НАСТАНАК ДУГЕДуга настаје када зраци светлости пролазе кроз капи распршене воде у ваздуху.Може се видети када киша пада на једном делу неба,а сунце сија на другом делу неба.Да би се могла видети дуга,сунце мора бити иза посматрача који је окренут према киши.Центар дуге је тачно супротно од сунца.
Сунчева светлост се састоји од различитих таласних дужина које наше око види као различите боје.Светлост различитих боја гледана заједно изгледа нам као бела светлост.
При уласку у капи воде долази до лома сунчеве светлости,што проузрокује раздвајање различитих таласних дужина од којих се састоји светлост.Различите таласне дужине светлости се ломе под различитим углом.Светлост краћих таласних дужина(љубичаста) се ломи јаче од светлости дужих таласних дужина(црвена).
Појава раздвајања светлости на своје компоненте се зове дифракција а може се видети на призми.
http://student.fizika.org/~ijarec/RUN/slike/prizma.gifДо лома светлости долази зато што светлост путује различитом брзином кроз материје различите густоће.При наиласку на границе материје мења се и брзина светлости и долази до лома.Угао лома може се израчунати према (Snellovom)закону лома:n1 sin A = n2 sin B где је А падајући угао,B је угао лома а n1 и n2 су индекси прелома материје.
Ако је угао између зрака прелома и вертикале на површину капи већи од критичног угла,зрак светлости ће се рефлектовати(одбити)од унутрашње стране капи.
Критични угао за воду је 48 степени у односу на вертикалу.Ако зрак светлости падне на кап под углом мањим од 48 степени,зрак ће проћи кроз кап, а ако је угао већи од 48 степени,зрак ће се одбити(рефлектовати) назад и опет ломити при изласку из капи.Као и код призме,при првом прелому се светлост раздваја у зраке различитих боја,а други прелом повећава разлику између зрака.
Из сваке капи само једна од боја долази до сваког посматрача.То можемо погледати на примеру две капи од којих се једна налази више изнад друге.Собзиром да се зраци различитих боја(таласних дужина) различито преламају,из капи која се налази више од посматрача ће доћи црвено светло,а из ниже капи од посматрача ће доћи љубичаста светлост.
Видимо да се зато боје примарне дуге мењају од црвене на врху до љубичасте на дну дуге.
СЕКУНДАРНА ДУГА
Секундарна дуга се налази изнад примарне и настаје тако што се зрак светлости два пута рефлектује.При свакој рефлексији се интезитет светлости смањује.Број зрака светлости који се двапута рефлектују је мањи и мањег су интезитета(тј.део зрака се прелама и сачињава примарну дугу а део се још једном рефлектује и сачињава секундарну дугу) па је зато секундарна дуга мање сјајна од примарне. Могуће је да се светлост рефлектује и више од два пута,па се може и израчунати одакле би се могле видети што сјајније и јасније дуге,али се оне под уобичајеним околностима не виде.
Боје секундарне дуге су обрнуте у односу на боје у примарној дуги.Црвена боја долази до посматрача из нижих капи а љубичаста из виших.
Већина зрака у примарној дуги се рефлектује под углом између 40 и 42 степена.Плава светлост се рефлектује под углом од 40 степени а црвена под углом од 42 степена.Много зрака се могу рефлектовати под мањим углом а скоро ни један под већим.Зато има много светлости унутар лука дуге а врло мало изван лука.
Собзиром да зраке различитих боја(таласних дужина) видимо као белу светлост,небо унутар примарне дуге је много светлије него изван ње.
Код секундарне дуге зраци светлости излазе под углом између 50 степени црвена и 54 плава.Обрнуто од примарне дуге,код секундарне има много зрака рефлектованих под већим углом од 54 степена,а врло мало под углом мањим од 50 степени.Зато је небо светлије изнад секундарне дуге.Између двеју дуга постоји тамни појас који се зове Александеров тамни појас по Александеру из Афродизије који је расправљао о њему пре 1800 година.
У неким дугама се могу видети лукови боја унутар и при врху примарне дуге.Они се немогу објаснити геометријском оптиком, већ настају због интерференције.Интерференција је појава која се јавља услед таласне природе светлости,а може бити конструктивна(повећање интезитета светлости),или деструктивна(смањење интезитета).
Када се комбинују (тј.интерферирају) два зрака чији се пут у капи разликује за половину таласне дужине светлости,добијамо деструктивну интерференцију коју видимо као тамну дугу.Ако се комбинују зраци чији се пут разликује за целу таласну дужину,добијамо конструктивну интерференцију коју видимо као светлу пругу.На крају видимо низ тамних и светлих пруга.