무지개가 보일 수 있도록 빗방울(물방울)을 옮겨 놓으세요.
빛의 분산
무지개는 빛의 분산이 가장 잘 나타나는 자연현상입니다. 여러분도 알다시피 무지개는 비가 온 다음에 볼 수 있는데, 그 이유는 바로 물방울이 빛을 굴절, 분산시키기 때문입니다. 우리가 맑은 날 태양을 등지고 분무기로 물을 뿌려도, 또 분수대나 폭포에서 무지개를 볼 수 있는 것은 모두 물방울과 관련이 있습니다.
물방울에 의해 무지개가 어떻게 만들어지는지는 작은 물방울 속에서 무슨 일이 일어나는지를 생각해보면 됩니다. 물방울 하나에 빛이 들어갈 때 굴절된 빛은 바로 공기중으로 빠져나가기도 하지만, 일부는 물방울 내부에서 반사한 후 공기 중으로 빠져나오게 됩니다. 이런 경우 태양빛은 두 번의 굴절을 합니다.
그리고, 물방울의 굴절률은 빛마다 조금씩 다릅니다. 즉, 파장 700nm의 빨간 빛은 물에서의 굴절률이 1.33 정도이지만, 파장 400nm의 보라색 빛은 물에서의 굴절률이 1.34정도가 됩니다. 이처럼 미세한 굴절률의 차이로 인해, 가시광선은 물방울 속에서 각각 다른 속력을 가지고, 각각 다른 경로를 진행합니다.
위 그림은 빨간색의 빛과 파란색의 빛이 물방울을 만나서 굴절 및 반사되는 정도를 보여주고 있습니다.
입사한 빛은 여러 방향으로 꺽이기 하지만, 빛이 몰려서 꺽여 나오는 곳이 존재합니다. 빨간 빛은 42˚, 파란 빛은 40˚정도에서 빛의 다발이 모여 나옵니다.
무지개가 만들어지는 조건
무지개를 볼 수 있을 때는 태양의 고도가 낮고, 한 쪽에서는 비가 오거나 안개 등 대기중에 물방울이 떠 있고, 다른 한 쪽에서는 햇볕이 들 때 입니다.
이 조건이 만족될 때 태양을 등지고 있으면 반원형의 무지개를 볼 수 있습니다. 만약 땅이 방해하지 않는다면 무지개는 완전한 원형으로 보입니다.
모든 사람들은 자기만의 무지개를 봅니다.
비록 모든 물방울들이 분산되어 스펙트럼 전체 빛깔을 만들지만 관찰자는 한 물방울에서 한가지 빛깔 밖에 볼 수 없습니다. 한 물방울에서 나온 보라색 빛이 눈에 들어왔다면 같은 물방울에서 나온 빨간색 빛은 다른 쪽(아마도 다리 쪽)을 향할 것입니다. 따라서 빨간색 빛을 보려면 이보다 높은 곳을 쳐다보아야 합니다.
결국 많은 사람들이 모여서 무지개를 구경한다고 할 때에도 하나의 무지개를 여러 사람들이 관찰하는 것이 아닙니다. 많은 사람들은 각자 자기만의 무지개를 가지고 관찰하게 됩니다.