무지개는비가 온 후 갰을 때나 비가 오기 직전 태양을 등지고 섰을 때 볼 수 있는 호를 이루는 띠를 말합니다. 옛날 사람들은 무지개를 하늘에 걸린 활과 같다고 해서 천궁이라고 불렀습니다. 무지개를 잘 보려면 한쪽 하늘에는 태양이 빛나고 있고, 그 반대쪽 하늘에는 작은 물방울이 있어야 합니다. 오늘은 무지개의 생성원인에 대해서 알아보겠습니다.
무지개 생성원인
무지개는 빛이 물방울에 의해 굴절, 반사, 분산되는 과정을 거쳐 생성됩니다. 이 과정에서 빛이 여러 번의 상호작용을 통해 다양한 색깔로 나누어지며, 그 결과로 우리가 알게 되는 아름다운 색상의 띠를 형성하게 됩니다
무지개의 첫 번째 단계는 빛이 물방울에 들어가는 과정에서 발생하는 굴절입니다. 굴절이란, 빛이 다른 매질을 통과할 때 속도변로 인해 경로가 바뀌는 현상입니다. 예를 들어, 공기에서 물로 빛이 들어갈 때 빛의 속도가 느려지며 경로가 꺾이게 됩니다. 햇빛은 여러 파장의 빛이 혼합된 백색광입니다. 이 백색광이 물방울에 들어가면, 각 파장이 다르게 굴절됩니다. 빨간색은 파장이 길기 때문에 더 적게 굴절되고, 보라색은 파장이 짧기 때문에 더 많이 굴절됩니다. 이러한 굴절을 통해, 물방울 안에서는 빛이 다양한 색으로 나뉘게 됩니다. 두 번째 단계는 빛이 물방울의 내부에서 반사되는 과정입니다. 물방울에 들어간 빛은 물방울의 내부 표면에 부딪히고 반사됩니다. 이 반사된 빛은 물방울을 빠져나오게 되는데, 이때 빛은 두 번째 굴절을 거칩니다. 물방울의 내부반사덕분에 빛은 다시 물방울을 빠져나갈 준비를 하게 됩니다. 반사되는 각도와 색의 분포는 물방울 내에서 빛의 경로를 변화시키기 때문에 무지개가 생성됩니다. 세 번째 단계는 물방울을 빠져나갈 때 두 번째 굴절이 일어나는 과정입니다. 물방울 내부에서 반사된 빛은 물방울을 빠져나가며 다시 굴절됩니다. 빛이물에서 공기로 나갈 때, 다시 속도가 빨라지면서 경로가 꺾입니다. 이때 각 색깔은 굴절되는 정도가 다르기 때문에, 여러 색깔의 빛이 서로 다른 방향으로 나가게 됩니다.
무지개의 특징
무지개는 실제로는 원입니다. 우리가 지면에서 무지개를 볼 때에는 대개 반원 모양으로 보이지만, 이는 관찰자의 위치에 따라 다르게 보이는 것입니다. 무지개가 나타나는 각도는 대략42도입니다. 즉, 햇빛이 물방울을 통과할 때, 입사각이 42로 굴절되며, 이 각도를 기준으로 무지개가 형성됩니다. 가끔씩 두 개의 무지개가 겹쳐서 나타날 수 있습니다. 이는 내부반사가 두 번 일어날 때 발생하며,두 번째 무지개는 더 어두운 색조와 반대 방향에서 나타납니다.