|
[[slika:Double-alaskan-rainbow.jpg|thumb|right|350px|Dvojna mavrica. Sonce je za opazovalcem.]]
'''Mavrica''' je svetlobni pojav v ozračju, ki ga vidimo v obliki loka spektralnih barv. Nastane zaradi loma ([[Wikipedija: Refrakcija|refrakcija]]), [[Wikipedija: Disperzija|disperzije]]) in odboja ([[Wikipedija: Odbojni zakon|odboj]]) sončnih [[Wikipedija: Žarek|žarkov]] v vodnih kapljicah v zraku. Mavrica, ki nastane zaradi sončnih žarkov, se vedno pojavi na nasprotni strani od Sonca, tako da ima opazovalec Sonce vedno za hrbtom. Mavrico vidimo kot polkrožni lok ali kot poln krog, odvisno od lege Sonca in opazovalca.
Mavrica ima notranji in zunanji lok. Zunanji lok je po intenziteti svetlobe šibkejši in ni vedno viden. Notranji lok mavrice je sestavljen iz celotnega [[Wikipedija: Vidni spekter|spektra barv]] od vijolične spodaj do rdeče zgoraj. Zunanji lok pa ima ravno obrnjeno zaporedje barv, od rdeče spodaj od vijolične zgoraj.
==Pregled==
Mavrica je navidezna in nastane v vodnih kapljicah v zraku (dež, rosa, megla, prš ...), ki so vidne pod določenim kotom glede na izvor svetlobe. Mavrica ni oprijemljiv predmet in nima določene krajevne lege. Dva opazovalca nikoli ne vidita iste mavrice, saj svetloba, ki pride do očesa prvega opazovalca, ne izvira iz istih kapljic, kot tista, ki zadane oko drugega opazovalca.
Ko gledalec opazuje barvni lok na nebu, se mu zdi, da je lok sestavljen iz določenih osnovnih barv. V resnici je mavrični barvni spekter zvezen od vijolične do rdeče barve. Barvne pasove se vidi zaradi očesne interpretacije mešanja različnih valovnih dolžin svetlobe. Na črno-beli fotografiji mavrice se vidi, da intenziteta svetlobe enakomerno narašča do nekega maksimuma, nato hitro pade.
[[slika:WhereRainbowRises.jpg|thumb|left|150px|Mavrica je neke vrste optična iluzija, kar pomeni, da se v resnici ne dotika tal.]]
==Vidnost==
[[slika:TakakkawFalls2_edit.jpg|thumb|right|150px|Mavrica, ki nastane pod pršom vode v bližini slapa.]]
[[Slika:Miroslav Malovrh - Burke in porednosti.pdf|sličica]]
[[slika:A_surfer_in_the_air_2.jpg|thumb|right|150px|Mavrica kot posledica morskih vodnih kapljic.]]
Mavrica nastane, ko so v zraku prisotne vodne kapljice in ko je Sonce za opazovalcem. Tako se lahko mavrico opazuje zjutraj na zahodu in popoldne na vzhodu. Sekundarni lok se vidi, kadar je vidljivost dobra in nastane 10° nad primarnim lokom.
Mavrico lahko vidimo tudi pri slapovih in vodnjakih, ki pršijo vodne kapljice v zrak, vendar se moramo pravilno postaviti glede na prš in Sonce.
Izvor svetlobe je lahko tudi Luna. Takrat govorimo o lunini mavrici. Ta je sicer redkeje opazna in je videti bela, saj ponoči človeško oko težje loči barve.
Mavrico navadno vidimo kot polkrog, ko jo opazujemo nad obzorjem. Lahko pa jo vidimo kot krog, če jo gledamo iz višine, na primer iz letala, kjer nam horizont ne zakriva spodnje polovice loka. Opazovalec, ki gleda z višine, lahko kaj hitro zameša mavrico s [[Wikipedija: Sij|sij]], ki nastane pod kotom od 5° do 20° in za katerega so značilni koncentrični krogi.
Nebo pod lokom mavrice je svetlejše, saj se svetloba, ki pade na kapljice, odbija pod različnimi koti v območju od 0° do 42°. Vendar je svetloba do kota 40° mešanica vseh valovnih dolžin, zato jo opazovalec zazna kot belo svetlobo. Tudi v kapljicah mavrice se ne odbije vsa vpadna svetloba (nekaj jo kapljica prepusti), zato je intenziteta notranjega loka manjša od intenzitete vpadne svetlobe. Zunanji lok ima še nekoliko manjšo intenziteto, saj se zaradi drugega odboja v kapljici izgubi še nekaj svetlobe. Svetloba notranjega in zunanjega loka je polarizirana.
==Barvni spekter mavrice==
[[Wikipedija: Vidni spekter|Spektralne barve]], ki jih vidimo pri mavrici, so zvezne vse od rdeče (cca. 700 nm) do vijolične (cca. 400 nm) barve. Čeprav je spekter zvezen, ni enak spektru, ki ga dobimo pri lomu svetlobe na prizmi. Pri poskusu s prizmo se svetloba iz točkastega izvora lomi na dveh površinah, to je pri vstopu in izstopu iz prizme. Izstopna svetloba je zvezno porazdeljena po kotu. Pri mavrici pa je treba upoštevati, da Sonce ni točkast izvor in ima 0,5° vidnega kota, v primerjavi z 2° kotom mavričnega loka. Poleg tega posamezni lomljeni žarki zadenejo zadnji del kapljice na različnih mestih in se zaradi geometrije kapljice (krogle) odbijejo po lomnem zakonu vsak zase. Posledica tega je zamegljenost barv, saj izstopni kot iz kapljice ni odvisen samo od [[Wikipedija: Valovna dolžina|valovne dolžine]], kot pri [[Wikipedija: Disperzija|prizmi]], temveč tudi od geometrije kapljice. Mavrice ne smemo enačiti z barvnim spektrom, čeprav vsebuje vse valovne dolžine barvnega spektra.
==Razlaga==
[[slika:Rainbow_single_reflection.svg|thumb|right|150px|Skica prikazuje, kako se vzporedni žarki, ki vstopijo v kapljico na različnih višinah, v notranjosti odbijejo in zapustijo kapljico pod različnimi koti. Največ žarkov zapusti kapljico pod kotom 42° [3].]]
[[slika:Rainbow1.svg|thumb|right|150px|Skica prikazuje, kako se žarek v kapljici razcepi na žarke z različnimi valovnimi dolžinami, odbije in zapusti kapljico [3].]]
Ko žarek svetlobe zadane kapljico pod nekim kotom, ki ni enak 0°, se majhen del le te odbije. Preostali del vstopi v kapljico in se zaradi spremembe [[Wikipedija: Lomni količnik|lomnega količnika]] lomi. Ker je lomni količnik funkcija frekvence, vpadni žarek pa vsebuje celoten spekter frekvenc, se žarek za vsako frekvenco lomi pod malo drugačnim kotom [[Wikipedija: Disperzija|svetlobna disperzija]]).
Vpadni žarek se zato razcepi na posamezne žarke z različnimi valovnimi dolžinami. Ti žarki pot nadaljujejo skozi kapljico, nato se na meji kapljice večinsko odbijejo nazaj v kapljico, majhen del pa se prepusti. Ker žarki zadenejo kapljico na različnih mestih (tangente sfere na odbojnih mestih niso enake), se porazdelitev po kotu spremeni iz linearne v nelinearno. Odbiti žarki potujejo naprej v kapljici, dokler ne zadenejo roba kapljice, kjer se zaradi spremembe lomnega količnika lomijo in zapustijo kapljico. <br/>
Kot med vpadnim in izhodnim žarkom je odvisen od smeri in mesta oziroma višine, kjer žarek zadene kapljico. Žarki, ki vpadejo pravokotno na tangento kapljice, se odbijejo direktno nazaj. Žarki, ki padejo na rob kapljice, kjer je kot med vpadnim žarkom in tangento roba kapljice enak ali večji od kota [[Wikipedija: Popolni odboj|totalnega odboja]], se odbijejo na površini in ne sodelujejo pri pojavu mavrice. Žarki, ki se v kapljici enkrat odbijejo, izstopijo iz kapljice pod koti od 0° pa vse do 42°. Le žarki, ki izstopajo pod kotom med 40° in 42° so po valovni dolžini kotno ločeni. V tem dvostopinjskem loku vidimo mavrico.<br/>
Iz geometrije krogle sledi, da obstaja nek krožni pas, kjer se vsa svetlobe odbije pod kotom 42°, zato je pod tem kotom tudi največja intenziteta izhodnega žarka. Ostali odbiti žarki pod kotom od 0° do 40° vsebujejo mešanico različnih valovnih dolžin, kar vidimo kot belo svetlobo in posledično svetlejše nebo pod mavričnim lokom.<br/>
Žarki se v kapljici lahko tudi večkrat odbijejo, preden iz nje izstopijo. Tako žarki, ki se v notranjosti kapljice dvakrat odbijejo in izstopijo iz nje pod kotom med 50° in 53°, tvorijo zunanji mavrični lok.
Vse vodne kapljice limijo in odbijajo svetlobo enako, vendar samo od nekaterih pride odbita svetloba pod kotom med 40° do 42° oziroma 50° in 53° do opazovalca.
Celoten sistem, ki je sestavljen iz sončnih žarkov, opazovalca in sferičnih kapljic ima osno [[Wikipedija: Simetrija|simetrijo]] okoli premice skozi opazovalčevo glavo vzporedno s sončnimi žarki. Zaradi te simetrije je mavrica zakrivljena, ker vse kapljice, ki ustrezajo temu pogoju, ležijo v stožcu, ki kaže proti soncu z opazovalcem na vrhu stožca.
Osnova stožca tvori krog pod vidnim kotom 40° - 42°, iz česar sledi, da je za opazovalca na Zemlji vidnega manj kot 50% kroga, saj je ostali del pod obzorjem. Nižje kot je Sonce, več kroga vidimo.
Mavrična svetloba je [[Wikipedija: Polarizacija valovanja|polarizirana]]. To vidimo, če jo opazujemo skozi [[Wikipedija: Polarizator|polarizator]]. Pri različnih postavitvah polarizatorja se vidijo različni deli mavrice in ne celoten lok, kot s prostim očesom.
Od spodaj navzgor si barve mavrice sledijo od vijolične do rdeče. Vpadni žarek se pri vstopu v kapljico razcepi po valovnih dolžinah. Če si ogledamo dva najbolj razmaknjena žarka (rdeči - večja in vijolični - manjša valovna dolžina) vidimo, da se vijolični žarek močneje ukloni kot rdeči, vendar je zaradi odboja v kapljici izstopni kot manjši in zato vidimo vijolični pas spodaj. Zgornji lok mavrice pa ima ravno obraten vrstni red barv. Vijolični žarek izstopi iz kapljice pod večjim kotom kot rdeči, kar pa je posledica dvakratnega odboja v kapljici. V zunanjem loku je izstopni kot vijoličnega žarka 53°, medtem ko rdečega 50,5°. Teoretično obstajajo tudi mavrični loki nad zunanjim, ki so posledica večkratnega odboja v kapljici.
Čistost barv v mavrici je odvisna od velikosti kapljic. Velike kapljice (polmer nekaj mm) dajejo svetle in dobro določene barve. Pri majhnih kapljicah (polmer okoli 0,01 mm) nastane mavrica z »prekrižanimi« barvami, skoraj bela svetloba. V naravi so kapljice zmeraj različnih velikosti, zato je mavrica kompozitna.
==Tipi mavric==
| 