虹の原理を簡単に説明すると

少し前のMIT白熱教室という番組で虹の原理を解かりやすく説明していた。学校で習ったはずだが、きちんと理解してなかったか、もう忘れてしまっている。他の人に説明できないと理解したことにならないと思い、絵を描いて文章にしてみた。

虹の見える仕組みを解かりやすくいうと以下のようになる。（厳密ではない）

虹は太陽を背にして前方の雨が降っている所を見る時に見える。
雨は水滴の集まりであり、光の速度に比べれば空中に止まっていると考えればよい。
水滴は表面張力で球になっていて、その球に太陽の光が入ると球の中心側に屈折する（絵では水滴が拡大されている）。それが球の内面で反射し、それが外に出る時また屈折する。その結果、元の光に対して赤い光だと約42度の角度で跳ね返ってくる。青い光だと40.7度で跳ね返る。(太陽光線のすべてがそうなるわけではなく一部がそうなる）
太陽光はすべて平行になっているが、その向きに対して42度の角度で自分から見える所に雨が降っていると虹の赤が見えて、40.7度の所に青が見える。自分を中心にいうと、太陽光の進む向きから42度の角度に赤が見えて、40.7度の角度に青が見える。従って外側に赤が、内側に青が見える。
その角度は上向きでなくてもよいので横でもよく、その結果、虹は円弧を描いて見える。

番組では、以上のように
１．どの角度で見えるか
２．色の順番はどうか
を説明した他、
３．虹の内側が明るく、外側が暗い理由
４．2本目の虹の見える理由と色の順番
の説明があったが、手におえないので省略する。
なお、2本目の虹は水滴内の反射が2度起きた時の色であり、薄くなる。

蛇足だが、虹は青の側は紫まであるが、紫は薄くて見えにくいので青で説明すると言っていた。ひょっとしたら、生徒から「青と赤の光で紫になるのはなぜか」質問されると困るので避けたのかもしれない。

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