu vồng càng cao nên quan sát buổi sáng và buổi chiều là lúc tốt nhất. Khi mặt trời lên cao cầu vòng càng phẳng và khi cao hơn 42° so với chân trời thì ta không thể thấy nó nữa. Muốn có cầu vòng phải quan sát khi mặt trời tạo góc dưới 42° so với chân trời. Ngoài ra muốn có màu sắc rõ ràng, phải có những giọt nước mưa lớn nên sau trận mưa lớn ta có cầu vòng đẹp.
Nơi nào thường có cầu vòng?
Có những vùng được nổi tiếng về sự xuất hiện thường xuyên của cầu vồng, thí dụ Honolulu. Những ngọn núi phía Bắc của thành phố thường xuyên có sương mù đặc trong lúc mặt trời chiếu nắng. Người ta thấy xuất hiện những cầu vòng lộng lẫy trên những ngọn đồi. Nhiều khi khi mặt trời sắp lặn, bầu trời đuợc chế ngự bởi một màu đỏ và cầu vồng không thể phát ra những màu khác nên chỉ hiện ra màu đỏ. Vài nơi có vòi phun nước ta cũng thấy hiện tuợng cầu vồng. Cầu vồng có thể xuất hiện ở bất cứ đâu sau cơn mưa.
Những loại cầu vòng khác nhau
Buổi sớm khi mặt trời đốt nóng mặt đất và sương mù tan di, lúc này cầu vồng có thể hình thành bởi vì sương mù giống như mây nơi mặt đất. Vào một đêm trăng sáng khi trăng ở thấp gần chân trời, cũng có khi thấy cầu vồng vì ánh sáng của trăng khúc xạ khi gặp mưa. Màu sẽ mờ nhạt, có khi chỉ có một đường cong màu đỏ lợt. Có khi chúng ta chỉ thấy một phần của cầu vồng khi mưa không đều hay mây bị xé ra. Tuyết rơi không bao giờ cho cầu vồng (tại vì tuyết phản chiếu trả lại tất cả ánh sáng, mà "tất cả ánh sáng" tức là trắng.
Ngoài ra, ta cũng có thể thấy có nhiều cầu vồng cùng lúc. Hiện tượng này gồm có một vòng cung sơ cấp và một vòng cung thứ cấp, một dải sẫm màu Alexandre và những vòng cung thừa. Vòng cung sơ cấp hướng vào giữa đường nối giữa mặt trời và người quan sát. Bán kính góc là 41° và chiều rộng là 2°15. Màu đỏ ở bên ngoài. Màu luôn luôn được xếp đặt từ dưới lên như sau: tím, chàm, lam, xanh lá cây, vàng, cam, đỏ. Nhưng không rõ nét giữa những màu. Vòng cung thứ cấp, đồng tâm với vòng sơ cấp, bán kính góc khoảng 52° . Những màu sắp đặt theo thứ tự ngược lại: Ðỏ ở phía dưới và tím ở phía trên. giữa hai vòng cung, trời thường có màu sậm hơn bên ngoài.
Một vài hình ảnh đẹp về cầu vồng
Tham khảo : ttp://science.howstuffworks