همه می‌دانند یک قطره آب مثل منشور عمل کرده و نور را تجزیه می‌کند، اما رنگین‌کمان بزرگی که هنگام باران می‌بینیم نه با یک قطره که با هزاران قطره آب درست می‌شود.
نخستین کسی که این پدیده را به طور دقیق مورد توجه قرار داد و سعی کرد آن را با اصول اپتیکی توجیه کند، رنه دکارت معروف بود که نتایج مشاهداتش را در سال ١٦٣٧ میلادی منتشر کرد. اول از همه توجه کنید که قطره‌های آب در حال سقوط کروي شکلند، پس به سراغ نحوه برهم کنش یک پرتو نور سفید، با یک کره شفاف می‌رویم. اگر کمی با چگونگی شکل‌گیری رنگین‌کمان آشنا باشید می‌دانید که رنگین‌کمان اصلی را مجموعه پرتوهایی که در مرز قطره هوا، دوبار شکسته و یک بار باز تابیده‌اند، می‌سازند و چون ضریب شکست آب برای رنگ‌های مختلف متفاوت است، نور سفید در ضمن این شکست‌ها به اجزای رنگیش تجزیه می‌شود، اما نور خورشید پیوسته است و در تمام نقاط رو به نور قطره با آن برخورد می‌کند که شرایط بازتاب و شکست در هر یک از این نقاط متفاوت است. مثلا پرتو نوری که راستای آن از مرکز قطره می‌گذرد، بدون شکست وارد آن شده و در سوی دیگر باز تابیده می‌شود و روی همان مسیر ورودی به بیرون برمی‌گردد. به عبارت دیگر پرتو به وسیله قطره ١٨٠ درجه تغییر جهت می‌دهد، در مقابل اگر پرتو نور مماس بر قطره به آن بتابد، می‌توانید ببینید که هنگام ورود به بیشترین میزان ممکن می‌شکند و پرتو خروجی با پرتو ورودی زاویه حدود ١٦٥ درجه می‌سازد، بررسی بیشتر نشان می‌دهد که در بین این دو وضعیت حدی، زاویه انحراف(زاویه بین پرتو خروجی و ورودی) از ١٨٠ درجه کاهش می‌یابد و به مقدار کمینه ١٣٨ درجه می‌رسد و سپس دوباره تا ١٦٥ درجه بالا می‌رود، اما چون در اطراف مقدار کمینه، تغییر زاویه کم است، بخش بزرگی از نور فرودی در حول و حوش این زاویه (١٣٨ درجه) از قطره خارج می‌شود. به عبارت دیگر، شدت نور خروجی در تمام زوایا یکسان نیست و بیشتر نور رنگینی که از قطره بیرون می‌رود با جهت تابش خورشید، زاویه حدود138 درجه یا معادل آن ٤٢ درجه می‌سازد. البته این زاویه، بستگی به رنگ پرتو دارد و بین ٤٠ تا ٤٢ درجه برای رنگ‌های قرمز تا بنفش متفاوت است، بنابراین می‌توان تصور کرد که تنها در زوایای حدود ٤٢ درجه، پرتوهای رنگی به طور مؤثر از قطره خارج می‌شوند. حالا تصور شکل رنگین‌کمان، کار ساده‌ای است، فرض کنید در بعد از ظهر، خورشید در حال تابش و فضا پر از قطره‌های کروی آب است و شما هم پشت به خورشید و رو به شرق ایستاده‌‌اید، در این وضعیت نور رنگی که به چشم شما می‌رسد، مجموعه نورهای خارج شده از تمام قطراتی است که خط واصل چشم شما و آنها با راستای نور خورشید، زاویه بین٤٠ و٤٢ درجه می‌سازد. مکان هندسی این قطره‌ها مخروطی به رأس چشم شماست که نیم زاویه رأس آن حدود ٤٢ درجه است. چیزی که شما از رأس این مخروط می‌بینید مقطع آن است، یعنی یک نوار دایره‌ای به پهنای زاویه‌ای بین ٤٠ و ٤٢ درجه که رنگ‌های قرمز تا بنفش را در خود جای داده است، البته سطح افق، این دایره را قطع می‌کند و چون قطرات آب تنها در هوا حضور دارند، شما تنها کمانی از یک دایره را می‌بینید. این کمان، وقتی پرتو خورشید موازی با افق است، یعنی هنگام غروب به بیشینه خود می‌رسد و به نیم دایره تبدیل می‌شود. البته در آسمان و مثلا از درون هواپیما در شرایط مساعد می‌توان رنگین‌کمان دایره‌ای را هم دید؛ چیزی که شاید اسمش رنگین‌حلقه باشد!
رنگین کمان؛ آفتاب در باران
همه می‌دانند یک قطره آب مثل منشور عمل کرده و نور را تجزیه می‌کند، اما رنگین‌کمان بزرگی که هنگام باران می‌بینیم نه با یک قطره که با هزاران قطره آب درست می‌شود.
نخستین کسی که این پدیده را به طور دقیق مورد توجه قرار داد و سعی کرد آن را با اصول اپتیکی توجیه کند، رنه دکارت معروف بود که نتایج مشاهداتش را در سال ١٦٣٧ میلادی منتشر کرد. اول از همه توجه کنید که قطره‌های آب در حال سقوط کروي شکلند، پس به سراغ نحوه برهم کنش یک پرتو نور سفید، با یک کره شفاف می‌رویم. اگر کمی با چگونگی شکل‌گیری رنگین‌کمان آشنا باشید می‌دانید که رنگین‌کمان اصلی را مجموعه پرتوهایی که در مرز قطره هوا، دوبار شکسته و یک بار باز تابیده‌اند، می‌سازند و چون ضریب شکست آب برای رنگ‌های مختلف متفاوت است، نور سفید در ضمن این شکست‌ها به اجزای رنگیش تجزیه می‌شود، اما نور خورشید پیوسته است و در تمام نقاط رو به نور قطره با آن برخورد می‌کند که شرایط بازتاب و شکست در هر یک از این نقاط متفاوت است. مثلا پرتو نوری که راستای آن از مرکز قطره می‌گذرد، بدون شکست وارد آن شده و در سوی دیگر باز تابیده می‌شود و روی همان مسیر ورودی به بیرون برمی‌گردد. به عبارت دیگر پرتو به وسیله قطره ١٨٠ درجه تغییر جهت می‌دهد، در مقابل اگر پرتو نور مماس بر قطره به آن بتابد، می‌توانید ببینید که هنگام ورود به بیشترین میزان ممکن می‌شکند و پرتو خروجی با پرتو ورودی زاویه حدود ١٦٥ درجه می‌سازد، بررسی بیشتر نشان می‌دهد که در بین این دو وضعیت حدی، زاویه انحراف(زاویه بین پرتو خروجی و ورودی) از ١٨٠ درجه کاهش می‌یابد و به مقدار کمینه ١٣٨ درجه می‌رسد و سپس دوباره تا ١٦٥ درجه بالا می‌رود، اما چون در اطراف مقدار کمینه، تغییر زاویه کم است، بخش بزرگی از نور فرودی در حول و حوش این زاویه (١٣٨ درجه) از قطره خارج می‌شود. به عبارت دیگر، شدت نور خروجی در تمام زوایا یکسان نیست و بیشتر نور رنگینی که از قطره بیرون می‌رود با جهت تابش خورشید، زاویه حدود138 درجه یا معادل آن ٤٢ درجه می‌سازد. البته این زاویه، بستگی به رنگ پرتو دارد و بین ٤٠ تا ٤٢ درجه برای رنگ‌های قرمز تا بنفش متفاوت است، بنابراین می‌توان تصور کرد که تنها در زوایای حدود ٤٢ درجه، پرتوهای رنگی به طور مؤثر از قطره خارج می‌شوند. حالا تصور شکل رنگین‌کمان، کار ساده‌ای است، فرض کنید در بعد از ظهر، خورشید در حال تابش و فضا پر از قطره‌های کروی آب است و شما هم پشت به خورشید و رو به شرق ایستاده‌‌اید، در این وضعیت نور رنگی که به چشم شما می‌رسد، مجموعه نورهای خارج شده از تمام قطراتی است که خط واصل چشم شما و آنها با راستای نور خورشید، زاویه بین٤٠ و٤٢ درجه می‌سازد. مکان هندسی این قطره‌ها مخروطی به رأس چشم شماست که نیم زاویه رأس آن حدود ٤٢ درجه است. چیزی که شما از رأس این مخروط می‌بینید مقطع آن است، یعنی یک نوار دایره‌ای به پهنای زاویه‌ای بین ٤٠ و ٤٢ درجه که رنگ‌های قرمز تا بنفش را در خود جای داده است، البته سطح افق، این دایره را قطع می‌کند و چون قطرات آب تنها در هوا حضور دارند، شما تنها کمانی از یک دایره را می‌بینید. این کمان، وقتی پرتو خورشید موازی با افق است، یعنی هنگام غروب به بیشینه خود می‌رسد و به نیم دایره تبدیل می‌شود. البته در آسمان و مثلا از درون هواپیما در شرایط مساعد می‌توان رنگین‌کمان دایره‌ای را هم دید؛ چیزی که شاید اسمش رنگین‌حلقه باشد!
ارسال نظر
پربیننده