MAVRICA

Svetloba je elektromagnetno valovanje, z majhno valovno dolžino, ljudem pa omogoča, da čutimo svet okoli sebe v mnogih podrobnostih.

Mavrica nastane takrat, ko je na nebu Sonce, hkrati pa mora tudi deževati.Torej mavrica nastane v trenutku, ko ob dežju sonce uspe prodreti skozi oblake in obsije deževni oblak.Takrat se mavrica pojavi v dežju nasproti sonca, torej dopoldne nastaja na zahodu, popoldan pa na vzhodu. Dopoldanska mavrica nastaja ob nalivih od zahoda, ob tem lahko pri nas pričakujemo le kratkotrajno izboljšanje vremena, popoldanska pa kaže na deževne oblake na vzhodu, ki se v večini primerov oddaljujejo (torej je to čas lepšega vremena). Nastala mavrica je svetel lok mavričnih barv s premerom 42 stopinj, glede na senco naše postave.

Mavrica nastaja zaradi loma in odboja sončnih žarkov na vodnih kapljicah, na katerih bela svetloba razpade v spektralne barve, ki po odboju dospejo do človeškega očesa. Ker pa oko ne razloči kapljic, je mavrica videti kot nepretrgan trak. Na nebu se lahko pojavi ena ali dve mavrici. V vsakem primeru nastane mavrica, ki ji rečemo mavrica prvega reda, primarna ali pa glavna mavrica. Nastane pa tudi druga mavrica, mavrica drugega reda, večja oz. zunanja mavrica. Prva se tako na nebu pokaže pod kotom 42 stopinj, druga pa se boči še za 9 stopinj navzven. Višina mavrice je odvisna od višine sonca. Če je Sonce nižje je mavrica višje in obratno. Če pa je Sonce višje od 42 oz. 51 stopinj nad obzorjem, pa se mavrica sploh ne pojavi. Mavrico kot poln krog lahko opazujemo le z visokega hriba ali iz letala.

Barve, ki se kažejo v mavrici so komponente iz katerih je sestavljena bela svetloba. Za pojav mavrice so torej krive kapljice v atmosferi, ki delujejo kot prizme in razdelijo belo svetlobo v enobarvne sestavine. Opazovalec tako vidi barve spektra, kot jih daje mnogo kapljic. Popolnost mavrice pa je odvisna od lege sonca. Barve primarni in sekundarni mavrici si sledijo v drugačnem, nasprotnem zaporedju.Pri glavni mavrici se svetloba razkloni, ko vstopi v vodno kapljico in se odbije od zadnje stene proti opazovalcu. Pri sekundarni mavrici pa se žarki lomijo dvakrat in tako nastane mavrica z obrnjenim zaporedjem barv.

Pri mavrici drugega reda pa je notranji rob rdeč, zunanji pa vijoličen, zato pa so tudi ostale barve v obratnem vrstnem redu.

Odkar človek živi na zemlji, pozna mavrico. Da ta pojav povzročajo vodne kapljice, je več tisoč let stara ugotovitev. Tudi to, da je za nastanek mavrice v naravi nujno potrebna sončna svetloba,je prastara ugotovitev. Prvi, ki pa je znanstveno zadovoljivo pojasnil mavrico, pa je bil Descartes Rene leta 1673. Ni mu sicer uspelo pojasniti zakaj je mavrica pisana in zakaj si barve v primarnem in sekundarnem mavričnem loku sledijo v nasprotnem vrstnem redu, je pa bila ta pojasnitev mavrice, vendarle njegova največja fizikalna ugotovitev.

Da je pojasnil nastanek mavrice, si je Descartes izoblikoval tanke steklene kroglice, jih napolnil z vodo ter nanje usmeril tanek svetlobni pramen sončne svetlobe. Pri tem je sledil Marku Antoniju de Dominisu, ki je 22 let pred njim prvi utemeljil in izvedel podobne poskuse.Natančno zasledovanje sončnega žarka v vodni krogljici je posredovalo Descartesu spoznanje, da se žarek lomi bodisi dvakrat in enkrat popolnoma odbije, ali pa se dvakrat lomi in dvakrat popolnoma odbije.V prvem primeru ne sme biti Sonce več kot v kotu 42 stopinj nad obzorjem. Nastala mavrica ima obliko krožnega loka s središčem v očesu opazovalca. V drugem primeru ne sme biti Sonce više kot 51 stopinj nad obzorjem. Mavrico, ki nastane imenujemo zunanja mavrica.

Če bi sledili snopu vzporednih žarkov, ki upadajo v kapljo, bi ugotovili da se žarek, ki upada na kapljo v sredino (po optični osi), odbije sam vase. Žarki, ki upadajo nad osjo, izstopajo pod določenimi koti,pod osjo. Če žarki vstopajo višje v kapljo večji so izstopni koti. To velja le do izstopnega kota 42 stopinj, žarki, ki pa vstopijo nad tem žarkom (Descartesev žarek), izstopajo pod manjšim kotom. Žarki, ki vstopajo v kapljico na obeh straneh blizu žarka z odbojem 42 stopinj, potemtakem izstopijo iz kaplje približno pod istim kotom. To nam pove, da je gostota žarkov največja okoli odboja 42 stopinj. Prav to območje žarkov je odgovorno za nastanek mavrice.

Pri mavrici je Newton dodal to kar Descartes ni znal razložiti, in sicer kje so barve. Dokazal je, da je bela svetloba sestavljena iz pravega barvnega spektra. Torej je dokazal,da je sončna svetloba sestavljena iz vseh barv, ki sestavljajo mavrico.Trdil je, da obstajajo žarki različne lomljivosti, ki se med seboj razlikujejo po barvi. To je dokazal s pomočjo prizme, snopa svetlobe skozi prizmo in belega zaslona, kjer se je izrisala mavrica barv. To je Newton imenoval »spektrum«.

Iz Newtonovega poizkusa o razklonu sončne svetlobe sledi dejstvo, da se sleherna barvna svetloba lomi drugače. Zato je zgrešeno trditi,da se izoblikuje spektrum zgolj pri prehodu skozi prizmo.Smemo reči, da se različne barvne svetlobe različno lomijo ali da odlikuje nerazklonljivo monokromatično ali enobarvno svetlobo določene snovi določen lomni količnik.

Iz vsega tega sledi, da je lomni količnik vode za posamezne barve različen, zato se vsaka sestavina sončne svetlobe v kapljici lomi drugače, končni rezultat pa je mavrica. Lom je pri vijolični svetlobi nekoliko izrazitejši kot pri rdeči svetlobi.

Pri pazljivem opazovanju mavrice opazimo, da je nebo znotraj dveh mavric nekoliko temnejše kot pa je zunaj obeh mavric.Razlaga tega je naslednja.Kot vemo žarki ne upadajo le pod kotom 42 stopinj, temveč izhajajo iz kapljic tudi žarki pod manjšim kotom.Tem žarkom rečemo »vrnjeni« žarki.Vrnjeni žarki pridejo do našega očesa od kapljic, ki se nahajajo znotraj loka notranje mavrice. Prav tako sklepanje pa nas privede do razumevanja, da k svetlejšemu nebu pripomorejo tudi kapljice navzven od loka zunanje mavrice. Zato sta ti dve območji videti svetlejši.

Šibkim lokom pod lokom notranje mavrice pravimo interferenčne mavrice.Te mavrice se pojavijo ker žarka, ki vstopita v kapljo ob strani Descartesovega žarka, lahko po izstopu iz kaplje vzporedno nadaljujeta pot proti našemu očesu. Zaradi različnih poti, ki jih opravita v sami kaplji, se pojavijo interferenčne oslabitve oziroma ojačitve, ki jih opazimo kot loke različnih jakosti.

Mavrične barve pa so odvisne tudi od velikosti kapljic. Če je premer kaplje nekje od enega do dveh milimetrov potem bodo barve čiste in izrazite. Pri premerih okoli 0.5 milimetra je rdeča barva že precej oslabljena,kapljicam pri katerih premer meri okoli 0,1 milimeter pa rdeča že zbledi, komaj pa opazimo kak vijoličen odtenek. Pri kapljicah katerih premer meri 0,01 milimeter in so ponavadi kapljice megle ali oblakov, pa opazimo belo mavrico.Te kapljice so namreč že tako majhne, da pride do izraza uklon svetlobe. Žarki posameznih barv se zaradi uklona pahljačasto razširijo. Uklon je za rdečo barvo bolj izrazit kot za vijolično, tako na majhnih kapljicah rdeča izginja, prevladuje pa modrikast odtenek. Kapljice so lahko velike tudi stotinko milimetra, takrat se ukloni tudi svetloba kratkovalovnega dela spektra, rezultat je bel lok.

Vse zgoraj se je nanašalo na kapljice povsem okrogle oblike, kar pa vemo, da v naravi kapljice niso. V naravi so kapljice rahlo sploščene,take pa k tvorbi mavrice ne prispevajo kaj dosti žarkov, razen če žarki potujejo po ravni krožnega preseka.Posledica tega je, da so mavrice predvsem pri nizkem Soncu izrazitejše ob vznožju lokov, kjer mavrico tvorijo tako majhne okrogle kot večje sploščene kaplje. Na vrhu večje kaplje ne sodelujejo pri nastanku mavrice.