Tęcza powstaje na skutek oddziaływania światła słonecznego na wodę znajdująca się w powietrzu. Do kropli wody wpada światło słoneczne, ale woda jest bardziej gęsta niż powietrze, co sprawia, że światło spowalnia i zostaję załamane. Światło odbija się wewnątrz kropli i rozdziela się na fale elektromagnetyczne o różnej długości (czyli kolory), gdy światło opuszcza kroplę wody, tworzy tęczę.
Kiedy powstaje tęcza?
Do powstania tęczy potrzebne są trzy czynniki, które muszą się ze sobą zgrać. Bez nich wystąpienie tęczy jest niemożliwe:
- Kropli wody unoszących się w powietrzu.
- Źródło światła za obserwującym.
- Kąt padania światła poniżej 42 stopni.
W powietrzu muszą znajdować się kropelki wody, żeby światło mogło się wewnątrz nich rozszczepić (dyspersja). Nie muszą one pochodzić wyłącznie z deszczu, bo tęcza może się również pojawić przy wodospadzie, nad falami morskimi, czy w czasie mgły.
Światło wpada do środka wielu kropel wody unoszących się w powietrzu. Przy wejściu do wnętrza kropli światło zostaje zagięte i rozszczepione, po czym odbija się od tylnej ścianki kropli w przeciwnym kierunku – czyli w stronę, z której przyszło. Gdy światło wylatuje z kropli, zostaje rozszczepione jeszcze raz.
Słońce musi znajdować się poniżej 42 stopni nad linią horyzontu. To dlatego, że światło odbite od kropli wody również musi wyjść pod kątem 40-42 stopni, żebyśmy mogli zobaczyć tęczę.
Choć wydaje nam się, że tęcza “jest” w jakimś konkretnym miejscu, gdy na nią patrzymy, to tak naprawdę jej tam nie ma – dlatego, że tęcza to złudzenie optyczne.
Skąd biorą się kolory w tęczy?
Światło słoneczne składa się z wielu fal elektromagnetycznych, a każda z nich ma inny kolor. Czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy, w połączeniu razem są białe tak jak światło słoneczne. Dopiero gdy zostaną rozdzielone dostrzegamy poszczególne barwy.
Światło może zostać rozszczepione na wiele sposobów m.in. przez krople wody unoszące się w powietrzu – wtedy zobaczymy tęczę. Ale mogą to być np. cząsteczki zawarte w powietrzu, które sprawiają, że niebo jest błękitne.
Dlaczego tęcza nie jest prosta, ale ma kształt łuku?
Wbrew temu co widzimy, tęcza nie ma kształtu łuku, ale tak naprawdę jest okręgiem. Stojąc na ziemi, widzimy tylko część powyżej horyzontu, czyli łuk tęczy.
Centralny punkt widzianej tęczy zawsze znajduje się tam, gdzie rzucany jest cień obserwatora. Każda osoba widzi inny horyzont, co sprawia, że nikt nie widzi tej samej tęczy. Osoba, która stoi 100 metrów dalej, zobaczy inną tęczę, która rozciąga się od widzianego przez nią horyzontu, a centralnym punktem tęczy będzie własny cień tej osoby.
Dlaczego czasami widzimy dwie tęcze?
To dlatego, że pierwsza tęcza powstaje w wyniku jednego odbicia wewnątrz kropli, natomiast druga tęcza tworzy się poprzez kolejne odbicie, które opuszcza kroplę pod innym kątem (50 stopni zamiast 42).
Z tego względu druga tęcza znajduje się nad tą pierwszą, a jej kolory są w odwrotnej kolejności – czerwony na dole, fioletowy u góry. Jest ona również mniej widoczna z powodu większego rozproszenia fal.
