Hiện tượng cầu vồng là gì?
Cầu vồng là một hiện tượng quang học tự nhiên, xuất hiện khi ánh sáng mặt trời chiếu qua các giọt nước nhỏ trong không khí, làm cho ánh sáng bị tán sắc (phân tán thành các màu khác nhau) và tạo thành một dải màu sắc cầu vồng.

Quá trình hình thành cầu vồng
Để hiểu được hiện tượng cầu vồng, chúng ta cần xem xét các bước sau:

Ánh sáng trắng và tán sắc: Ánh sáng mặt trời là ánh sáng trắng, gồm nhiều ánh sáng màu khác nhau (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím). Khi ánh sáng trắng đi qua các giọt nước, các bước sau xảy ra:

Tán sắc: Ánh sáng trắng bị tán sắc khi đi qua giọt nước. Điều này có nghĩa là các màu trong ánh sáng trắng bị phân tách ra vì mỗi màu có một bước sóng khác nhau. Ánh sáng đỏ có bước sóng dài nhất, trong khi ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất.
Khúc xạ: Khi ánh sáng mặt trời đi vào giọt nước, nó bị khúc xạ (bẻ cong) vào trong giọt nước do sự thay đổi môi trường từ không khí sang nước (nước có chỉ số khúc xạ cao hơn không khí).
Phản xạ: Một phần ánh sáng bị phản xạ lại từ mặt trong của giọt nước, và khi ánh sáng này ra ngoài giọt nước, nó lại tiếp tục bị khúc xạ lần nữa. Các màu trong ánh sáng sẽ tách ra theo các góc khác nhau, tạo ra một dải màu sắc.
Hiệu ứng tạo ra cầu vồng: Các giọt nước trong không khí (thường là sau mưa hoặc trong điều kiện có sương mù) giống như những prism (lăng kính tự nhiên), chúng chia ánh sáng thành các màu riêng biệt. Sau khi ánh sáng đi qua, các màu sắc này được phát tán ra và tạo thành hình vòm, đó chính là cầu vồng. Mỗi màu trong cầu vồng sẽ có một góc phân tán riêng, giúp tạo ra một dải màu liên tiếp với thứ tự từ ngoài vào trong là: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
Mối quan hệ với quan sát: Cầu vồng chỉ xuất hiện khi người quan sát đứng ở một vị trí nhất định, sao cho ánh sáng mặt trời chiếu vào các giọt nước và phản chiếu lại vào mắt người quan sát với một góc nhất định. Do đó, mỗi người nhìn thấy một cầu vồng có thể sẽ thấy một chút khác biệt về màu sắc hoặc vị trí của cầu vồng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự xuất hiện của cầu vồng
Ánh sáng mặt trời: Cầu vồng chỉ có thể xuất hiện khi có ánh sáng mặt trời (hoặc ánh sáng của một nguồn sáng mạnh) chiếu vào các giọt nước.
Giọt nước trong không khí: Giọt nước có thể xuất hiện sau mưa, sương mù, hoặc thậm chí là trong các thác nước, giúp tạo ra cầu vồng.
Vị trí của người quan sát: Cầu vồng chỉ xuất hiện khi người quan sát đứng ở một vị trí thích hợp, với ánh sáng mặt trời chiếu qua giọt nước và phản chiếu vào mắt người quan sát.
Lý thuyết cầu vồng trong khoa học
Cầu vồng là một ví dụ điển hình về sự kết hợp của các hiện tượng vật lý như khúc xạ, phản xạ, và tán sắc ánh sáng. Hiện tượng này được lý giải qua định lý của Euclid, nhà toán học Hy Lạp cổ đại, và sau đó được Isaac Newton nghiên cứu kỹ lưỡng trong thế kỷ 17, khi ông phát hiện ra rằng ánh sáng trắng có thể được tách ra thành các màu riêng biệt thông qua việc chiếu vào lăng kính.

Các loại cầu vồng
Cầu vồng chính (Primary Rainbow): Là cầu vồng phổ biến nhất mà chúng ta thấy. Nó xuất hiện khi ánh sáng mặt trời chiếu vào giọt nước và bị tán sắc thành dải màu với thứ tự: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
Cầu vồng phụ (Secondary Rainbow): Cầu vồng này có màu sắc ngược lại với cầu vồng chính, do ánh sáng đã phản xạ hai lần trong giọt nước. Cầu vồng phụ thường mờ và có độ sáng yếu hơn cầu vồng chính.
Cầu vồng kép: Đôi khi, cả cầu vồng chính và cầu vồng phụ đều xuất hiện cùng lúc, tạo thành một cảnh tượng rất đẹp mắt. Cầu vồng phụ luôn ở ngoài cầu vồng chính và có màu sắc nhạt hơn.
Cầu vồng trắng (Fogbow): Là một dạng cầu vồng hiếm gặp, tạo ra bởi các giọt nước trong sương mù rất nhỏ, khiến cầu vồng trở nên mờ và gần như trắng. Cầu vồng trắng xuất hiện khi ánh sáng có màu sắc rất nhạt.

Cầu vồng là một hiện tượng quang học đẹp mắt và thú vị. Nó không chỉ là một biểu tượng thiên nhiên mà còn là một cơ hội để con người khám phá các hiện tượng vật lý về ánh sáng, sự khúc xạ và tán sắc. Cầu vồng mang lại vẻ đẹp tuyệt vời cho bầu trời và là một trong những hình ảnh dễ nhận biết nhất trong tự nhiên.