رنگین کمان در فیزیک

در سراسر تاریخ، بشر همیشه شیفته رنگین کمان بوده است. رنگین کمان قوسی شکل با رنگ های مختلف، همیشه موضوع آوازها، شعرها، داستان ها و اسطوره ها بوده است. برای کشف راز رنگین کمان اول باید کشف کنیم که آب و نور چگونه با هم کار می کنند تا یک کار هنری به نام رنگین کمان به وجود آورند. رنگین کمان ها نور هستند. شما نمی‌توانید آن‌ها را لمس کنید و نمی‌توانید به پشت آن‌ها برسید. آن ها تنها در چشم های ما بهه وجود می‌آیند.

رنگین کمان دارای رنگ های بنفش و آبی در یک انتهای طیف و نارنجی ها و قرمزها در انتهای دیگر طیف هستند. یک رنگین کمان نور قابل مشاهده‌ای است که به هفت رنگی که ما می‌بینیم شکسته شده. رنگهای رنگین کمان: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی،نیلی و بنفش است.(البته طیفی میان اینها است)

باید سه چیز اتفاق بیفتد تا ما رنگ های یک رنگین کمان را ببینیم. اول این که خورشید باید بدرخشد. دوم خورشید پشت سر ما باشد و سوم این که باید قطرات آب در هوا، در جلوی ما باشد. به این ترتیب نور خورشید به قطرات آب می تابد، قطرات آب که مثل منشور ریزی عمل می کنند نور را خم می کنند یا می‌شکنند و به رنگ هایش تجزیه می کنند. در واقع شعاع های نور دوبار خم می شود. یک بار هنگامی که شعاع های نور وارد قطرات آب می شوند خم می شوند. سپس در پشت قطرات منعکس می شوند و دوباره خم می شوند. این در شرایطی است که قطرات آب وجود دارد. هر قطره تنها یک رنگ نور را منعکس می کند. بنابراین باید قطرات آب خیلی زیادی وجود داشته باشد تا یک رنگین کمان کامل تشکیل شود. شما واضح ترین رنگین کمان ها را موقعی می بینید که قطرات آب بزرگ هستند که معمولاً درست بعد از یک رگبار باران است.

البته در عکس زیر واضح تر است.

 چرا رنگین کمان گرد است ؟؟

خب تا اینجا متوجه شدیم که نور مرئی در اثر انعکاس کلی در داخل قطرات آب معلق در هوا تجزیه میشه. میشه گفت که هر قطره ای مثل یک منشور بسیار کوچک عمل میکنه که نور رو تحت زاویه خاصی میشکنه. چون این زاویه شکست نور در داخل قطره برای تمام قطرات ثابته بنابراین نور تابیده شده صرفاً تحت زاویه مشخصی میشکنه. در نتیجه چشم ما فقط اون نواحی از توده قطرات رو رنگی میبینه که در این زاویه خاص با چشم ما قرار دارن. برای مثال از قطره ای که پایین تر از این زاویه با چشم ما قرار گرفته هیچ نور رنگی به چشم ما نمیرسه. درسته که اون قطره هم نور رو میشکنه اما زاویه شکستش طوریه که نور شکسته شده اون مثلاً در فاصله یک متری ما به زمین میخوره و در نتیجه ما نور رنگی اونو نمیبینیم. قطره ای هم که بالاتر قرار گرفته همینطور نور رنگی اون هم از بالای سر ما میگذره. بنابراین فقط قطراتی که در زاویه مناسب با چشم ما قرار دارن نور رنگیشون دیده میشه. مسلماً برای حفظ این زاویه باید یک کمان رو در نظر گرفت چون در امتداد یک خط راست زاویه ها با نقطه ثابت تغییر میکنه و بناچار باید خط رو منحنی کنیم تا همه جای اون نسبت به نقطه ثابت (چشم ما) به یک زاویه قرار بگیره. دیوار اتاق روبروی خودت رو تصور بکن؛ زاویه ای که چشم شما با نقطه مقابل دیوار داره با زاویه ای که با کنج دیوار داره مسلماً متفاوته. بنابراین رنگین کمان قوس دار دیده میشه. نه بخاطر اینکه واقعاً قوس داره بلکه بخاطر اینکه چشم ما اونو یک قوس میبینه ؛ این در حالیه که در حقیقت پرتو شکسته شده رنگین در تمام توده قطرات هوا و در همه جا وجود داره ولی ما فقط نقاطی که تحت زاویه خاص با چشمان ما قرار دارن رو میبینیم.

ایا فقط یک رنگین کمان داریم؟؟

وقتی در طول بارندگی فقط یک رنگین کمان می بینیم در واقع چند رنگین کمان وجود دارد؟ پاسخ این سؤال آنطور که فکر می کنید ساده نیست! وقتی نور وارد یک قطره آب می شود، در داخل قطره بازتاب کرده، و آنچه به چشم ما باز می تابد رنگین کمان را تشکیل می دهد. هر قطره باران، نوری را که واردش می شود در تمام جهات ممکن بازتابانده و می شکند. اولین بار که نور با قطره برخورد می کند، یک پرتو کسری از آن نور بازتاب می کنه و بقیه آن در طول قطره حرکت می کنند تا به پشت قطره از سمت داخل برخورد کنند. دوباره، مقداری از نور شکت خورده و مقداری بازتاب می کند. در هر برخورد با سطح سطح داخلی قطره، مقداری از نور باز می تابد و در قطره می ماند، و باقیمانده آن خارج می شود. بنابراین پرتو های نور می توانند بعد از دو، سه بازتاب داخلی یا بیشتر از قطره خارج شوند.
وقتی شما دو رنگین کمان می بینید، اولین یا اصلی ترین کمان در زاویه ۴۲ درجه، با نور قرمز در بیرون و نور بنفش در داخل به طور واضح دیده می شود. کماان دوم همیشه کم رنگ تر بوده و بواسطه بازتاب دوم با رنگهای معکوس (بنفش در بیرون و قرمز در درون) در زاویه ۵۱ تشکیل می شود. اسحاق نیوتن یک معادله ریاضی بر حسب اندازه زاویه رنگین کمانها بعد از بازتاب N اُمِ داخل قطره بدست آورد. او معتقد بود که در بازتاب سوم نور کافی وجود ندارد که در واقع شخص آنرا ببیند، از اینرو هرگز مسئله را برای ۳=N حل نکرد. ادموند هالی، بعد از نامگذاری ستاره دنباله دار هالی، محاسبات را بر دوش گرفت و کشف کرد که سومین رنگین کمان در زاویه ۴۰ درجه و ۲۰ ثانیه تشکیل می شود، و شگفت زده شد. این رنگین کمان نبایستی در مقابل خورشید تشکیل شود بلکه دور تا دور خورشید تشکیل می شود!

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *