2012年12月19日水曜日

光のふしぎ(5) 虹

ニュートンが万有引力の法則を発見したのは非常に有名ですが、
実は、ニュートンは光学にも詳しく、虹が7色だと示したのも彼です。

彼は、無色の光をプリズムに通すと赤から紫まで連続的に変化する
光の帯が表われるのを実験で示しました。
この現象を光の分散といいます。

太陽や電灯の光はたくさんの色の光が集まったものです。
光の三原色、赤、緑、青を混ぜると白色の光が出来ることからも想像がつきます。

光の色の違いは波長(厳密には周波数)の違いであり、
赤、橙、黄、緑、青、藍、紫の順に波長がだんだん短くなります。

屈折率は、波長が短い光ほど大きくなるので、
プリズムに無色の光を通すと、
よく屈折するのが青い光、あまり屈折しないのが赤い光と色ごとに光が分かれるのです。

では、本題の虹に入りましょう。

雨が降ったあとの空には、たくさんの小さな水滴が浮かんでいます。太陽の光が水滴にあたると、表面で屈折し水滴の中に入ります。その光は水滴の中で反射し、再び水滴の表面で屈折して外へ出ます。

屈折のしやすさは色によって異なり、
赤い光は約42度、紫の光は約40度の方向に分散します。
これが虹(主虹)ができるしくみです。

また、水滴の中で2回反射が起こる場合もあります。
分散する角度が異なり、赤い光は51度、紫の光は53度になります。

この虹を副虹といい、主虹とは色の並び順が逆になり、ぼんやりと見えます。

ちなみに、水滴の中で3回以上反射する光は、光がかなり弱くなるため、見ることができません。