Waardoor is de intensiteit van de regenboog kleuren aan de rand het sterkst?

Globaal gezien bestaat de regenboog uit een zevental kleurenbundels die door elkaar lopen. Dat we toch een regenboog zien komt dan omdat de hoek van breking uiteenloopt van zo'n 40 tot 42 graden, waarbij in het midden dus alle kleuren aanwezig zijn en er dus geen regenboog te zien is.

Maar als we bijv. de groene kleurband nemen die is eigenlijk opgebouwd uit zowel groen als rood omdat rood 'verder' reikt dan groen en hem dus overlapt. Dat we toch de groene kleur zien en geen mengelmoes van groen en rood komt omdat de intensiteit van de groen op zijn eigen maximum hoek ook groter is dan de rode. Dat blijkt dan zo te zijn voor elke kleur, die dus eigenlijk een mengsel is van meerdere kleuren, maar die toch duidelijk onderscheiden als één kleur, door zijn intensiteit juist op die bandbreedte.

De vraag is nu, hoe het komt dat de intensiteit juist op zijn eigen band het hoogste is? Komt dat doordat de kleuren waarmee het gemengd is en die dus altijd een grotere hoek hebben en hem dus overlappen een groter verspreidingsgebied heeft dan de kleur eronder?

erotisi

7 jaar geleden

in: Natuur- en scheikunde

1.7K

1.7K keer bekeken

Heb je meer informatie nodig om de vraag te beantwoorden? Reageer dan hier.

Antwoorden (1)

Scherpe grenzen tussen kleurenbanden van een regenboog komen alleen voor op tekeningen. In een echte regenboog, of op een foto ervan is er een geleidelijke overgang van de ene naar de andere kleur te zien.
Het waarnemen van kleuren in een regenboog heeft evenzeer met de fysiologie van het oog te maken als met de fysica van het licht. Puur natuurkundig gezien bestaat een dwarsdoorsnede van een regenboog uit een continu spectrum van golflengten. Iedere brekingshoek (40°-42°) correspondeert nauwkeurig met een bepaalde golflengte (400-800 nm). In een spectrograaf kan dit spectrum heel ver worden uitgerekt zodat van iedere golflengte de intensiteit nauwkeurig bepaald kan worden. Dit alles is pure fysica en heeft niets te maken met de fysiologie van het kleurenzien.
We zien kleuren doordat in ons oog drie receptoren ("kegeltjes") aanwezig zijn met elk een eigen gevoeligheidscurve voor de golflengten. De verhouding waarin de kegeltjes reageren op licht dat ontvangen wordt bepaalt de kleur die wij benoemen. Daarbij maakt het niet uit of die verhouding tot stand komt door licht van één golflengte (monochromatisch licht), waarop meerdere soorten kegeltjes reageren, of dat het licht een mengsel is van verschillende golflengten. In het geval van de regenboog correspondeert iedere brekingshoek met monochromatisch licht van een bepaalde golflengte. Van buiten naar binnen reageren hier het eerst de kegeltjes op die gevoelig zijn voor rood, vervolgens gaan de kegeltjes die gevoelig zijn voor groen meedoen. We zien oranje en geel. Voorbij het groen doen de "rode" kegeltjes nauwelijks meer mee maar worden de "blauwe" kegeltjes actief. We zien blauw en vervolgens violet. Dat violet komt doordat de "rode" kegeltjes ook enigszins gevoelig zijn voor hele korte golflengten.
Overigens "indigo" is een verzinsel van Isaac Newton, die in zijn overigens uitstekende verhandeling over de oorsprong van licht en het spectrum meende dat het getal van de kleuren 7 moest zijn. Daar is geen enkele grond voor en "indigo" kunnen we het beste direct maar vergeten.
Welnu, het zal duidelijk zijn dat met het continue verloop van de gevoeligheid van de diverse zintuigcellen als functie van de golflengte, ook het verloop van de kleuren in de regenboog continu is en geen scherpe afgrenzingen kent.

(Lees meer...)

WimNobel

7 jaar geleden

erotisi

7 jaar geleden

Dat is een hele goede verklaring voor het zien met de ogen van de kleuren. Maar eigenlijk bedoelde ik toch echt meer het fysische aspect. In het volgende filmpje legt de Prof uit dat de randen van de lichtkegels intenser zijn dan daarbinnen. Ik denk dat hij niet bedoeld dat onze ogen daar gevoeliger zijn, maar misschien heb ik het mis. Hij spreekt daarbij over pieken in de grafiek, maar ik begrijp niet goed waardoor die pieken ontstaan. Minuut 29:30 https://www.youtube.com/watch?v=iKUSWJWMSk4

WimNobel

7 jaar geleden

Inderdaad, erotisi! Kleuren zien is iets dat met onze ogen te maken heeft. Een vergissing die heel vaak gemaakt wordt is dat kleuren een fysisch fenomeen zou zijn. Nee, golflengten zijn fysisch, maar kleuren zijn fysiologisch.
Niettemin worden kleurennamen heel vaak gebruikt om licht van verschillende golflengten aan te duiden. Ik heb het betreffende fragment van het college bekeken. De professor gebruikt hier rood, groen en blauw als voorbeelden voor drie verschillende golflengten (laten we zeggen resp. 650, 550 en 450 nm). Misschien heeft hij eerder uitgelegd wat hij precies bedoelt als hij de kleurnamen gebruikt. Maar het gaat er hier niet om dat we de drie pieken als verschillende kleur waarnemen. Hij is hier zeker niet iets aan het beweren over de gevoeligheid van het oog. Hij heeft het over het fysische fenomeen dat iedere golflengte bij een specifieke hoek φ piekt.
Bovendien legt hij uit dat voor iedere golflengte een klein deel van het licht bij kleinere φ terecht komt, maar niets bij grotere φ dan de piek. Daardoor zien we aan de binnenkant van de regenboog een beetje wit licht (een mengsel van alle golflengten).
Maar op geen enkele wijze volgt hieruit dat er scherpe grenzen tussen kleurenbanden zouden zijn. De professor had een willekeurige andere golflengte kunnen kiezen en nog een vierde piek tussen de andere kunnen tekenen.
Er is een continue afhankelijkheid* tussen de golflengte en de hoek φ. Dat geldt voor regenbogen, maar ook voor spectra die met een prisma of met een tralie gemaakt worden. Gelukkig maar, anders waren methoden zoals het detecteren van stoffen in de atmosfeer van sterren door het meten van absorptielijnen niet mogelijk geweest. *De formule vind je hier: https://nl.wikipedia.org/wiki/Regenboog_(optica)#Stralengang (φ heet hier γ).

erotisi

7 jaar geleden

Maar het is mij nog niet duidelijk waardóór die pieken ontstaan.
Op wiki staat bijv. ook "Omdat de uittredende stralen in de buurt van het maximum dichter bij elkaar liggen, wordt de regenboog waargenomen onder deze hoek." De rode lichstralen liggen dus bij hun maximum (bij rood dus 42 graden?) dichter bij elkaar. De vraag is nu waardoor liggen die daar dichter bij elkaar?

WimNobel

7 jaar geleden

Dat vind ik ook een vreemde zin. Hoe de hoek van 42° voor rood licht (lees: licht met een golflengte van 650 nm) ontstaat, en kleinere hoeken voor kortere golflengten, dat wordt duidelijk uitgelegd met de stralengang door de regendruppel en de brekingsindex die afhankelijk is van de golflengte. Dat levert de piek op bij een bepaalde hoek voor een bepaalde golflengte. Maar waarom er dan ook nog een klein deel bij kleinere hoeken terechtkomt (de horizontale lijnen die de prof tekent), dat is mij niet duidelijk (en hoor ik eerlijk gezegd voor het eerst). Misschien moet ik de hele video van prof. Lewin eens bekijken...

erotisi

7 jaar geleden

Die horizontale lijnen ontstaan denk ik, doordat een druppel bol is en de lichtstralen van alle richtingen komen op die druppel. Daardoor komen alleen die lichtstralen in onze ogen doordat deze een 42 graden hoek vormen, en de andere die ook 42 graden vormen vallen gewoon buiten ons gezichtsveld maar zijn er wel. En dat dan voor alle kleuren geeft wit licht.
Waarom het dan niet eerder blauw zou zijn omdat blauw licht beter scatterd komt denk ik dan doordat de waterdruppels die ook onder de regenboog zitten net zo makkelijk rood als blauw scatterd zoals wolken ook wit zijn. Maar goed dat is even mijn tijdelijke oplossing voor de witte kleur, en weet niet of dat goed is. Maar hoe dan ook die pieken blijf ik toch ook onduiekelijk vinden.

erotisi

7 jaar geleden

Ik heb nog een interessant antwoord gevonden die eveneens zegt dat de randen feller zijn. Maar waardoor dat nu eigenlijk is, is me nog niet echt duidelijk. " But here's the catch: the intensity of light at each deflection angle D is inversely proportional to D'(A). And since D(A) has a maximum at the rainbow angle, D'(A) is zero there. So the light is, in theory at least, infinitely bright in an infintessimally-small band at the edge of the flashlight beam. You can't really see this edge, but it is still VERY bright close to it. Rainbows happen because the beam for each color has a different width, making this bright edge appear at a different place for each color." Laatste antwoord
http://physics.stackexchange.com/questions/88265/why-is-there-no-dark-band-below-a-rainbow?rq=1

erotisi

7 jaar geleden

Nog even ter correctie/aanvulling op mijn laatste reactie en jouw vraag wat betreft het witte licht onder de regenboog: zie 17:20
https://www.youtube.com/watch?v=pj0wXRLXai8 Dus alle druppeltjes onder de regenboog reflecteren dus alle kleuren allemaal met hun favoriete hoek, maar omdat het zonlicht van alle kanten komt worden de kleuren gemengd. Dat verklaard dan misschien tevens waarom de randen juist hun specifieke kleuren geven omdat alleen daar de druppeltjes zitten die de juiste hoek vormen voor telkens de specifieke kleur.
Heeft dus niets met scattering te maken denk ik.

WimNobel

7 jaar geleden

Dank, Erotisi, voor deze extra link. Het is een andere opname dan de vorige link, maar de inhoud is neem ik aan hetzelfde. Vandaag had ik tijd om het hele college te beluisteren. Met als resultaat dat de hele kwestie nu duidelijk is voor mij.
Mijn probleem was waarom tekent de professor een horizontale flank en een scherpe piek(dat doet hij trouwens niet in deze opname). Nu begrijp ik dat dat het gevolg is van de verschillende plaatsen op de regendruppel waarop het zonlicht de druppel het eerst kan raken. De uiteindelijke hoek waaronder het licht weerkaatst wordt is een functie van die plek, maar de functie heeft een maximum. Dat maximum ligt voor rood licht (zeg 650 nm) bij 42,4°. Bij alle kleinere hoeken komt ook licht van 650 nm terecht, maar minder. Echter bij grotere hoeken geen en daarom hebben we een scherpe rand voor licht van 650 nm bij 42,4°.
Vervolgens legt de professor ditzelfde uit voor blauw licht (zeg 450 nm) en dan krijgt hij een scherpe rand voor blauw licht bij 40,7°. Binnenin de lichtkegel zien we alle kleuren samen en dus wit licht. Dit is de verklaring voor het wiite licht aan de binnenkant van de regenboog en de duisternis erbuiten.
Nu kom ik aan jouw punt: de scherpe randen. Hiervan moet ik zeggen: één aspect van het licht vertelt de professor niet in dit overigens uitstekende college. Hij heeft het over rood en blauw licht. Ik zeg dan: licht van 650 resp. 450 nm. Wat hij niet vertelt is dat daartussen een continuum van alle andere golflengten voorkomt. En dat afhankelijk daarvan de maximum hoek waaronder het licht weerkaatst wordt ook continu varieert van 42,4° tot 40,7°. Het gevolg is dat we die scherpe rand alleen zouden zien als we het zonlicht door een smalbandfilter zouden laten vallen, waardoor alleen licht van 650 nm wordt doorgelaten (en bijv. niet van 640 of 660 nm - hetgeen we nog steeds rood zouden noemen). Doordat alle golflengten aanwezig zijn zien we nooit die scherpe begrenzing. Daar komt nog bij dat de zon zelf 0,5° in diameter is zodat zelfs bij monochromatisch licht de begrenzing nog een halve graad onscherp zou zijn. We zouden dus niet alleen moeten filteren, maar ook nog moeten diafragmeren om een scherpe rand te zien te krijgen.

Weet jij het beter..?

Het is niet mogelijk om je eigen vraag te beantwoorden Je mag slechts 1 keer antwoord geven op een vraag Je hebt vandaag al antwoorden gegeven. Morgen mag je opnieuw maximaal antwoorden geven.

0 / 5000