비온뒤 무지개가 생기는 이유는 어떤 원리인가요?
비온뒤 맑으면 무지개가 생기잖아요~
예전부터 그냥 신기하게만 바라봤었는데 어제 갑자기 무지개가 왜 생기는지 급 궁금해지더라구요..
무지개가 생기는 이유는 어떤 원리인가요?
무지개는 공기 속에 있는 물방울과 햇빛이 만들어 내는 아름다운 현상이에요. 공기 속에 떠 있는 작은 물방울이 햇빛을 받아 빛이 분산되어 나타나는 것이지요.
햇빛은 우리 눈으로 보기에 색이 없어 보이지만, 실제로는 여러 가지 빛깔이 섞여 있어요.
빛의 방향을 바꾸는 도구로 쓰이는 프리즘을 통해 보면 여러 색깔로 나뉘어요.
빛이 프리즘을 통과하면서 색깔에 따라 꺾이는 각도가 다르기 때문이에요. 빨간색은 조금 꺾이고 보라색은 많이 꺾이지요.
무지개가 만들어지는 원리도 빛을 프리즘에 통과시키는 것과 같아요. 소나기가 지나간 대기 중에는 물방울이 많아져요. 이 물방울이 프리즘의 역할을 하지요.
햇빛이 이 물방울을 통과할 때 햇빛의 방향이 꺾이고 흩어져요. 이때 햇빛이 꺾이는 정도에 따라 햇빛의 색깔이 다르게 나타나지요.
즉, 햇빛이 공기 중의 물방울을 통과할 때 분산되면서 여러 가지 색으로 나뉘어 무지개를 볼 수 있게 되는 것이랍니다.
보통은 하나의 무지개를 볼 수 있지만, 또 하나의 무지개를 볼 수도 있어요. 두 개가 한꺼번에 뜨는 무지개를 쌍무지개라고 하지요.
비가 갠 후의 공기에는 물방이 많다.
-공중에 무수히 많은 물방울이 굴절 현상을 일으키면서 프리즘 역할을 하여 만들어진 것이 무지개다
-물방울로 입사한 빛 가운데 일부는 반사된다.
-다른 일부는 물방울의 내부로 들어가게 되는데 이때 굴절이 일어난다.
-들어간 빛은 물방울 내부에서 반사되어 다시 굴절하여 밖으로 나간다.
1. 무지개
비가 내린 후 하늘을 올려다보면 빨주노초파남보의 7가지 빛깔로 하늘을 아름답게 수놓는 예쁜 무지개를 발견할 때가 있습니다. 이 무지개는 과연 무엇일까요. 진짜로 하늘에 아름다운 총천연색 다리가 놓인 것일까요?
우리는 이것을 앞에서 배운 빛의 분산으로 설명할 수 있습니다. 다시 말하며 우리가 여러가지 광학적 현상중에서 주위에서 볼 수 있는 가장 아름다운 빛의 분산 중 하나가 무지개입니다.
그렇다면 무지개는 언제 볼 수 있을까요?
① 무지개를 보려면 하늘 한 쪽에 태양이 빛나고 있어야 하고
② 그 반대 쪽 하늘에는 비로 인해 생긴 물 방울이나 구름 속의 물방울들이 있어야 합니다.
③ 그리고 태양을 등지고 서면 무지개를 볼 수 있는 기회를 가질 수 있습니다.
우리가 흔히 보는 무지개는 반 원입니다. 하지만 무지개의 원래 모양은 원입니다. 우리가 비행기를 타고 어느 고도까지 올라간다면 원 모양의 무지개를 볼 수 있겠지만 평상시에는 땅이 가로막고 있기 때문에 원 모양의 무지개를 볼 수 없는 것입니다.
아래에서 이 무지개가 어떻게 만들어지는지 살펴보도록 합시다.
2. 무지개는 어떻게 만들어지나?
물방울에 의해서 빛이 어떻게 분산되는지를 이해하려면, 하나하나의 구형 물방울에서 어떤 일이 일어나는지 생각해 보아야 할 것이다. 보통, 무지개는 물방울에서 일어나는 두 번의 굴절과 1번의 반사에의해 만들어진다.
물방울에 의한 한번의 굴절과 반사를 통해 물방울의 아래쪽 표면에 도착한 광선의 일부는 공기 중으로 굴절된다. 두 번째 굴절은 프리즘에서의 굴절과 비슷한데, 프리즘에서는 두 번째 표면의 굴절에서는 첫 번째 표면을 통해 이미 만들어진 분산이 더욱 확대되어 나타난다. 두 번 굴절되고 한 번 반사된 빛은 작은 영역의 각도에 집중되어 나타난다. 각각의 물방울들은 모든 색깔의 스펙트럼이 나타나도록 빛을 분산시킨다.자세한 설명
비가 그친 뒤 물방울이 많은 대기에 햇빛이 비칠 때 나타나는 아름다운 빛깔의 반원형 호(弧). 태양의 맞은편 쪽에 반지름이 빨강 부분에서 약 42˚, 보라 부분에서 약 40˚의 원호(圓弧)를 이루며, 그 사이에 스펙트럼으로 분광(分光)된 색이 나란히 있다. 색은 바깥쪽으로부터 빨강·주황·노랑·초록·파랑·남·보라 순이며, 반드시 이 색들이 모두 나타나는 것은 아니다. 색이 모두 나타나는 것이 ＜주(主)무지개＞이다. 이 주무지개 바깥쪽에서 더 큰 ＜부(副)무지개＞를 볼 수 있다. 이것은 색배열이 주무지개와는 반대로 바깥쪽이 보라, 안쪽이 빨강이며 반지름은 보라 부분에서 약 54˚, 빨강 부분에서 약 50˚이다. 그리고 무지개와 무지개 사이의 하늘은 다른 부분보다 어둡게 보인다. 또 산에서 갑자기 쏟아지던 소나기가 갠 경우에는 주무지개 안쪽에 분광된 스펙트럼 색이 여러 번 되풀이 반사되고 있는 경우가 있는데, 이것을 ＜과잉무지개＞라고 부른다. 흔히 7색무지개 또는 5색무지개라고 하는데, 그 색은 태양빛의 굴절률의 차이로 스펙트럼으로 나뉘어 보이는 것이므로 5색 또는 7색으로 한정되어 있는 게 아니고, 본디 빨강에서 보라까지 연속된 파장(波長)으로서 다만 그 가운데에서 5색이나 7색의 대표적인 색의 이름을 부르고 있을 뿐이다. 주무지개는 태양광선이 물방울에 들어갈 때 1번 굴절하고, 물방울 내면에서 전반사(全反射)를 1번, 물방울을 나올 때 다시 1번 굴절함으로써 생긴다. 이때 빛의 파장(色)에 따라 굴절률이 다르므로 보라에서는 입사(入射) 광선과 40˚ 방향, 빨강에서는 42˚ 방향으로 되돌아나가는 것이 강해진다. 이것은 프리즘에서 굴절하여 광선의 방향이 바뀌어질 때의 최소편각(最小偏角) 방향에 해당하는 것이다. 이와 같은 이유로 주무지개에 둘러싸인 안쪽의 하늘은 밝지만, 바깥쪽 하늘은 굴절하여 흘러드는 빛이 적으므로 어두워 보인다. 부무지개의 경우는 광선이 이 물방울에 들어갔다 나옴으로써 굴절을 2번, 물방울의 내면에서 전반사를 2번 되풀이하여 생긴다. 물방울이 클 때에는 무지개 빛깔이 선명하여 태양스펙트럼의 이른바 7색이 모두 보이지만, 물방울이 작으면 빛깔이 뚜렷하지 못하므로 안개비나 안개가 낀 경우에는 흐린 흰색 띠로 보인다. 이것을 ＜안개무지개＞ 또는 ＜흰무지개＞라고 한다. 빗방울이 커서 빛깔이 선명한 무지개와 이 흐릿한 안개무지개와의 중간크기 물방울일 때에는 무지개 속에 빨강색이 보이지 않고 폭이 넓어지며 전체적으로 푸른빛을 띠어 과잉무지개는 누런 빛에서 흰빛으로 되어간다. 〔그림 1〕에서는 기하광학(幾何光學)을 이용한 간단한 설명으로 무지개가 어떻게 생겨나는지를 대강 알 수 있는데, 물방울이 작아졌을 때의 색의 변화 및 과잉무지개가 어떻게 생기는가에 관한 것 등은 파동광학적(波動光學的)인 복잡한 설명을 필요로 한다. 설명에서도 알 수 있듯이 반꼭지각[半頂角(반정각)] 약 40˚의 원추상(圓錐上)에 있는 물방울에 빛깔이 나타나 보이는 것이므로 해가 질 때면 대개 반원형 무지개가 보이지만, 오후 이른 시각 태양이 아직 높이 떠 있을 때에는 지평선 가까운 곳에 원호의 꼭대기 부분밖에 보이지 않는다. 폭포 가까이에서는 물방울이 많으므로 태양을 등지고 물을 바라보면 무지개가 보이는 수가 많다. 인공적인 분수에서도, 또 가정에서 물뿌리개로 화초에 물을 주는 경우에도 무지개 현상이 보인다. 무리(halo)·광관(光冠)·글로리 등도 하늘에서 볼 수 있는 빛의 현상으로서는 공통된 것인데, 무리는 하늘에 떠 있는 미세한 얼음알갱이에 의한 빛의 굴절과 반사, 광관과 글로리는 하늘에 떠 있는 미세한 물방울에 의한 빛의 회절현상(回折現象), 그리고 무지개는 빗방울 속으로 드나들 때의 빛의 굴절과 반사에 의해 생겨난다는 점이 서로 다르다.
무지개는 대기 중 물방울 입자 즉 수증기를 머금고 있어서
물방울 입자가 태양광의 가시광선이 분산 굴절 되면서 프리즘과 같이
작용하여 나타나는 현상입니다.
무지개는 하늘에서 태양이 위치한 반대편에 형성되게 되며, 반원형 모양으로
생기면서 우리눈에 아름다운 일곱가지 색깔로 보이게 되는것이랍니다
질문에 대한 답변이 되었길 바랍니다. 감사합니다.
