Краткий ответ. Радуга возникает потому, что солнечный свет проходит через водяные капли: преломляется, разделяется на цвета из-за дисперсии, отражается внутри капли и снова преломляется. В результате разные цвета выходят под немного разными углами, и наблюдатель видит цветную дугу.
Ключевые шаги процесса:
- Белый солнечный свет попадает на каплю воды.
- На границе «воздух — вода» свет преломляется.
- Так как показатель преломления воды различен для разных длин волн, происходит дисперсия: фиолетовый свет отклоняется сильнее красного.
- Внутри капли свет частично отражается от её задней поверхности.
- При выходе из капли свет ещё раз преломляется.
- Множество капель направляет в глаз наблюдателя свет под углами около \(40^\circ\)–\(42^\circ\) к направлению на противосолнечную точку. Поэтому видна дуга: красный край снаружи, фиолетовый внутри.
Готовый текст в научном стиле:
Радуга представляет собой оптическое атмосферное явление, возникающее при взаимодействии солнечного излучения с взвешенными в атмосфере каплями воды. При попадании света на границу раздела «воздух — вода» происходит преломление, сопровождающееся дисперсией: показатель преломления воды зависит от длины волны, вследствие чего фиолетовое излучение отклоняется сильнее красного. Внутри капли свет частично отражается от её внутренней поверхности, после чего вновь преломляется при выходе в воздух. В результате капля отклоняет различные спектральные составляющие под разными углами. Наблюдатель воспринимает излучение, приходящее от множества капель под углами около \(40^\circ\)–\(42^\circ\) к направлению на противосолнечную точку, поэтому формируется цветная дуга с красным внешним и фиолетовым внутренним краем. Для наблюдения радуги необходимо, чтобы Солнце находилось за спиной наблюдателя, а капли воды — перед ним.
Проверка: красный цвет действительно находится снаружи первичной радуги, фиолетовый — внутри; радуга видна при Солнце за спиной и наличии капель воды в воздухе.