Phim ngắn khoa học giải thích hiện tượng cầu vồng xuất hiện

Mỗi vệt cầu vồng đi qua bầu trời vừa đẹp vừa gợi nhiều câu hỏi: ánh sáng trắng từ Mặt trời có làm sao tách thành những dải màu? Phim ngắn khoa học giải thích hiện tượng cầu vồng xuất hiện có thể trả lời bằng hình ảnh động, dựng hình vào những giọt mưa nhỏ.

Cầu vồng thường xuất hiện khi nước mưa hoặc sương mù ở phía trước, còn người quan sát đứng giữa nắng và những giọt nước. Ánh sáng phải đi qua hàng triệu giọt nhỏ để tạo nên dải màu. Phim khoa học dùng cảnh quay chậm, mô phỏng tia sáng và giản đồ để biến hiện tượng quang học thoáng qua thành câu chuyện dễ hình dung.

Hiểu rõ cơ chế này còn giúp ta phân biệt cầu vồng với các hiện tượng ánh sáng khác trên bầu trời. Hình vòng, thứ tự màu, vị trí đối diện Mặt trời và những biến thể như cầu vồng đôi hay cầu vồng sương mù đều có những lý do riêng.

Cơ chế quang học tạo nên dải màu

Ánh sáng trắng từ Mặt trời là sự kết hợp của nhiều bước sóng có bước sóng khác nhau. Khi tia sáng đi vào một giọt nước, nó bị khúc xạ và tách thành các thành phần màu. Mỗi bước sóng bị lệch với góc độ khác nhau, tạo nên hiệu ứng gọi là tán sợ. Ánh sáng đỏ lệch ít hơn, còn ánh sáng tím lệch nhiều hơn.

Bên trong giọt nước, một phần ánh sáng phản xạ từ mặt sau rồi truyền ra phía người xem. Khi thoát khỏi giọt, tia sáng lại bị khúc xạ lần nữa. Sự kết hợp giữa hai lần khúc xạ và một lần phản xạ tạo ra cầu vồng chính. Giọt mưa vì thế hoạt động giống những lăng kính cầu nhỏ, đồng thời đóng vai trò là những màn hình phản chiếu ánh sáng.

Mỗi giọt nước gửi về mắt người quan sát một tia có góc hướng nhất định. Với cầu vồng chính, hướng này cách vị trí đối diện Mặt trời khoảng 42 độ. Các dựng hình thường cho thấy tia sáng đi vào giọt, bị bẻ vòng bên trong rồi bị bẻ ngược khi thoát ra, giúp người xem thấy rõ nguồn gốc của từng màu sắc.

Vì sao cầu vồng có dạng vòng

Nếu chỉ nhìn một vài giọt mưa, ta có thể thấy những chấm màu riêng lẻ. Khi hàng nghìn giọt cùng nằm trong một vùng và cùng hướng ánh sáng tới mắt, các chấm ấy liên kết thành một vòng. Tâm của vòng là vị trí nằm thẳng hàng với Mặt trời ở phía đối diện. Vì vậy, muốn nhìn cầu vồng, người quan sát thường phải quay lưng về phía Mặt trời.

Từ mặt đất, đường chân trời che khuất phần dưới của vòng tròn, khiến cầu vồng trông giống một cánh cung. Những địa điểm cao như đỉnh núi, khách sạn hoặc máy bay có thể thấy gần như toàn bộ vòng tròn. Một cảnh quay từ trên cao trong phim khoa học thường dùng hình ảnh này để giải thích rằng cầu vồng vốn có hình tròn chứ không phải một vòng cung đặc biệt.

Có thể xuất hiện hai cầu vồng cùng lúc. Vòng thứ hai được tạo bởi ánh sáng phản xạ hai lần bên trong giọt nước, nên có bán kính khoảng 51 độ. Thứ tự màu cũng đảo ngược: ánh sáng đỏ nằm phía trong còn tím nằm phía ngoài. Giữa hai vòng thường có một dải tối gọi là dải tối Alexandơ, nơi rất ít ánh sáng từ cả hai hiện tượng đến được mắt.

Màu sắc và thứ tự trên cầu vồng

Cách gọi cầu vồng có bảy màu là cách mô tả quen thuộc, nhưng ánh sáng trong thực tế tạo ra một quang phổ liên tục. Các màu chuyển tiếp dần từ đỏ, cam, vàng, xanh lục, xanh lam, chàm cho tới tím. Mắt người và máy ảnh diễn giải những vùng sóng liên tục này thành các vùng màu, trong khi một số tông màu có thể rất mờ hoặc gần như không nhận ra.

Ở cầu vồng chính, màu đỏ thường nằm ở mép ngoài và màu tím ở mép trong. Màu tím đỏ có thể yếu hơn vì ánh sáng tím phát ra từ Mặt trời tương đối ít, còn mắt cũng nhạy cảm với ánh sáng tím kém hơn so với các màu khác. Vì vậy, một dải xanh tím rõ ràng chỉ xuất hiện khi điều kiện quan sát thuận lợi.

Độ rõ của dải màu còn phụ thuộc vào kích thước giọt nước, độ đều của chúng, cường độ nắng và độ tương phản với nền phía sau. Những giọt lớn hơn tạo ra vùng màu rộng nhưng ít sắc nét, trong khi giọt nhỏ và đồng đều giúp hiện tượng bền vững hơn. Phim ngắn khoa học có thể thay đổi từng yếu tố trong hình ảnh để giải thích sự khác nhau giữa các cầu vồng được ghi hình.

Những biến thể của cầu vồng

Cầu vồng sương mù thường có màu trắng nhạt vì các hạt sương rất nhỏ làm hiện tượng nhiễu xạ mạnh hơn, khiến các màu sắc trộn lẫn. Cầu vồng trăng xuất hiện vào ban đêm khi ánh sáng Mặt trăng đi qua những giọt nước, nhưng cường độ ánh sáng thấp khiến mắt khó nhận ra màu sắc. Loại cầu vồng này có thể trông giống một dải sáng trắng xanh nhạt nếu được chụp bằng máy ảnh nhạy sáng.

Một số cầu vồng đỏ chỉ hiện rõ khi người quan sát dùng kính lọc phân cực. Bộ lọc này làm thay đổi độ tương phản giữa các thành phần ánh sáng có hướng phân cực khác nhau, đồng thời loại bỏ phần lớn ánh sáng của cầu vồng chính. Những vòng phụ, vòng bổ sung hoặc cầu vồng đôi cũng có thể được sinh ra bởi tia sáng phản xạ nhiều lần hoặc bị nhiễu xạ giữa các đường đi của ánh sáng.

Không phải mọi hiện tượng màu sắc trên bầu trời đều là cầu vồng. Quầng cầu vồng nằm ngang, chẳng hạn, được tạo bởi ánh sáng phản xạ trong những tinh thể băng dạng đĩa, khác với giọt mưa tròn. Các phim so sánh về quang học khí quyển thường đặt hai hiện tượng cạnh nhau, cho thấy cầu vồng là dải sáng do nước tạo nên, trong khi quầng cầu vồng nằm ngang liên quan tới băng và chỉ xuất hiện khi có mây băng thích hợp.

Danh sách phim ngắn khoa học về cầu vồng

Khi lựa chọn video trên Clip360, những phim ngắn dùng hình ảnh động và giải thích rõ từng bước của quá trình sẽ giúp kiến thức bám sâu hơn. Những nội dung đáng ưu tiên có thể bao gồm:

Một phim khoa học hiệu quả không chỉ kể tên các màu sắc mà còn giải thích điều kiện để cầu vồng xuất hiện. Ánh sáng phải đến từ phía sau người xem, hạt nước phải nằm ở phía trước, và cảnh quan phải có độ tương phản đủ rõ. Phần hình ảnh gần cầu vồng cho biết bầu trời có nhiều hạt nước nhỏ, trong khi phần hình ảnh phía trên thường sáng hơn vì mắt nhìn vào nguồn sáng mạnh.

Điều cần ghi nhớ là cầu vồng là dấu vết của ánh sáng trắng bị nước mưa khúc xạ, tán sợ và phản xạ. Hình vòng nằm quanh vị trí đối diện Mặt trời, với vòng chính khoảng 42 độ và vòng phụ khoảng 51 độ.