OPIS
Mavrica je svetlobni pojav v ozračju, ki ga vidimo v obliki loka spektralnih barv. Nastane zaradi loma, disperzije in odboja sončnih žarkov v vodnih kapljicah v zraku.
Mavrica, ki nastane zaradi sončnih žarkov, se vedno pojavi na nasprotni strani od Sonca, tako da ima opazovalec Sonce vedno za hrbtom. Mavrico vidimo kot polkrožni lok ali kot poln krog, odvisno od lege Sonca in opazovalca.
Mavrica ima notranji in zunanji lok. Zunanji lok je po intenziteti svetlobe šibkejši in ni vedno viden. Notranji lok mavrice je sestavljen iz celotnega spektra barv od vijolične spodaj do rdeče zgoraj. Zunanji lok pa ima ravno obrnjeno zaporedje barv, od rdeče spodaj od vijolične zgoraj.
Mavrica se pogosto pojavlja v kulturi kot motiv umetniškega ustvarjanja in simbol različnih gibanj.
Razlaga
Ko žarek svetlobe zadane kapljico pod nekim kotom, ki ni enak 0°, se majhen del le te odbije. Preostali del vstopi v kapljico in se zaradi spremembe lomnega količnika lomi. Ker je lomni količnik funkcija frekvence, vpadni žarek pa vsebuje celoten spekter frekvenc, se žarek za vsako frekvenco lomi pod malo drugačnim kotom.
Vpadni žarek se zato razcepi na posamezne žarke z različnimi valovnimi dolžinami. Ti žarki pot nadaljujejo skozi kapljico, nato se na meji kapljice večinsko odbijejo nazaj v kapljico, majhen del pa se prepusti. Ker žarki zadenejo kapljico na različnih mestih (tangente sfere na odbojnih mestih niso enake), se porazdelitev po kotu spremeni iz linearne v nelinearno. Odbiti žarki potujejo naprej v kapljici, dokler ne zadenejo roba kapljice, kjer se zaradi spremembe lomnega količnika lomijo in zapustijo kapljico.
Kot med vpadnim in izhodnim žarkom je odvisen od smeri in mesta oziroma višine, kjer žarek zadene kapljico. Žarki, ki vpadejo pravokotno na tangento kapljice, se odbijejo direktno nazaj. Žarki, ki padejo na rob kapljice, kjer je kot med vpadnim žarkom in tangento roba kapljice enak ali večji od kota totalnega odboja, se odbijejo na površini in ne sodelujejo pri pojavu mavrice. Žarki, ki se v kapljici enkrat odbijejo, izstopijo iz kapljice pod koti od 0° pa vse do 42°. Le žarki, ki izstopajo pod kotom med 40° in 42° so po valovni dolžini kotno ločeni. V tem dvostopinjskem loku vidimo mavrico.
Iz geometrije krogle sledi, da obstaja nek krožni pas, kjer se vsa svetlobe odbije pod kotom 42°, zato je pod tem kotom tudi največja intenziteta izhodnega žarka. Ostali odbiti žarki pod kotom od 0° do 40° vsebujejo mešanico različnih valovnih dolžin, kar vidimo kot belo svetlobo in posledično svetlejše nebo pod mavričnim lokom.
Žarki se v kapljici lahko tudi večkrat odbijejo, preden iz nje izstopijo. Tako žarki, ki se v notranjosti kapljice dvakrat odbijejo in izstopijo iz nje pod kotom med 50° in 53°, tvorijo zunanji mavrični lok.
Mavrična svetloba je polarizirana. To vidimo, če jo opazujemo skozi polarizator. Pri različnih postavitvah polarizatorja se vidijo različni deli mavrice in ne celoten lok, kot s prostim očesom.
Od spodaj navzgor si barve mavrice sledijo od vijolične do rdeče. Vpadni žarek se pri vstopu v kapljico razcepi po valovnih dolžinah. Če si ogledamo dva najbolj razmaknjena žarka (rdeči - večja in vijolični - manjša valovna dolžina) vidimo, da se vijolični žarek močneje ukloni kot rdeči, vendar je zaradi odboja v kapljici izstopni kot manjši in zato vidimo vijolični pas spodaj. Zgornji lok mavrice pa ima ravno obraten vrstni red barv. Vijolični žarek izstopi iz kapljice pod večjim kotom kot rdeči, kar pa je posledica dvakratnega odboja v kapljici. V zunanjem loku je izstopni kot vijoličnega žarka 53°, medtem ko rdečega 50,5°. Teoretično obstajajo tudi mavrični loki nad zunanjim, ki so posledica večkratnega odboja v kapljici.
Youtube video o nastanku mavrice:
vir videa: https://www.youtube.com/watch?v=xkDhQGXqwCM