Cầu vồng là một trong những hiện tượng thiên nhiên đẹp mắt và kỳ diệu mà chúng ta thường thấy sau một cơn mưa kết thúc. Ánh sáng phân tán trong giọt nước và tạo thành dãy màu sắc chói lọi, tạo nên hình ảnh đặc trưng của cầu vồng trên bầu trời. Tuy nhiên, bạn có bao giờ tò mò về lý do tại sao chúng ta có cầu vồng không? Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá vì sao có cầu vồng và quá trình quang học đằng sau hiện tượng này.

Vì sao có cầu vồng?

Cầu vồng là hiện tượng quang học xảy ra khi ánh sáng mặt trời chiếu qua giọt nước trong không khí trong khi trời đang mưa. Khi ánh sáng đi qua giọt nước, nó bị phân tán và gãy làm một dãy màu sắc khác nhau. Các màu sắc này được tạo thành bởi việc gãy ánh sáng theo góc khác nhau tại bề mặt giọt nước và sau đó được phản xạ lại.

Quá trình tạo ra cầu vồng diễn ra theo các bước sau đây:

Ánh sáng mặt trời chiếu vào giọt nước: Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào giọt nước, nó đi vào giọt nước và bị phân tán.

  1. Gãy ánh sáng: Ánh sáng bị gãy khi đi qua giọt nước vì sự khác biệt về chỉ số khúc xạ giữa không khí và nước. Chỉ số khúc xạ là một đại lượng mô tả khả năng của một chất để gãy hoặc lệch hướng ánh sáng.
  2. Phản xạ trong giọt nước: Sau khi ánh sáng bị gãy, nó được phản xạ lại từ phía trong giọt nước. Trong quá trình này, ánh sáng tiếp tục bị phân tán và gãy.
  3. Phản xạ trong giữa giọt nước: Ánh sáng phản xạ từ bề mặt trong giọt nước và di chuyển đến bề mặt phía trước. Trên đường đi này, ánh sáng tiếp tục bị phân tán và gãy thêm.
  4. Phản xạ ra khỏi giọt nước: Cuối cùng, ánh sáng rời khỏi giọt nước thông qua bề mặt phía trước và tiếp tục di chuyển trong không khí. Khi ánh sáng ra khỏi giọt nước, nó lại bị gãy một lần nữa.

Kết quả của quá trình này là ta thấy dãy màu sắc trong cầu vồng. Mỗi màu sắc trong cầu vồng tương ứng với một góc gãy cụ thể, do đó chúng xếp theo thứ tự từ đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, lam, chàm, cho tới tím.

Cầu vồng thường xuất hiện khi ánh sáng mặt trời chiếu vào giọt mưa trong một góc xác định. Điều này cũng giải thích tại sao cầu vồng thường xuất hiện sau khi mưa và khi ánh sáng mặt trời thấp trên bầu trời, ví dụ như sau một cơn mưa đoàn tụ hoặc trong buổi sáng hoặc hoàng hôn.

Vì sao cầu vồng lại có hình vòng cung?

Cầu vồng có hình vòng cung do sự phân tán và gãy ánh sáng trong giọt nước. Khi ánh sáng mặt trời đi vào giọt nước, nó sẽ bị phân tán và gãy ở góc khác nhau tại mặt ngoại của giọt nước.

Quá trình phân tán và gãy ánh sáng trong giọt nước sẽ tạo thành một dãy các góc gãy khác nhau cho mỗi màu sắc. Tuy nhiên, chỉ có những tia ánh sáng được gãy với góc nhất định (khoảng 42° đối với màu đỏ) mới có thể đạt được mắt người ở một góc nhìn cụ thể.

Do đó, khi ta nhìn vào giọt nước từ một vị trí cụ thể, ta chỉ nhìn thấy ánh sáng được gãy theo một góc nhất định tạo thành một dãy màu sắc. Khi ánh sáng này phản xạ trong giọt nước và rời khỏi giọt, nó tạo thành một vòng cung trong không gian. Vì mỗi giọt nước trong không khí tạo ra một vòng cung, nhưng chỉ những giọt nước nằm trên đường tròn ảo có tâm ở trước mắt người quan sát mới đóng góp vào hình thành cầu vồng, nên ta thấy cầu vồng có hình vòng cung.

Cầu vồng là một trong những biểu tượng thiên nhiên đầy màu sắc và kỳ diệu, tạo nên sự kỳ quan và sự kết nối giữa ánh sáng và nước. Hiểu được quá trình phân tán và gãy ánh sáng trong giọt nước giúp chúng ta có cái nhìn sâu hơn về cầu vồng và những hiện tượng quang học phức tạp đằng sau nó. Khi ta nhìn thấy cầu vồng trên bầu trời, hãy tưởng tượng rằng nó là một sợi liên kết tuyệt vời giữa trời và đất, mang lại vẻ đẹp và hy vọng sau một trận mưa.