Vì sao cầu vồng có hình vòng cung?

Theo quy luật vật lí, một tia sáng đi qua một giọt nước sẽ bị chuyển hướng do tính chất khúc xạ của nước, sau đó phản xạ trở lại bởi bề mặt trong giọt nước rồi khúc xạ một lần nước khi đi ra.

Giữa tia đi vào và tia đi ra khỏi giọt nước hình thành một góc khoảng 42 độ. Ánh sáng Mặt Trời bao gồm các tia có độ dài  sóng khác nhau và chúng sẽ bị phân tách khi đi qua giọt nước. Mức độ khúc xạ của các tia này hơi khác nhau. Tia màu tím đi ra khỏi  giọt nước ở một góc khoảng 40 độ trong khi tia màu đỏ đi ra ở khoảng góc 42 độ.

Để nhìn thấy được cầu vồng, tia sáng phản xạ khỏi giọt nước cần phải đến được mắt người quan sát. Mắt không thể nào tiếp nhận được toàn bộ tia sáng phản xạ từ một giọt nước, nhưng có thể thấy tia màu xanh từ vài giọt này, tia màu đỏ từ vài giọt khác...

Những giọt nước có tia màu đỏ phản xạ về đến trước mắt của người quan sát là những giọt nước nằm trên một hình nón có đỉnh là vị trí quan sát, trục là đường thẳng đi qua mắt và song song với hướng nắng, độ dốc của nón chính là góc mà tia này phản xạ ra khỏi các giọt nước (42 độ). Tương tự với các màu sắc khác. Như vậy, người quan sát sẽ thấy được các vòng màu, nó thứ tự từ ngoài vào trong (góc phản xạ từ lớn tới nhỏ) như sau: đỏ, cam , vàng, lục, lam, chàm nếu đứng ở trên máy bay hoặc một độ cao nhất định.

Vì sao không thể đặt chân lên được cầu vồng?

Chẳng bao giờ bạn đến được chân trời, cũng như không thể bay tới chân cầu vồng. Đó là bởi cả hai trường hợp đều cần khoảng cách xa giữa vật thể và người quan sát mới tạo nên hiệu ứng.

Cầu vồng thực chất gồm nhiều giọt nước hấp thụ ánh sáng theo cách nào đó. Những giọt nước tròn, trong vắt khúc xạ và phản xạ một vài tia sáng tới người quan sát. Ánh sáng có bước sóng khác nhau khúc xạ ở những góc khác nhau, vì thế ánh sáng của Mặt Trời được phân tách ra thành một dải ánh sáng nhiều màu.

Vì những cảnh tượng rực rỡ này được tạo thành từ ánh sáng và nước, nên đừng hy vọng tìm kiếm điểm dừng chân của nó. Hiện tượng quang học này phụ thuộc vào việc bạn phải đứng cách xa các giọt nước và Mặt Trời phải ở sau lưng.