4.虹はどんなときに出るのか ?

 虹は散水で簡単に作ることが出来ることと、虹を見ている人のいるところは晴れていて、虹の出ているところは雨がまだ微かに降っているようなときによく見ることができることから、虹を出すときの空気中の水分というのは、比較的大きな水滴であることが推測できます。
 虹は午後の日の傾きだしたころから東方向の空によく出ます。これは天気が西から東に移行していくからです。見ている人のところは雨が上がり、東の方はまだ雨が降っている状態になっているのです。この典型的な状態が夕方の強い雨のあとに出る虹、すなわち夕立直後の虹です。
 空気中の水滴が七色の虹を創り出すメカニズムを考えてみます。

虹は水滴の中での光の反射と屈折で起る

 太陽と太陽を背にして虹を見ている人の目を結ぶ線を円の中心にして、この線の外側約41゜の方向に(普通上の方に)7つの色が帯状に重なった円弧状の虹が出ます。この虹を主虹といいます。主虹の外側(約51゜)に出る薄い虹を副虹といい、色の並ぶ位置が逆になります。
 主虹の場合は光が水滴の中で1回だけ反射して外に出たものですが、副虹の場合は2回反射して出てきます。水滴中の光の反射は100%反射する全反射ではないので、2回反射する副虹の方は光のロスが多きくなり、薄い色になります。
 虹の紫(すみれ/青紫色)は40゜、赤は42゜の位置に現れることは観察と実験によって実証されています。したがって、虹の幅は2゜の範囲であり、2゜の間に赤からすみれまでの色が入っていることになります

     

1、雨粒の大きさは、普通の雨で直径約 0.5 mm 、強い雨で約 1 mm、どしゃ降りの雨では
  約1.4〜2.4 mm だそうです。虹の出やすい雨は、おおよそ 1 mm 前後の大きさの粒の
  ようです。ジョロ(如雨露)で虹を作るときは、おおよそ 1 〜 1.5 mm の比較的大きい
  粒の方が色の濃い奇麗な虹ができるようです。

 参考;水滴と降下速度

呼び名の種類
水滴粒の直径(mm)
降下速度(cm/sec)
0.02 〜 0.08
1.24 〜 20.0
細雨
0.2
72.0
小雨
0.4 〜 0.8
162.0 〜 327.0
並雨
1.2 〜 2.0
464.0 〜 649.0
強雨
2.8
782.0
どしゃ降り
4.8
907.0

2、主虹は太陽の光が水滴の上部から入って下部から出ています。副虹は太陽の光が水滴の下部から
  入って上部から出ています。
3、虹は水の粒の小さい雲や霧(約 0.01 〜 0.05 mm)にはでない。この理由は、水の粒子が
  雨に比べて大変小さくなったため、水滴表面での光の反射散乱率が大きくなり、光の消滅が
  著しく多くなったからです。
4、虹は正午前後には殆ど見られないが、午後から夕方近くによく現れます。
  *太陽が高い正午近いときの虹は低いところに現れるので見る機会が少なく、太陽が傾いた
   時の虹は空にかかる高いところに現れるので見逃すことがなくなるからです。
5、虹は水を細かい粒にして飛ばせて作ることができます。
6、虹は脚立の上から目の細かい如雨露で水を播くと簡単に作れます.
  *夏の正午頃、少し高い脚立の上から散水すると、斜め下に鮮やかな色の円形に近い虹を作
   ることができます。
7、水滴の大きさを揃えた方がキレイな虹ができます。
8、虹は近いほど小さい円弧になり、遠いほど大きな円弧になります。
9、虹は近いほど鮮やかな色を出し、遠いほど薄くくすんだ色になります。
*遠い虹ほど、虹からの光は多くの水滴にあたるので、散乱消滅する量が多くなります。


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