彩虹背后隐藏的秘密(2)

图2：一条光线被折射，反射，然后再次折射。
折射是一缕光线从一种介质传递到另一种介质而速度放缓的一个结果。一个非常粗略的类比是想象将一个购物推车以某种角度从路上推向草地：推车因为撞击草地将首先放缓，然后改变方向。
当太阳光通过一个真空（很好的近似是通过空气），所有频率以每秒约30万公里的相同速度 c 行进。当光线入水时，频率不变因而颜色也保持不变。然而，它的速度会改变，其数额取决于频率。这是因为水的原子结构与不同频率的波的相互作用不同。频率为f的光的速度放缓的一个度量由折射率 nf, w 给出。它的值不仅取决于频率 f，也取决于光线进入的介质（在这种情况下，是水，并用下标w 所示）。该指数被定义为

频率 f 变化时折射率几乎没有变化：nf, w 在频谱紫罗兰端约为1.34，而在红色端为1.33左右。但这个小变化可以让我们看到在彩虹中所看到的阳光分成颜色漂亮的光谱。（折射率也随温度略有变化，但这里我们可以忽略它。）

图3：不同频率的光有不同的折射
不同频率的光进入液滴弯曲多大由Snell定律描述。该定律说，折射光线位于由入射光线和入射点法线所形成的平面上，法线是通过射线撞击液滴的那点并和液滴表面垂直的那条线。由于我们假设是球形的液滴，在这种情况下，法线是连接液滴中心和入射点的扩展半径。