Sau mỗi cơn mưa rào, khi những tia nắng mặt trời yếu ớt ló dạng, đôi khi chúng ta lại được chiêm ngưỡng một khung cảnh kỳ diệu trên bầu trời: chiếc cầu vồng rực rỡ với đủ sắc màu. Hiện tượng cầu vồng không chỉ là một cảnh tượng thiên nhiên tuyệt đẹp mà còn là một minh chứng sống động cho các quy luật vật lý của ánh sáng. Vậy, cầu vồng được hình thành như thế nào và điều gì đã tạo nên dải màu huyền ảo ấy? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về nguyên nhân xuất hiện cầu vồng và giải thích hiện tượng cầu vồng này.
Để hiểu vì sao có cầu vồng, trước tiên chúng ta cần biết cầu vồng là hiện tượng gì. Cầu vồng là một hiện tượng quang học và khí tượng học, được tạo ra khi ánh sáng mặt trời chiếu xuyên qua các giọt nước mưa trong không khí. Nó xuất hiện dưới dạng một vòm cung quang phổ màu sắc trên bầu trời. Điều kiện tiên quyết để cầu vồng xuất hiện là phải có cả ánh sáng mặt trời và các giọt nước mưa, đồng thời người quan sát phải đứng ở vị trí thích hợp, quay lưng về phía mặt trời.
Ánh sáng mặt trời mà chúng ta nhìn thấy bằng mắt thường có vẻ như là ánh sáng trắng. Tuy nhiên, trên thực tế, ánh sáng trắng là tổng hợp của nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, tương ứng với các màu sắc khác nhau trong quang phổ nhìn thấy được: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Đây là lý do cầu vồng có bao nhiêu màu, thường được nhớ bằng câu "Đỏ cam vàng lục lam chàm tím".
Các giọt nước mưa nhỏ li ti trong không khí đóng vai trò như những lăng kính tí hon. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng, các quá trình vật lý sẽ xảy ra, phân tách ánh sáng thành các màu sắc riêng biệt.
>>> Nắm rõ thêm: Núi lửa được hình thành như thế nào
Quá trình hình thành cầu vồng diễn ra qua ba hiện tượng vật lý chính: khúc xạ, phản xạ và tán sắc ánh sáng.
Khi một tia sáng mặt trời đi từ không khí vào một giọt nước mưa (môi trường có chiết suất khác), nó sẽ bị bẻ cong, hay còn gọi là khúc xạ. Giống như khi bạn nhìn một cây đũa trong ly nước bị cong đi, ánh sáng cũng vậy.
Đây là hiện tượng quan trọng nhất giúp tạo nên các màu sắc của cầu vồng. Ánh sáng trắng bao gồm nhiều màu sắc khác nhau. Mỗi màu sắc có một bước sóng riêng và bị khúc xạ ở một góc độ hơi khác nhau khi đi qua giọt nước. Ví dụ, ánh sáng đỏ bị bẻ cong ít nhất, trong khi ánh sáng tím bị bẻ cong nhiều nhất. Quá trình này làm cho các màu sắc tách rời nhau ra, giống như cách một lăng kính phân tách ánh sáng.
Sau khi ánh sáng đã được tán sắc và đi vào giọt nước, nó sẽ di chuyển đến mặt bên kia của giọt nước. Tại đây, ánh sáng sẽ không đi xuyên qua giọt nước mà bị phản xạ trở lại bên trong. Đây gọi là phản xạ toàn phần. Đối với cầu vồng chính (cầu vồng sơ cấp), ánh sáng trải qua một lần phản xạ bên trong giọt nước.
Sau khi phản xạ bên trong giọt nước, các tia sáng màu sắc riêng biệt (đã được phân tách) sẽ di chuyển trở lại mặt trước của giọt nước và lại một lần nữa khúc xạ khi đi từ giọt nước ra không khí. Lúc này, ánh sáng đã được phân tách hoàn toàn thành các màu sắc và đi theo các góc khác nhau đến mắt người quan sát.
Khi hàng tỷ giọt nước mưa thực hiện cùng một quá trình này, mỗi giọt sẽ phản xạ ánh sáng đã tán sắc về phía mắt chúng ta, tạo nên một dải quang phổ liên tục của các màu sắc.
Cầu vồng xuất hiện khi nào? Cầu vồng thường xuất hiện sau những cơn mưa rào, khi bầu trời đã tạnh và mặt trời bắt đầu ló dạng. Điều kiện lý tưởng là mặt trời phải ở vị trí thấp trên bầu trời (buổi sáng sớm hoặc chiều muộn) và có những hạt mưa vẫn còn lơ lửng trong không khí.
Cầu vồng xuất hiện ở đâu? Cầu vồng luôn xuất hiện ở phía đối diện với mặt trời. Điều này có nghĩa là nếu bạn nhìn thấy cầu vồng, mặt trời phải đang ở phía sau lưng bạn. Cầu vồng có hình gì? Chúng ta thường thấy cầu vồng có hình vòng cung. Tuy nhiên, trên thực tế, cầu vồng có hình tròn hoàn chỉnh. Chúng ta chỉ nhìn thấy một phần cung tròn bởi vì mặt đất che khuất phần còn lại. Nếu bạn quan sát cầu vồng từ một vị trí cao như máy bay, bạn có thể nhìn thấy một cầu vồng hình tròn hoàn chỉnh.
Đôi khi, bạn có thể nhìn thấy hai chiếc cầu vồng cùng một lúc: một cầu vồng chính (sơ cấp) rực rỡ và một cầu vồng phụ (thứ cấp) mờ hơn nằm bên ngoài.
Việc giải thích hiện tượng cầu vồng không chỉ giúp chúng ta thỏa mãn trí tò mò về một cảnh tượng đẹp mắt mà còn là một ví dụ tuyệt vời về cách khoa học giải thích các hiện tượng tự nhiên. Nó cho thấy rằng ngay cả những điều kỳ diệu nhất trong tự nhiên cũng có thể được lý giải bằng các nguyên tắc vật lý cơ bản.
Hơn nữa, cầu vồng còn là biểu tượng của hy vọng và sự tươi mới sau những khó khăn, bởi nó luôn xuất hiện sau cơn mưa. Nó nhắc nhở chúng ta rằng ngay cả trong những khoảnh khắc tăm tối nhất, vẫn có vẻ đẹp và ánh sáng chờ đợi ở phía chân trời.
>>> Cùng tìm hiểu: Sấm sét được hình thành như thế nào
Từ những giọt nước mưa nhỏ bé và ánh sáng mặt trời, hiện tượng tự nhiên cầu vồng đã được tạo nên một cách kỳ diệu. Qua quá trình hình thành cầu vồng với ba bước khúc xạ, tán sắc và phản xạ, chúng ta có thể thấy rõ sự phức tạp và hài hòa của các quy luật vật lý trong tự nhiên. Lần tới khi bạn nhìn thấy một chiếc cầu vồng, hãy nhớ rằng đó không chỉ là một dải màu sắc đẹp đẽ mà còn là một bản giao hưởng hoàn hảo của ánh sáng và nước.
Bình Luận