Duga ne dodaje nove boje svetlosti, već razdvaja boje koje su već sadržane u Sunčevoj svetlosti. Kada Sunčevi zraci prolaze kroz kišne kapi, svetlost se prelama pri ulasku u kap, razlaže na različite talasne dužine, odbija od unutrašnje strane kapi i ponovo prelama pri izlasku. Taj niz promena usmerava različite boje prema različitim pravcima.
Zbog toga posmatrač sa odgovarajućim položajem Sunca iza sebe i kišnih kapi ispred sebe može da vidi luk duginih boja. Redosled boja nije slučajan, a ono što nazivamo sedam boja predstavlja deo kontinuiranog spektra koji ljudsko oko može da registruje. U stvarnosti između uočljivih nijansi nema oštrih granica.
Sunčeva svetlost nije samo bela
Sunčevu svetlost doživljavamo kao belu, ali ona je mešavina svetlosti različitih talasnih dužina. Ljudsko oko različite talasne dužine registruje kao različite boje, od crvenih do ljubičastih nijansi. Kada se sve zajedno kreću približno istim pravcem, njihovo mešanje našem oku daje utisak bele svetlosti.
Kišna kap može da razdvoji tu mešavinu zato što se različite talasne dužine ne ponašaju potpuno isto pri prolasku kroz vodu. Promena pravca svetlosti zavisi od talasne dužine, pa se boje nakon prolaska kroz kap više ne poklapaju u potpunosti.
Ovaj efekat je povezan sa disperzijom svetlosti. Ona omogućava da se kontinuirani spektar razdvoji dovoljno da pojedinačne oblasti boja postanu vidljive. Prizma radi na sličnom principu, ali kod duge hiljade kapljica istovremeno imaju ulogu malih optičkih elemenata.
Šta se događa unutar jedne kišne kapi
Kada zraka svetlosti uđe u kap, na granici između vazduha i vode menja pravac zbog prelamanja svetlosti. Deo svetlosti zatim stiže do unutrašnje strane kapi, gde se odbija i vraća prema suprotnoj strani. Pri izlasku iz vode svetlost se ponovo prelama.
Pošto se crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava i ljubičasta svetlost ne prelamaju pod potpuno istim uglom, nakon izlaska iz kapi njihovi pravci su malo razdvojeni. Jedna kap zato može doprineti stvaranju različitih delova spektra, ali samo svetlost koja iz nje stiže pod odgovarajućim uglom dolazi do određenog posmatrača.
Duga koju vidimo zato nije predmet koji postoji na jednom mestu u prostoru. Ona je optička pojava nastala iz svetlosti koja iz velikog broja kapljica stiže do naših očiju pod određenim uglovima.
Zašto boje imaju prepoznatljiv redosled
Crvena svetlost ima veću talasnu dužinu od ljubičaste i pri prolasku kroz vodu skreće pod nešto drugačijim uglom. Zbog toga se različite boje razdvajaju i zauzimaju određene položaje u odnosu na posmatrača. U primarnoj dugi spoljašnji rub je crven, dok je unutrašnji rub ljubičast.
Između tih krajnjih boja nalazi se niz drugih nijansi. Kada se duga posmatra dovoljno jasno, mogu se uočiti narandžasta, žuta, zelena i plava područja, ali granice nisu strogo određene. Spektar je kontinuiran i ljudski jezik ga deli na imenovane boje radi lakšeg opisivanja.
Zato broj sedam ne treba shvatiti kao fizičku granicu. Ljudsko oko može da razlikuje mnogo više nijansi, a njihovo imenovanje zavisi od načina na koji opisujemo spektar. Duga je zapravo neprekidan prelaz kroz vidljivi deo svetlosti.
Zašto dugu ne vidimo posle svake kiše
Za nastanak duge nije dovoljna sama kiša. Potrebno je da Sunce bude na odgovarajućem delu neba, uglavnom iza posmatrača, dok se kapljice nalaze u suprotnom smeru. Svetlost koja izlazi iz kapljica tada može stići do očiju pod uglovima potrebnim za formiranje vidljivog luka.
Zbog toga je duga često uočljiva kada se kišni oblak nalazi ispred posmatrača, a Sunce se nalazi iza njega. Ako je Sunce previsoko ili su kapljice na nepovoljnom položaju, geometrija potrebna za pojavu duge nije ispunjena.
Veličina kapljica takođe može uticati na izgled pojave. Oblik i intenzitet duginih boja mogu se razlikovati u zavisnosti od uslova u oblaku, pa duga nekada izgleda jasnije, a nekada bleđe i šire.
Odakle zapravo dolazi luk koji vidimo
Svaka kapljica koja šalje odgovarajuću svetlost prema posmatraču doprinosi samo određenom delu slike. Druge kapljice, koje se nalaze na malo drugačijem položaju, šalju svetlost drugih boja pod odgovarajućim uglom. Oko sve te pojedinačne doprinose povezuje u prepoznatljiv luk.
Geometrija posmatranja objašnjava i zašto se duga pomera kada se pomeri posmatrač. Ne postoji jedna fizička površina na kojoj je duga nacrtana. Menjanjem položaja menjaju se kapljice čija svetlost dolazi do oka pod odgovarajućim uglom.
Suština je da boje duge potiču iz Sunčeve svetlosti, dok kišne kapi omogućavaju njihovo razdvajanje. Prelamanje, disperzija i unutrašnje odbijanje menjaju put svetlosti, a veliki broj kapljica zajedno stvara luk koji vidimo na nebu.
